TW202328442A - 平臺宿主對ｉｇｆ—培養基之適應 - Google Patents

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Abstract

提供了在缺乏IGF-1的培養基中的哺乳動物細胞培養中生產重組目的蛋白之方法。還提供了用於生產能夠在缺乏IGF-1的培養基中生長的哺乳動物細胞之方法。

Description

平臺宿主對IGF-培養基之適應
本發明總體上關於用於使哺乳動物細胞系適應具有減少量的胰島素樣生長因子（IGF-1）的細胞培養基之方法以及使用該等細胞生產重組蛋白。
生物配製物由於其廣泛的應用而在世界範圍內被用於多種應用中，諸如治療和診斷。哺乳動物細胞系係該等生物配製物之主要表現系統，而中國倉鼠卵巢（CHO）細胞係主要的細胞工廠。參見Lalonde等人, 2017, J Biotechnol [生物技術雜誌] 251:128-140。特別是隨著生物仿製藥的出現，上市速度和成本效益現在比以往任何時候都更重要。
製造生物配製物的成本由於它們利用多步製程的生產之複雜性而非常高昂，該多步製程涉及選擇最佳的細胞系、大量培養生產細胞、以及從細胞收穫物中純化所需的生物配製物。雖然由於對生產的各方面之改進，該等成本正在下降，但作為一線療法而廣泛採用時，其成本仍可能令人望而卻步。
為了使患者更容易獲得生物治療劑，降低製造過程的商品成本係有吸引力的建議。高昂的成本之一個領域係原料藥製程中使用的細胞培養基。IGF-1係藉由胰島素樣生長因子/胰島素受體（IGFR/IR）途徑的傳訊支持細胞生長的關鍵蛋白補充物；然而，其構成了培養基原料成本的很大比例。
因此，需要降低與從宿主細胞生產重組蛋白相關的成本。實現這一目的的一種方式係藉由減少或消除對某些細胞培養基補充物諸如IGF-1的需要來降低商品成本。已經藉由為細胞培養基補充血小板衍生生長因子BB，在間葉幹細胞中觀察到增強的胰島素樣生長因子-1受體（IGF-1R）表現。參見美國專利申請公開案號US20200245388。還已使用表現載體採用IGF-1R的組成型表現。參見美國臨時專利申請案號63/108,084。宿主細胞系之逐漸適應已經被用來使細胞適應無蛋白質和無脂質培養基。參見美國專利案號9,340,814。
仍然存在對IGF-1補充需求減少或沒有需求並且在對生長和生產率的影響極低的情況下產生重組蛋白的宿主細胞系之需要。此類細胞系將有益於生物配製物之製程開發。
本揭露提供了用於從哺乳動物細胞培養來生產目的蛋白之方法，該方法包括 (a) 在具有0.05 mg/L或更少的胰島素樣生長因子（IGF-1）的第二細胞培養基中培養哺乳動物細胞以表現該目的蛋白，其中該哺乳動物細胞已經直接適應了在具有0.03 mg/L或更少的IGF-1的第一細胞培養基中生長並且包含編碼目的蛋白的異源核酸；以及 (b) 回收藉由該哺乳動物細胞生產的目的蛋白。
在某些實施方式中，第二細胞培養基含有0.03 mg/L或更少的IGF-1。在某些實施方式中，第一細胞培養基不含IGF-1。在某些實施方式中，第二細胞培養基不含IGF-1。
在某些實施方式中，已經直接適應的哺乳動物細胞具有與尚未直接適應的相同譜系的哺乳動物細胞相當的生長速率。例如，直接適應的哺乳動物細胞可以具有小於30小時的倍增時間，諸如在20至30小時之間。
在某些實施方式中，採用本文所述之方法，在培養的第10天，所表現的目的蛋白之滴定量為至少50 mg/L。
在某些實施方式中，該目的蛋白係抗原結合蛋白。在某些實施方式中，目的蛋白選自由單株抗體、雙特異性T細胞接合子、免疫球蛋白、Fc融合蛋白和肽體組成之群組。
在某些實施方式中，哺乳動物細胞培養製程利用饋料批式培養製程、灌注培養製程、或其組合。
在某些實施方式中，藉由在含有0.03 mg/L或更少的IGF-1的無血清培養基中，為至少100 L的生物反應器接種至少0.5 × 10 6至3.0 × 10 6個細胞/mL來建立哺乳動物細胞培養。在本實施方式之某些方面，生物反應器為至少500 L或至少2000 L。
在某些實施方式中，該等哺乳動物細胞係中國倉鼠卵巢（CHO）細胞。在某些實施方式中，該等CHO細胞缺乏二氫葉酸還原酶（DHFR -）或係麩胺合成酶敲除（GSKO）型。
在某些實施方式中，將回收的目的蛋白純化並配製成藥學上可接受的配製物。
本揭露還提供了使用本文所述之方法製備的純化的、配製的目的蛋白。
本揭露還提供了用於使哺乳動物細胞直接適應IGF-培養基之方法，該方法包括：a) 在包含0.03 mg/L或更少的IGF-1的細胞培養基中培養哺乳動物細胞群；b) 藉由單細胞選殖從該哺乳動物細胞群獲得單個細胞；c) 將該等單個細胞進行擴增和傳代，直到該等單個細胞恢復至90%或更大的活力並且倍增時間小於30小時。
在某些實施方式中，該細胞培養基不含IGF-1。
在某些實施方式中，該等哺乳動物細胞係中國倉鼠卵巢（CHO）細胞。在某些實施方式中，該等CHO細胞缺乏二氫葉酸還原酶（DHFR -）或係麩胺合成酶敲除（GSKO）型。
本發明部分基於以下的發現：CHO宿主細胞可以直接適應在IGF -培養基（缺乏IGF-1的培養基）中生長，從而避免了對培養基中高水平的胰島素樣生長因子1（IGF-1）補充的需要。GSKO CHO宿主直接適應了無IGF-1的平臺培養基並且選殖了單細胞以創建穩健的宿主細胞系，該等宿主細胞系保留或超過在含有IGF-1的細胞培養基中生長的親本宿主細胞系之生長和生產率特性。本發明部分源於減少每克原料藥的成本的努力，因為IGF-1（一種藉由IGF-1R途徑的傳訊支持細胞生長的蛋白補充物）占高達約30%的培養基成本。在無IGF-1補充的情況下可以存活和生長的直接適應的CHO細胞可以降低大規模重組蛋白生產中IGF-1之高成本。IGF -適應性宿主細胞池和隨後的單細胞選殖的IGF -宿主已經顯示出與不需要另外的補充物的平臺CHO宿主相似的性能。
本文揭露的直接適應的細胞顯示出與原始CHO細胞的增殖速率相同的增殖速率或超過該等原始CHO細胞的增殖速率。此外，直接適應的細胞顯示出與原始CHO細胞相同的重組蛋白生產效率或超過該等原始CHO細胞的重組蛋白生產效率。藉由使用本發明之直接適應性細胞系，可以以更便宜和更穩定的方式生產生物藥物。
本發明特別適用於在缺乏IGF-1的細胞培養基中商業生產目的蛋白。本文所述之方法可以採用更便宜但維持相似的生產的無IGF-1培養基。
本發明使用的細胞系（也稱為「宿主細胞」）直接適應了在缺乏IGF-1或具有0.03 mg/L或更少的IGF-1的細胞培養基中生長，並且將具有所需的特性的單殖株進行擴增、傳代和選擇。在某些實施方式中，細胞系還表現具有商業或科學意義的蛋白。細胞系通常源自來自原代培養物的譜系，其可在培養中維持無限時間。對細胞系進行基因工程化涉及用重組的多核苷酸分子轉染、轉化或轉導細胞以便使宿主細胞表現目的蛋白。用於對細胞和/或細胞系進行基因工程化以表現例如目的蛋白之方法和載體係熟悉該項技術者熟知的；例如，各種技術在Current Protocols in Molecular Biology [分子生物學現代方法]，Ausubel等人編輯（Wiley & Sons [約翰威立父子公司], 紐約, 1988，和季度更新）；Sambrook等人，Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊]（冷泉實驗室出版社, 1989）；Kaufman, R.J., Large Scale Mammalian Cell Culture [大規模哺乳動物細胞培養], 1990, 第15-69頁中說明。 定義
儘管在本申請中使用的術語係本領域中的標準術語，但是本文提供了某些術語之定義以確保申請專利範圍的含義之清楚性和確定性。單位、前綴和符號可能會用它們的國際單位制（SI）接受形式表示。本文列舉的數字範圍包括定義範圍的數字，並且包括並支持所定義範圍內的每個整數。除非另外指示，否則本文描述的方法和技術可根據本領域中熟知的常規方法且如貫穿本說明書所引用及論述的各種通用和更特定參考文獻中所描述來進行。參見例如，Sambrook等人，Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊], 第3版, Cold Spring Harbor Laboratory Press [冷泉港實驗室出版社], 冷泉港, 紐約(2001) 和Ausubel等人, Current Protocols in Molecular Biology [分子生物學現代方法], Greene Publishing Associates [格林出版聯合公司] (1992)；以及Harlow和Lane Antibodies: A Laboratory Manual [抗體：實驗室手冊] Cold Spring Harbor Laboratory Press [冷泉港實驗室出版社], 冷泉港, 紐約(1990)。
如本文所用，除非另外明確說明，否則術語「一」和「一個（種）」意指一或多個。此外，除非上下文另有要求，否則單數術語將包括複數且複數術語將包括單數。通常，結合本文中所描述的細胞及組織培養、分子生物學、免疫學、微生物學、遺傳學以及蛋白質及核酸化學及雜交而使用的命名法及其技術係本領域中所熟知且通常使用的那些命名法及技術。
在本申請中所引用的所有文件或文件之部分，包括但不限於專利、專利申請、文章、書籍和專著，都藉由援引清楚地特此併入。在本發明之實施方式中描述的內容可以與本發明之其他實施方式組合。
本揭露提供了表現「目的蛋白」的方法。「目的蛋白」包括天然存在的蛋白質、重組蛋白和工程化蛋白（例如，在自然界中不存在並且已經由人類設計和/或產生的蛋白質）。目的蛋白可為，但不必是，已知或懷疑具有治療相關性的蛋白。
如本文所用，術語「多肽」和「蛋白」（例如，如在目的蛋白或目的多肽之上下文中所用）在本文中可互換用於指胺基酸殘基之聚合物。該等術語還適用於其中一或多個胺基酸殘基係相應天然存在胺基酸的類似物或模擬物的胺基酸聚合物，以及天然存在的胺基酸聚合物。該等術語還可涵蓋已例如藉由添加碳水化合物殘基以形成醣蛋白而經修飾或經磷酸化的胺基酸聚合物。多肽和蛋白可由天然存在的和非重組的細胞產生，或者多肽和蛋白可由基因工程改造的或重組的細胞產生。多肽和蛋白可包含具有天然蛋白的胺基酸序列之分子，或具有天然序列的一或多個胺基酸的缺失、添加和/或取代之分子。
術語「多肽」和「蛋白」涵蓋僅包含天然存在的胺基酸之分子，以及包含非天然存在的胺基酸之分子。非天然存在的胺基酸（其可以根據需要取代在本文揭露的任何序列中發現的任何天然存在的胺基酸）之實例包括：4-羥基脯胺酸、γ-羧基麩胺酸、ε-N,N,N-三甲基離胺酸、ε-N-乙醯基離胺酸、O-磷酸絲胺酸、N-乙醯絲胺酸、N-甲醯基甲硫胺酸、3-甲基組胺酸、5-羥基離胺酸、σ-N-甲基精胺酸、和其他類似的胺基酸和亞胺基酸（例如，4-羥基脯胺酸）。本文使用的多肽標記法中，按照標準用法和慣例，左手方向係胺基末端方向，右手方向係羧基末端方向。
可插入蛋白或多肽序列中或取代蛋白或多肽序列中的野生型殘基之非天然存在的胺基酸的實例之非限制性清單包括β-胺基酸、高胺基酸、環狀胺基酸及具有衍生化側鏈的胺基酸。實例包括（呈L形式或D形式；縮寫如括弧中所示）：瓜胺酸（Cit）、高瓜胺酸（hCit）、Nα-甲基瓜胺酸（NMeCit）、Nα-甲基高瓜胺酸（Nα-MeHoCit）、鳥胺酸（Orn）、Nα-甲基鳥胺酸（Nα-MeOrn或NMeOrn）、肌胺酸（Sar）、高離胺酸（hLys或hK）、高精胺酸（hArg或hR）、高麩醯胺（hQ）、Nα-甲基精胺酸（NMeR）、Nα-甲基白胺酸（Nα-MeL或NMeL）、N-甲基高離胺酸（NMeHoK）、Nα-甲基麩醯胺（NMeQ）、正白胺酸（Nle）、正纈胺酸（Nva）、1,2,3,4-四氫異喹啉（Tic）、八氫吲哚-2-甲酸（Oic）、3-(1-萘基)丙胺酸（1-Nal）、3-(2-萘基)丙胺酸（2-Nal）、1,2,3,4-四氫異喹啉（Tic）、2-二氫茚基甘胺酸（IgI）、對碘苯丙胺酸（pI-Phe）、對胺基苯丙胺酸（4AmP或4-胺基-Phe）、4-胍基苯丙胺酸（Guf）、甘胺醯基離胺酸（縮寫「K（Nε-甘胺醯基）」或「K（甘胺醯基）」或「K（gly）」）、硝基苯丙胺酸（硝基phe）、胺基苯丙胺酸（胺基phe或胺基-Phe）、苯甲基苯丙胺酸（苯甲基phe）、γ-羧基麩胺酸（γ-羧基glu）、羥基脯胺酸（羥基pro）、對羧基苯丙胺酸（Cpa）、α-胺基己二酸（Aad）、Nα-甲基纈胺酸（NMeVal）、N-α-甲基白胺酸（NMeLeu）、Nα-甲基正白胺酸（NMeNle）、環戊基甘胺酸（Cpg）、環己基甘胺酸（Chg）、乙醯基精胺酸（乙醯基arg）、α,β-二胺基丙酸（Dpr）、α,γ-二胺基丁酸（Dab）、二胺基丙酸（Dap）、環己基丙胺酸（Cha）、4-甲基-苯丙胺酸（MePhe）、β,β-二苯基丙胺酸（BiPhA）、胺基丁酸（Abu）、4-苯基-苯丙胺酸（或聯苯丙胺酸；4Bip）、α-胺基-異丁酸（Aib）、β-丙胺酸、β-胺基丙酸、哌啶甲酸、胺基己酸、胺基庚酸、胺基庚二酸、鎖鏈素、二胺基庚二酸、N-乙基甘胺酸、N-乙基精胺酸、羥基離胺酸、別羥基離胺酸、異鎖鏈素、別異白胺酸、N-甲基甘胺酸、N-甲基異白胺酸、N-甲基纈胺酸、4-羥基脯胺酸（Hyp）、γ-羧基麩胺酸、ε-N,N,N-三甲基離胺酸、ε-N-乙醯基離胺酸、O-磷酸絲胺酸、N-乙醯基絲胺酸、N-甲醯基甲硫胺酸、3-甲基組胺酸、5-羥基離胺酸、ω-甲基精胺酸、4-胺基-O-鄰苯二甲酸（4APA）及其他類似胺基酸，以及特別列出的那些胺基酸中之任一者之衍生化形式。
如本文所用，與核酸結合使用的術語「異源」意指具有宿主細胞內非天然存在的核酸。這可以包括突變的序列，例如不同於天然存在的序列之序列。這可以包括來自其他物種的序列。這還可以包括在基因組中與宿主細胞中天然存在的不同的位置具有序列。這通常不包括可能在宿主細胞中發生的天然突變。例如藉由表現盒之穩定整合，已經含有編碼目的蛋白的異源核酸之細胞將被認為含有異源核酸序列。為清楚起見，具有編碼抗原結合蛋白的核酸之CHO細胞或其衍生物（例如DHFR-或GS敲除型）將被認為具有異源核酸。
本揭露考慮了以下兩者：(1) 首先，直接適應如本文所述之IGF -培養基從而產生例如主細胞庫或工作細胞庫，並且然後進一步修飾以併入編碼例如抗體的核酸序列之宿主細胞（例如CHO細胞）；以及 (2) 已經具有編碼目的異源蛋白（例如抗體）的核酸，然後直接適應如本文所述之IGF -培養基的細胞，例如主細胞庫或工作細胞庫。
如本文所用，術語「生物反應器」意指可用於細胞培養物生長的任何容器。本揭露之細胞培養物可以在生物反應器中生長，可以基於在生物反應器中生長的細胞產生的目的蛋白之應用來選擇生物反應器。生物反應器可以具有任何尺寸，只要其可用於細胞培養；典型地，生物反應器之大小適合在其內部生長的細胞培養物之體積。典型地，生物反應器將為至少1升並且可為2、5、10、50、100、200、250、500、1,000、1500、2000、2,500、5,000、8,000、10,000、12,000升或更大，或介於之間的任何體積。在培養期間可以控制生物反應器之內部條件，包括但不限於pH和溫度。熟悉該項技術者將意識到並且將能夠基於相關考慮因素來選擇用於實踐本文揭露的方法之合適的生物反應器。
如本文所用，「細胞培養」或「培養」意指細胞在多細胞生物體或組織外部的生長和繁殖。對於哺乳動物細胞的合適培養條件係本領域已知的。參見例如Animal cell culture: A Practical Approach [動物細胞培養：一種實用方法], D. Rickwood編輯, Oxford University Press [牛津大學出版社], 紐約(1992)。哺乳動物細胞可以懸浮培養或附著在固體底物上培養。可使用帶有或不帶有微載體的流體化床生物反應器、中空纖維生物反應器、滾瓶、搖瓶或攪拌釜式生物反應器。在一個實施方式中，使用500L至2000L的生物反應器。在一個實施方式中，使用1000L至2000L的生物反應器。
術語「細胞培養基（cell culture medium）」（也稱為「培養基（culture medium）」、「細胞培養基（cell culture media）」、「組織培養基」），係指用於生長細胞（例如動物或哺乳動物細胞）的任何營養液，並且其通常提供以下至少一或多種組分：能源（通常為碳水化合物，諸如葡萄糖的形式）；所有必需胺基酸中之一或多種，通常是二十種鹼性胺基酸，再加上半胱胺酸；典型地以低濃度需要的維生素和/或其他有機化合物；脂質或游離脂肪酸；和微量元素，例如無機化合物或天然存在的元素，其典型地以極低濃度（通常在微莫耳範圍內）需要。
營養溶液可視需要地補充另外的視需要組分以優化細胞生長，諸如激素和其他生長因子，例如運鐵蛋白、上皮生長因子、血清等；鹽，例如鈣鹽、鎂鹽和磷酸鹽，和緩沖劑，例如HEPES；核苷和鹼基，例如腺苷、胸苷、次黃嘌呤；以及蛋白和組織水解產物，例如水解的動物或植物蛋白（蛋白腖或蛋白腖混合物，其可以從動物副產品、純化的明膠或植物材料獲得）；抗生素，例如僅大黴素（gentamycin）；細胞保護劑或界面活性劑，諸如Pluronic ®F68（也稱為Lutrol ®F68和Kolliphor ®P188；非離子三嵌段，其由聚氧丙烯（聚(環氧丙烷)）中心疏水鏈與側翼的兩條聚氧乙烯（聚(環氧乙烷)）親水鏈組成；聚胺，例如腐胺、亞精胺和精胺（參見例如，國際專利申請公開案號WO 2008/154014）和丙酮酸鹽（參見例如美國專利案號8,053,238），這取決於待培養的細胞之需求和/或所需的細胞培養參數。
細胞培養基包括那些典型地用於和/或已知可用於任何細胞培養過程的培養基，例如但不限於批式、延長批式、饋料批式和/或灌注或連續培養細胞。
「基礎」（或批式）細胞培養基係指典型地用於引發細胞培養並且足夠完全以支持細胞培養的細胞培養基。
「饋料批式培養」係指懸浮培養的形式，並且意指其中在培養過程開始後的一或多個時間向培養物中提供附加組分的培養細胞之方法。所提供的組分通常包含對細胞而言在培養過程中已經耗盡的營養補充物。另外或替代性地，附加組分可以包括補充組分（例如，細胞週期抑制化合物）。饋料批式培養通常在某一時刻停止，並且收集培養基中的細胞和/或組分並視需要地純化。
「生長」細胞培養基係指典型地在指數生長時期（「生長階段」）用於細胞培養，並且在該階段期間足夠完全以支持細胞培養的細胞培養基。生長細胞培養基還可以含有賦予摻入到宿主細胞系中的選擇性標記抗性或存活性的選擇劑。這樣的選擇劑包括但不限於遺傳黴素（G418）、新黴素、潮黴素B、嘌呤黴素、吉歐黴素、甲硫胺酸亞磺醯亞胺、胺甲喋呤、無麩醯胺的細胞培養基、缺乏甘胺酸的細胞培養基、次黃嘌呤和胸苷、或單獨的胸苷。
「灌注」細胞培養基係典型地用於藉由灌注或連續培養方法來維持的細胞培養，並且足夠完全以在該過程中支持細胞培養的細胞培養基。灌注細胞培養基配製物可以比基礎細胞培養基配製物更豐富或更濃，以適應用於去除用過的培養基之方法。灌注細胞培養基可在生長階段和生產階段期間使用。
「生產」細胞培養基係指這樣的細胞培養基，其典型地在指數生長結束和開始產生蛋白的過渡期，「過渡」和/或「產物」階段期間用於細胞培養，並且足夠完全以在該階段期間維持期望的細胞密度、活力和/或產物滴定量。
濃縮細胞培養基可以含有維持細胞培養所必需的一些或全部營養物；具體而言，濃縮培養基可以含有鑒定為或已知在細胞培養的生產階段過程中被消耗的營養物。濃縮培養基可基於幾乎任何細胞培養基配製物。這樣的濃縮饋料培養基可以含有細胞培養基之一些或所有組分，例如它們正常量的約2X、3X、4X、5X、6X、7X、8X、9X、10X、12X、14X、16X、20X、30X、50X、100x、200X、400X、600X、800X或甚至約1000X。
用於製備細胞培養基的組分可完全研磨成粉末培養基配製物；根據需要與要添加到細胞培養基中的液體補充物一起部分研磨；或以完全液體形式添加到細胞培養物中。
細胞培養物還可以補充有特定營養物之獨立濃縮饋料，該等營養物可能難以配製在細胞培養物中或在細胞培養物中快速耗盡。此類營養物可為胺基酸諸如酪胺酸、半胱胺酸和/或胱胺酸（參見例如國際專利申請公開案號WO 2012/145682）。例如，可以將酪胺酸濃溶液獨立地饋料到在含有酪胺酸的細胞培養基中生長的細胞培養物中，使得細胞培養物中酪胺酸之濃度不超過8 mM。在另一個實例中，將酪胺酸和胱胺酸濃溶液獨立地饋料到在缺乏酪胺酸、胱胺酸或半胱胺酸的細胞培養基中生長的細胞培養物中。獨立的饋料可以在生產階段開始之前或在生產階段時開始。獨立的饋料可以藉由在與濃縮饋料培養基的同一天或不同天批式饋料至細胞培養基來完成。也可以在與灌注介質的同一天或不同天灌注獨立的饋料。
「無血清」適用於不含動物血清諸如胎牛血清的細胞培養基。各種組織培養基，包括限定的培養基，係可商購的，例如，可以使用以下細胞培養基中之任一種或組合：RPMI-1640培養基、RPMI-1641培養基、杜爾貝科改良伊格爾培養基（DMEM）、伊格爾最小必需培養基、F-12K培養基、Ham F12培養基、伊斯科夫改良杜爾貝科培養基、McCoy 5A培養基、Leibovitz L-15培養基和無血清培養基諸如EX-CELL TM300系列（堪薩斯州列內克沙的JRH生物科學公司（JRH Biosciences, Lenexa, Kansas））、MCDB 302（密蘇里州聖路易斯的西格瑪奧德里奇公司（Sigma Aldrich Corp., St. Louis, MO））等。此類培養基的無血清形式亦為可用的。根據待培養細胞的需求和/或所需的細胞培養參數，細胞培養基可以補充附加的或增加濃度的組分，諸如胺基酸、鹽、糖、維生素、激素、生長因子、緩衝液、抗生素、脂質、微量元素等。也可以使用客製化細胞培養基。
「細胞密度」係指給定體積的培養基中的細胞數目。「活細胞密度」係指給定體積的培養基中的活細胞數目，如藉由標準活力測定法（諸如台盼藍染料排除法）所測定。
「細胞活力」意指培養物中的細胞在給定的一組培養條件或實驗變化下存活的能力。該術語還指在特定時間，相對於當時培養物中的細胞總數（活的和死的）而言，活的那部分細胞。
「生長停滯」，也可稱為「細胞生長停滯」，係細胞數目停止增加或細胞週期不再進展的點。可藉由測定細胞培養物之活細胞密度來監測生長停滯。處於生長停滯狀態的一些細胞之大小可增加但數目不增加，因此生長停滯的培養物之紅血球容積可增加。如果細胞健康不衰退，藉由逆轉導致生長停滯的條件，可以在一定程度上逆轉生長停滯。
「紅血球容積」（PCV），也稱為「紅血球容積百分比」（%PCV），係以百分比表示的由細胞佔據的體積與細胞培養物的總體積之比率（參見Stettler等人，2006, Biotechnol Bioeng. [生物技術與生物工程] 12月20日:95(6):1228-33）。紅血球容積係細胞密度和細胞直徑之函數；紅血球容積之增加可由細胞密度或細胞直徑或兩者之增加引起。紅血球容積係細胞培養物中固體含量的量度。在收穫和下游純化期間去除固體。礦石固體意味著在收穫和下游純化步驟期間從所需產物中分離固體材料的更多努力。此外，所需產物可被捕集在固體中並在收穫過程中損失，導致產物收率降低。由於宿主細胞大小不同並且細胞培養物還含有死細胞和垂死細胞以及其他細胞碎片，與細胞密度或活細胞密度相比，紅血球容積係描述細胞培養物內固體含量的更準確的方式。例如，細胞密度為50 × 10 6個細胞/ml的2000 L培養物根據細胞之大小將具有截然不同的紅血球容積。另外，當處於生長停滯狀態時，一些細胞之大小將增加，因此生長停滯之前和生長停滯之後的紅血球容積將可能不同，這係由於細胞大小增加導致的生物量增加。
「滴定量」意指在給定量的培養基體積中由細胞培養物產生的目的多肽或蛋白（其可為天然存在的或重組的目的蛋白）之總量。滴定量可以以每毫升培養基（或其他體積量度）中多肽或蛋白之毫克數或微克數為單位表示。「累積滴定量」係在培養過程中由細胞產生的滴定量，並且可以例如藉由測量每日滴定量並使用那些值來計算累積滴定量來確定。
如本文所用，術語「宿主細胞」應理解為包括經基因工程改造以表現目的多肽之細胞。對細胞系進行基因工程化涉及用編碼重組多核苷酸分子的核酸（「目的基因」）轉染、轉化或轉導細胞，和/或以其他方式改變（例如，藉由同源重組和基因活化或重組細胞與非重組細胞之融合）以引起宿主細胞表現所需的重組多肽。用於對細胞和/或細胞系進行基因工程化以表現目的多肽之方法和載體係熟悉該項技術者熟知的；例如，各種技術在Current Protocols in Molecular Biology [分子生物學現代方法]，Ausubel等人編輯（Wiley & Sons [約翰威立父子公司], 紐約, 1988, 和季度更新）；Sambrook等人，Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊]（冷泉實驗室出版社, 1989）；Kaufman, R.J., Large Scale Mammalian Cell Culture [大規模哺乳動物細胞培養], 1990, 第15-69頁中說明。該術語包括親本細胞之後代，無論後代是否與原始親本細胞在形態上或遺傳構成方面相同，只要存在目的基因即可。細胞培養物可包含一或多種宿主細胞。
IGF-1係分子結構類似於胰島素的多肽蛋白激素。另外，IGF-1在成年哺乳動物之生長和合成代謝中起重要作用。
IGF-1R具有ATP結合位點，該位點用於提供用於自磷酸化的磷酸酯。已經在IGF1R激酶結構域之晶體內鑒定了酪胺酸殘基1165和1166的自磷酸化複合物之結構。參見Xu等人, 2015, Science Signaling [科學訊息] 8(405):rs13。回應於配體結合，α鏈誘導β鏈之酪胺酸自磷酸化。該事件觸發細胞內傳訊級聯，細胞內傳訊級聯雖然係細胞類型特異性的，但常常促進細胞存活和細胞增殖。參見Jones等人, 1995, Endocrine Reviews [內分泌綜述] 16(1):3-34和LeRoith等人, 1995, Endocrine Reviews [內分泌綜述] 16(2):143-63。正是對細胞增殖的這種影響使得為細胞培養基補充IGF-1在重組蛋白的大規模生產中係常見現象。
IGF-1可商購並且典型地在約0.1 mg/L濃度下被用作細胞培養基之補充物。至少有三種可以包括在細胞培養基中的IGF-1之可商購形式，包括天然IGF-1（70個胺基酸，7.6 kDa，可從例如，R&D系統公司（R&D Systems）獲得）、Long R3 IGF-1（83個胺基酸，9.1 kDa，可從例如，西格瑪密裡博公司（MilliporeSigma）和瑞普利金公司（Repligen）獲得）和Short TMAE-IGF-1（72個胺基酸，7.9 kDa，可從例如，CellRx公司獲得）。 用於使哺乳動物細胞直接適應 IGF- 培養基之方法
藉由使哺乳動物細胞直接適應IGF -培養基（缺乏IGF-1的培養基），已經發現可以在大規模重組蛋白製造中減少或省略IGF-1，同時保持相似的生長速率和生產率。使哺乳動物細胞直接適應IGF-培養基意味著使用已經生長或先前已經生長（並且隨後冷凍）在含有IGF-1（包括血清中可獲得的IGF-1）的細胞培養基中的細胞培養物，並且直接將該等細胞在缺乏IGF-1的細胞培養基中培養。在直接適應中，該等細胞僅適應具有IGF-1濃度（可以包括無IGF-1）的單細胞培養基。這與逐漸適應相反，逐漸適應涉及連續減少存在於細胞培養基中的IGF-1之量並且允許細胞在減少IGF-1濃度的每一步中恢復。
本揭露提供了用於使哺乳動物細胞直接適應IGF-培養基之方法，該方法包括：a) 在包含0.03 mg/L或更少的IGF-1的細胞培養基中培養哺乳動物細胞群；b) 藉由單細胞選殖從該哺乳動物細胞群獲得單個細胞；以及c) 將該等單個細胞進行擴增和傳代，直到該等單個細胞恢復至90%或更多並且倍增時間小於30小時。基於特徵諸如活力、生長和轉染能力選擇最佳殖株。
缺乏IGF-1的細胞培養基通常意指與標準細胞培養條件相比含有減少水平的IGF-1之細胞培養基。例如，用於直接適應的細胞培養基（本文有時候稱為第一細胞培養基）可以含有0.03 mg/L或更少、0.02 mg/L或更少、0.01 mg/L或更少、或無IGF-1。IGF -培養基係指缺乏IGF-1的細胞培養基。
在本文揭露的方法中，可以使用任何哺乳動物細胞系。適用於在培養中生長的多種哺乳動物細胞系可從美國典型培養物保藏中心（American Type Culture Collection）（維吉尼亞州馬納沙斯）和商業供應商處獲得。行業中通常使用的細胞系之實例包括由SV40（COS-7、ATCC CRL 1651）轉化的猴腎CVl系；人胎腎系（293細胞或亞選殖用於在懸浮培養中生長的293細胞（Graham等人, 1977, J. Gen Virol. [普通病毒學雜誌] 36:59）；幼倉鼠腎細胞（BHK，ATCC CCL 10）；小鼠賽特利細胞（TM4, Mather,1980, Biol. Reprod. [生殖生物學]23:243-251）；猴腎細胞（CVl ATCC CCL 70）；非洲綠猴腎細胞（VERO-76, ATCC CRL-1587）；人宮頸癌細胞（HELA, ATCC CCL 2）；犬腎細胞（MDCK，ATCC CCL 34）；布法羅大鼠肝細胞（BRL 3A，ATCC CRL 1442）；人肺細胞（W138，ATCC CCL 75）；人肝癌細胞（Hep G2，HB 8065）；小鼠乳腺腫瘤（MMT 060562, ATCC CCL51）；TRI細胞（Mather等人, 1982, Annals N.Y Acad. Sci. [紐約科學院年報] 383:44-68）；MRC 5細胞或FS4細胞；哺乳動物骨髓瘤細胞，以及許多其他細胞系和中國倉鼠卵巢（CHO）細胞。
用於商業應用的蛋白之大規模生產通常在懸浮培養中進行。因此，用於生成本文描述的重組哺乳動物細胞的哺乳動物宿主細胞可以但不必適於在懸浮培養中生長。已知多種適應於在懸浮培養中生長的宿主細胞，包括來自CHO-S、DG44和DXB11細胞系的小鼠骨髓瘤NS0細胞和CHO細胞。其他合適的細胞系包括小鼠骨髓瘤SP2/0細胞、幼倉鼠腎BHK-21細胞、人PER.C6 ®細胞、人胚腎HEK-293細胞和源自或工程化自本文揭露的任何細胞系之細胞系。
CHO細胞廣泛用於生產複合重組蛋白，包括CHOK1細胞（ATCC CCL61）。二氫葉酸還原酶（DHFR）缺陷突變體細胞系（Urlaub等人, 1980, Proc Natl Acad Sci USA[美國國家科學院院刊] 77: 4216-4220）DXB11和DG-44係理想的CHO宿主細胞系，因為有效的DHFR可選擇和可擴增基因表現系統允許在該等細胞中高水平表現重組蛋白（Kaufman R. J., 1990, Meth Enzymol[酶方法學] 185:537-566）。還包括利用基於麩胺合成酶（GS）的甲硫胺酸亞碸亞胺（MSX）選擇的麩胺合成酶（GS）-敲除CHOK1SV細胞系。其他合適的CHO宿主細胞可包括但不限於以下（括弧中的是ECACC登錄號）：CHO（85050302）、CHO（無蛋白）（00102307）、CHO-K1（85051005）、CHO-K1/SF（93061607）、CHO/DHFR-（94060607）、CHO/DHFR-無AC（05011002）、RR-CHOKI（92052129）。
將在含有其常規和較佳的組分的細胞培養基中的哺乳動物細胞系之細胞培養物用於直接適應。典型地，該細胞培養基包括含有IGF-1的血清。當在指數生長期時，較佳的是培養並且視需要地冷凍該等細胞。
將哺乳動物細胞在缺乏IGF-1的細胞培養基中傳代。在某些實施方式中，IGF-1之濃度係0.03 mg/L或更少。在某些實施方式中，IGF-1之濃度係0 mg/L。較佳的是，例如在伯克利光學技術公司（Berkley Lights（BLI））的Beacon儀器上選殖單細胞。將該等細胞進行擴增並傳代直到它們適應了IGF -培養基，例如它們具有90%或更大的活力並且它們能夠以正常生長速率增殖，例如30小時或更短的倍增時間。
本文所述之採用IGF -直接適應的方法和細胞系允許減少用於製造目的蛋白的細胞培養基中IGF-1之量。典型地，細胞培養基中IGF-1之濃度為0.1 mg/L。在本文揭露的方法中，細胞培養基中IGF-1之濃度可減至小於等於0.05、0.04、0.03、0.02或0.01 mg/L。在某些實施方式中，細胞培養基中不需要IGF-1，即細胞培養基中IGF-1之濃度為0 mg/L。
在本文所述之方法中，細胞具有與無IGF -適應的情況下相同譜系的細胞相當的生長速率。在某些實施方式中，對於生產的前5天，生長速率為0.015-0.04 1/小時。在某些實施方式中，在種子培植中生長速率為0.022-0.025 1/小時。在某些實施方式中，細胞之倍增時間為20-30或23-35小時。
在本文所述之方法中，細胞以與尚未適應無IGF-1的細胞培養基的相同譜系的細胞相當的滴定量生產重組目的蛋白。在某些實施方式中，培養第10天後，目的蛋白之滴定量為至少50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L、400 mg/L、450 mg/L、500 mg/L、550 mg/L或600 mg/L。 表現目的蛋白的哺乳動物宿主細胞之產生
細胞中目的蛋白之表現可以藉由熟知的方法暫態地或者藉由穩定表現實現（Davis等人, Basic Methods in Molecular Biology [分子生物學基本方法], 第2版, Appleton & Lange, Norwalk, Conn. [康涅狄格州諾沃克的阿爾普頓和蘭格公司], 1994；Sambrook等人，Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊], 第3版, Cold Spring Harbor Laboratory Press [冷泉港實驗室出版社], 冷泉港，紐約，2001）。
穩定整合的方法係本領域公知的。易言之，通常藉由將異源多核苷酸或含有異源多核苷酸的載體暫態引入宿主細胞中來實現穩定整合，這有利於所述異源多核苷酸穩定整合到細胞基因組中。典型地，異源多核苷酸側翼為同源臂，即與整合位點上游和下游區域同源的序列。在它們引入哺乳動物宿主細胞之前，可以將環狀載體線性化以利於整合到細胞基因組中。將載體引入細胞中的方法係本領域公知的，包括用生物學方法（諸如病毒遞送）轉染，用化學方法（諸如使用陽離子聚合物、磷酸鈣、陽離子脂質或陽離子胺基酸）轉染；用物理方法（諸如電穿孔或顯微注射）轉染；或用混合方法（諸如原生質體融合）轉染。
為了穩定轉染哺乳動物細胞，已知取決於所使用的表現載體及轉染技術，僅一小部分細胞可將外來DNA整合至其基因組中。為了鑒定及選擇該等整合體，通常將編碼選擇性標記（例如，針對抗生素抗性）的基因隨目的基因一起引入宿主細胞中。較佳的選擇性標記包括賦予對藥物（諸如G418、潮黴素及胺甲喋呤）的抗性的那些。除其他方法以外，可藉由藥物選擇（例如，已併入有選擇性標記基因的細胞將存活，而其他細胞則死亡）來鑒定經所引入的核酸穩定轉染的細胞。
穩定整合的特定方法使用重組酶介導的盒交換（RMCE; Bode和Baer, 2001, Curr Opin Biotechnol. [當前生物技術觀點] 12:473-80，以及Bode等人, 2000, Biol. Chem. [生物化學] 381:801- 813）進行基因組中位點特異性整合（也稱為「靶向整合」）。位點特異性重組酶諸如Flp和Cre介導它們的靶序列的兩個拷貝之間的重組，分別稱為FRT和loxP。使用兩種不相容的靶序列，例如與F3組合的FRT（Schlake和Bode, 1994, Biochemistry [生物化學], 33:12746-51）以及倒置的識別靶位點（Feng等人, 1999, J. Mol. Biol. [分子生物學雜誌] 292:779-85）允許將DNA片段插入至預定的攜帶相似組態的靶序列之染色體位點。還參見歐洲專利案號EP1781796B1和歐洲專利申請公開案號EP2789691A1。
可以藉由核酸酶（例如，鋅指蛋白（ZFP）、轉錄活化因子樣效應核酸酶（TALEN）、規律間隔重複短迴文序列簇（CRISPR）/CRISPR相關蛋白9（Cas9））介導RMCE插入至基因組之特異性位點，該等核酸酶可以被工程化以在基因組中產生單股和雙股斷裂（SSB/DSB）。修復DSB有兩種主要的且不同的途徑--同源重組和非同源末端連接（NHEJ）。同源重組需要存在同源序列作為模板（例如含有RMCE的「供體」）來引導細胞修復過程，並且修復之結果無錯誤且可預測。在不存在用於同源重組的模板（或「供體」）序列時，典型地，細胞試圖經由非同源末端連接（NHEJ）的不可預測的和易錯的過程修復DSB。
載體可為適合用於將編碼資訊的蛋白轉移和/或轉運至宿主細胞和/或特定位置和/或宿主細胞內的區室的任何分子或實體（例如，核酸、質體、噬菌體、轉位子、黏質體、染色體、病毒、病毒衣殼、病毒體、裸DNA、複合DNA等）。載體可以包括病毒和非病毒載體、非附加型哺乳動物載體。載體通常被稱為表現載體，例如，重組表現載體和選殖載體。可以將載體引入宿主細胞以允許載體自身的複製，並從而擴增其中含有的多核苷酸之拷貝。選殖載體可含有序列組分，該等序列組分通常包括但不限於複製起點、啟動子序列、轉錄起始序列、強化子序列和選擇性標記。該等元件可以由熟悉該項技術者適當選擇。
載體可用於對宿主細胞進行轉化且含有指導和/或控制（連同宿主細胞一起）與其可操作地連接的一或多個異源編碼區的表現的核酸序列之載體。表現構建體可以包括但不限於影響或控制轉錄、翻譯且在存在內含子時影響與其可操作地連接的編碼區的RNA剪接的序列。「可操作地連接」意指該術語所適用的組分呈允許其執行其固有功能的關係。例如，在與蛋白編碼序列「可操作地連接」的載體中的控制序列（例如啟動子）之排列使得該控制序列之正常活性導致該蛋白編碼序列之轉錄，從而導致所編碼的蛋白之重組表現。
可選擇在所採用的特定宿主細胞中具有功能性的載體（即，該載體與宿主細胞機構相容，從而允許可發生基因之擴增和/或表現）。在一些實施方式中，所使用的載體採用使用諸如二氫葉酸還原酶的蛋白報導序列之蛋白片段互補測定（參見例如美國專利案號6,270,964）。合適的表現載體係本領域已知的，並且亦為可商購的。
典型地，用於宿主細胞中的載體均將含有用於質體維持及用於選殖及表現外源核苷酸序列之序列。此類序列典型地將包含以下核苷酸序列中之一或多個：啟動子、一或多個強化子序列、複製起點、轉錄和翻譯控制序列、轉錄終止序列、含有供體和受體剪接位點的完整內含子序列、各種改善糖基化或產量的前序列（pre-sequence/pro-sequence）、用於多肽分泌的天然或異源訊息序列（前導序列或訊息肽）、核糖體結合位點、聚腺苷酸序列、內部核糖體進入位址（IRES）序列、表現增強序列元件（EASE）、來自腺病毒2的三聯體前導序列（TPA）和VA基因RNA、用於插入編碼待表現多肽的多核苷酸之多連接子區域以及選擇性標記元件。可以從起始載體（諸如可商購的載體）構建載體，可以單獨獲得其他元件並將其連接到載體中。用於獲得各組分的方法係熟悉該項技術者熟知的。
載體組分可為同源的（即，來自於與宿主細胞相同的物種和/或品系）、異源的（例如，來自於除宿主細胞物種或品系以外的物種）、雜合的（即，來自於多於一個來源的側接序列之組合）、合成的或天然的。可藉由本領域熟知的方法獲得該等載體中有用的組分之序列，諸如先前藉由作圖和/或藉由限制性核酸內切酶鑒定的那些。另外，它們可以藉由聚合酶鏈反應（PCR）和/或藉由用合適的探針篩選基因組文庫來獲得。
核糖體結合位點通常是mRNA翻譯起始所必需的，且以夏因-達爾加諾（Shine-Dalgarno）序列（原核生物）或科紮克（Kozak）序列（真核生物）表徵。該元件典型地位於啟動子之3’且在待表現的多肽的編碼序列之5’。
複製起點有助於宿主細胞中載體之擴增。它們可以作為可商購的原核載體之一部分包括在內，也可以基於已知序列化學合成並連接到載體中。各種病毒來源（例如，SV40、多瘤病毒、腺病毒、水泡性口炎病毒（VSV）或乳突病毒（諸如HPV或BPV））可用於在哺乳動物細胞中選殖載體。
哺乳動物宿主細胞表現載體之轉錄和翻譯控制序列可以從病毒基因組中切除。常用的啟動子和強化子序列源自多瘤病毒、腺病毒2、猿猴病毒40（SV40）和人巨細胞病毒（CMV）。例如，可以使用即時早期基因1之人CMV啟動子/強化子。參見例如Patterson等人, 1994, Applied Microbiol. Biotechnol. [應用微生物學與生物技術] 40:691-98。源自SV40病毒基因組的DNA序列，例如，SV40來源、早期和晚期啟動子、強化子、剪接序列和聚腺苷酸位點可用於提供其他遺傳元件，用於在哺乳動物宿主細胞中表現結構基因序列。病毒早期和晚期啟動子係特別有用的，因為它們都容易從病毒基因組中作為片段獲得，也可以包含病毒複製起點（Fiers等人, 1978, Nature [自然] 273:113；Kaufman 1990, Meth. in Enzymol. [酶方法學] 185:487-511）。也可以使用更小或更大的SV40片段，前提係包括了從Hind III位點向位於SV40病毒複製起點的BglI位點延伸的約250 bp序列。
轉錄終止序列典型地位於多肽編碼區之3′端且用於終止轉錄。通常，原核細胞中的轉錄終止序列係富含G-C的片段，後接聚T序列。雖然序列可自文庫中容易地選殖或甚至作為載體之一部分而商購得到，但其還可使用熟悉該項技術者已知的那些核酸合成方法容易地合成。
選擇性標記基因編碼在選擇性培養基中生長的宿主細胞之存活及生長所必需的蛋白。典型的選擇標記基因編碼如下蛋白質：(a) 賦予針對抗生素或其他毒素（例如，對於原核宿主細胞，胺苄青黴素、四環素或康黴素）的抗性；(b) 補充細胞的營養缺陷；或 (c) 提供不可得自複雜培養基或限定培養基的重要營養物。特定的可選擇標記物為康黴素抗性基因、胺苄青黴素抗性基因及四環素抗性基因。有利地，新黴素抗性基因還可用於在原核及真核宿主細胞二者中進行選擇。
可以使用其他可選擇基因擴增有待表現的基因。擴增係使生長或細胞存活必要的蛋白質產生所需的基因在連續數代重組細胞之染色體內串聯性複製的過程。適用於哺乳動物細胞之適合的可選擇標記物之實例包括麩胺合成酶（GS）、二氫葉酸還原酶（DHFR）和無啟動子胸苷激酶基因。使哺乳動物細胞轉化株處於選擇壓力下，其中由於載體中存在可選擇基因，所以僅轉化株唯一適於存活。藉由在連續增加培養基中選擇劑的濃度的條件下培養經轉化細胞，由此使選擇性基因和編碼目的蛋白的DNA擴增來施加選擇壓力。因此，由經擴增的DNA合成增加量的目的多肽。
在一些情況下，諸如在真核宿主細胞表現系統中需要糖基化時，可操縱各種前序列以改善糖基化或產率。例如，可以改變特定訊息肽之肽酶裂解位點，或添加原序列，該等序列還可影響糖基化。最終蛋白產物可以在-1位（相對於成熟蛋白之第一個胺基酸）具有一或多個易於表現的另外的胺基酸，該等胺基酸可能未完全移除。例如，最終蛋白質產物可能具有一或兩個在肽酶裂解位點中發現的附接至胺基末端的胺基酸殘基。替代性地，當酶在成熟多肽內的此類區域裂解時，使用一些酶裂解位點可能產生期望的多肽之略微截短的形式。
表現和選殖典型地將含有被宿主生物體識別且可操作地連接至編碼目的蛋白的分子之啟動子。啟動子為位於控制結構基因轉錄的結構基因起始密碼子（一般在約100至1000 bp內）上游（即，5’）的非轉錄序列。啟動子通常分組為兩種類別中之一個：誘導型啟動子及組成型啟動子。誘導型啟動子起始處於其控制下的DNA響應於培養條件之某種變化（如營養素的存在或不存在，或者溫度變化）以提高的水平轉錄。另一方面，組成型啟動子一致地轉錄其可操作地連接的基因，即，對基因表現具有極小控制或無控制。許多由多種潛在宿主細胞識別的啟動子係熟知的。
用於哺乳動物宿主細胞的適合啟動子係熟知的，且包括但不限於獲自病毒基因組的那些啟動子，該等病毒為諸如多瘤病毒、禽痘病毒、腺病毒（諸如腺病毒2）、牛乳頭狀瘤病毒、禽肉瘤病毒、巨細胞病毒、反轉錄病毒、B型肝炎病毒及猿猴病毒40（SV40）。其他適合哺乳動物啟動子包括異源哺乳動物啟動子，例如熱休克啟動子及肌動蛋白啟動子。
其他感興趣的啟動子包括但不限於：SV40早期啟動子（Benoist和Chambon, 1981, Nature [自然] 290:304-310）；CMV啟動子（Thornsen等人, 1984, Proc.Natl.Acad.U.S.A. [美國國家科學院院刊] 81:659-663）；勞斯肉瘤病毒3’長末端重複序列中包含的啟動子（Yamamoto等人, 1980, Cell [細胞] 22:787-797）；皰疹病毒胸苷激酶啟動子（Wagner等人, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. [美國國家科學院院刊] 78:1444-1445）；甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）；來自金屬硫蛋白基因的啟動子和調節序列（Prinster等人, 1982, Nature [自然] 296:39-42）；以及原核啟動子，諸如β-內醯胺酶啟動子（Villa-Kamaroff等人, 1978, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. [美國國家科學院院刊] 75:3727-3731）；或tac啟動子（DeBoer等人, 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. [美國國家科學院院刊] 80:21-25）。有意義的還有以下動物轉錄控制區，它們表現出組織特異性並已用於轉基因動物中：在胰臟腺泡細胞中有活性的彈性蛋白酶I基因控制區（Swift等人, 1984, Cell [細胞] 38:639-646；Ornitz等人, 1986, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. [冷泉港定量生物學研討會] 50:399-409；MacDonald, 1987, Hepatology [肝臟病學] 7:425-515）；在胰臟β細胞中具有活性的胰島素基因控制區（Hanahan, 1985, Nature [自然] 315:115-122）；在淋巴樣細胞中具有活性的免疫球蛋白基因控制區（Grosschedl等人, 1984, Cell [細胞] 38:647-658；Adames等人, 1985, Nature [自然] 318:533-538；Alexander等人, 1987, Mol. Cell. Biol. [分子細胞生物學] 7:1436-1444）；在睪丸、乳房、淋巴和肥胖細胞中具有活性的小鼠乳腺腫瘤病毒控制區（Leder等人, 1986, Cell [細胞] 45:485-495）；在肝中具有活性的白蛋白基因控制區（Pinkert等人, 1987, Genes and Devel. [基因與發育] 1:268-276）；在肝中具有活性的α-胎蛋白基因控制區（Krumlauf等人, 1985, Mol. Cell. Biol. [分子細胞生物學] 5:1639-1648；Hammer等人, 1987, Science [科學] 253:53-58）；在肝中具有活性的α1-抗胰蛋白酶基因控制區（Kelsey等人, 1987, Genes and Devel. [基因與發育]1:161-171）；在骨髓細胞中具有活性的β球蛋白基因控制區（Grosschedl等人, 1985, Cell [細胞] 315:338-340；Kollias等人, 1986, Cell [細胞] 46:89-94）；在腦中的少突膠質細胞中具有活性的髓磷脂鹼性蛋白基因控制區（Readhead等人, 1987, Cell [細胞] 48:703-712）；在骨骼肌中具有活性的肌凝蛋白輕鏈-2基因控制區（Sani, 1985, Nature [自然] 314:283-286）；和在下視丘中具有活性的促性腺激素釋放激素基因控制區（Mason等人, 1986, Science [科學] 234:1372-1378）。
可將強化子序列插入該載體中以增加高等真核生物之轉錄。強化子為DNA的順式作用元件，長度通常為約10-300 bp，作用於啟動子以增加轉錄。強化子在方向及位置方面為相對獨立的，已見於轉錄單元的5’及3’位置。已知可得自哺乳動物基因的幾種強化子序列（例如，球蛋白、彈性蛋白酶、白蛋白、α-胎蛋白及胰島素）。然而，典型地使用來自於病毒的強化子。本領域中已知的SV40強化子、巨細胞病毒早期啟動子強化子、多瘤病毒強化子和腺病毒強化子係用於活化真核啟動子之示例性強化元件。儘管強化子可以定位於載體中編碼序列的5’或3’，但其典型地位於啟動子5’的位點處。
可將編碼適當天然或異源訊息序列（前導序列或訊息肽）的序列併入表現載體中，以促進目的蛋白之細胞外分泌。訊息肽或前導序列之選擇取決於待產生目的蛋白的宿主細胞之類型，且異源訊息序列可替換天然訊息序列。在哺乳動物宿主細胞中具有功能性的訊息肽之實例包括以下：美國專利案號4,965,195中所描述的白血球介素-7的訊息序列；Cosman等人,1984, Nature [自然] 312:768中所描述的白血球介素-2受體的訊息序列；歐洲專利案號0367 566中所述之白血球介素-4受體訊息肽；美國專利案號4,968,607中所描述的I型白血球介素-1受體訊息肽；歐洲專利案號0 460 846中所述之II型白血球介素-1受體訊息肽。
經證實會改善來自哺乳動物表現載體的異源基因表現的另外的控制序列包括諸如源自CHO細胞的表現增加序列元件（EASE）的元件（Morris等人, 在Animal Cell Technology [動物細胞技術]，第529-534頁(1997)中；美國專利案號6,312,951 B1、6,027,915和6,309,841 B1）和來自腺病毒2的三聯體前導序列（TPL）和VA基因RNA（Gingeras等人, 1982, J. Biol. Chem. [生物化學雜誌] 257:13475-13491）。病毒來源的內部核糖體進入位址（IRES）序列使雙順反子mRNA得以有效翻譯（Oh和Sarnow, 1993, Current Opinion in Genetics and Development [遺傳學與發育新見] 3:295-300；Ramesh等人, 1996, Nucleic Acids Research [核酸研究] 24:2697-2700）。
構建後，可將一或多種載體插入合適的細胞中以進行擴增和/或多肽表現。表現載體向所選細胞的轉化可以藉由熟知的方法完成，包括轉染、感染、磷酸鈣共沈澱、電穿孔、核轉染、顯微注射、DEAE-右旋糖酐介導的轉染、陽離子脂質介導的遞送、脂質體介導的轉染、微彈轟擊、受體介導的基因遞送，聚離胺酸、組蛋白、殼聚糖和肽介導的遞送。該方法將部分隨所用宿主細胞之類型而變化。該等方法及其他適合方法係熟練技術者熟知的，並且闡述於手冊和其他技術出版物中，例如Sambrook等人, Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊], 第3版, Cold Spring Harbor Laboratory Press [冷泉港實驗室出版社], 冷泉港, 紐約(2001)。
術語「轉化」係指細胞遺傳特徵之改變，當細胞被修飾以含有新的DNA或RNA時，則該細胞就被轉化了。例如，細胞經由轉染、轉導或其他技術引入新的遺傳材料，由其原始狀態進行基因修飾，則該細胞就被轉化了。轉染或轉導後，轉化DNA可以藉由物理整合進入細胞染色體與細胞之DNA重組，或者可以作為一個不被複製的游離元件被暫時維持，或者可以作為質體獨立複製。當轉化DNA隨著細胞之分裂而複製時，細胞被認為已經「穩定地轉化」了。
術語「轉染」係指藉由細胞吸收外來或外源性DNA。許多轉染技術在本領域中係熟知的，並在本文中揭露。參見例如Graham等人, 1973, Virology [病毒學] 52:456；Sambrook等人, 2001, Molecular Cloning: A Laboratory Manual [分子選殖：實驗室手冊]，同上；Davis等人, 1986, Basic Methods in Molecular Biology [分子生物學基本方法], 愛思唯爾；Chu等人, 1981, Gene [基因] 13:197。
術語「轉導」係指外來DNA經由病毒載體被引入細胞的過程。參見Jones等人, (1998). Genetics: principles and analysis. [遺傳學：原理和分析] Boston: Jones & Bartlett Publ. [波士頓：鐘斯和巴特利特出版社]。 細胞培養過程之描述
在本文所述之方法中，使用減少量的IGF-1或不使用IGF-1可在生產運行的任何或所有階段進行。有時用於生產的細胞培養基在本文中係指第二細胞培養基。該第二細胞培養基不必具有與第一細胞培養基相同濃度的IGF-1。第二細胞培養基可以具有的IGF-1濃度係0.05 mg/L或更少、0.03 mg/L或更少、0.02 mg/L或更少、0.01 mg/L或更少或無IGF-1。例如，IGF-1可在種子規模、生產規模（N）或其間任何規模（例如N-1、N-2等）減少至0.03 mg/L或更少。在生產規模上，IGF-1可在初始細胞培養基和/或灌注培養基或饋料批式饋料培養基中適當地減少。
所揭露的方法適用於在攪拌釜反應器中生長的貼壁培養物或懸浮培養物（包括傳統的批式和饋料批式細胞培養物，其可以但不必包含旋轉過濾器）、灌注系統（包括交替切向流（「ATF」）培養物、聲學灌注系統、深度過濾器灌注系統和其他系統）、中空纖維生物反應器（HFB，其在一些情況下可以用於灌注過程）以及各種其他細胞培養方法（參見例如Tao等人, 2003, Biotechnol. Bioeng.[生物技術與生物工程] 82:751-65；Kuystermans和Al-Rubeai, (2011) 「Bioreactor Systems for Producing Antibody from Mammalian Cells [用於從哺乳動物細胞產生抗體的生物反應器系統]」在Antibody Expression and Production [抗體表現和生產]中, Cell Engineering [細胞工程] 7:25-52, Al-Rubeai（編輯）Springer [斯普林格]；Catapano等人, (2009) 「Bioreactor Design and Scale-Up [生物反應器設計與擴大]」在Cell and Tissue Reaction Engineering: Principles and Practice [細胞與組織反應工程：原理與實踐]中, Eibl等人（編輯）Springer-Verlag [斯普林格-維拉格]，其藉由援引以其全文併入本文）。
在重組蛋白生產階段間，期望有一種受控系統，細胞在其中生長至所需密度，然後細胞之生理狀態轉換為生長停滯的高生產率狀態，其中細胞使用能量和底物生產重組目的蛋白而不是產生更多的細胞。存在各種實現該目標的方法，包括溫度變換和胺基酸飢餓，以及使用細胞週期抑制劑或其他可以阻止細胞生長而不引起細胞死亡的分子。
重組蛋白之生產始於在培養板、燒瓶、管、生物反應器或其他合適的容器中建立表現該蛋白的細胞之哺乳動物細胞生產培養物。典型地使用較小的生產生物反應器，在一個實施方式中，生物反應器為500 L至2000 L。在另一個實施方式中，使用1000 L-2000 L的生物反應器。用於接種生物反應器的種子細胞密度可對生產的重組蛋白之水平具有積極影響。在一個實施方式中，生物反應器用在無血清培養基中至少0.5 × 10 6至超過3.0 × 10 6個活細胞/mL接種。在另一個實施方式中，接種量為1.0 × 10 6個活細胞/mL。
然後哺乳動物細胞經歷指數生長階段。可以在無補充饋料的情況下維持細胞培養物，直至達到期望的細胞密度。在一個實施方式中，細胞培養在有或無補充饋料的情況下維持長達三天。在另一個實施方式中，可以以期望的細胞密度接種培養物以開始生產階段而沒有短暫的生長階段。在本文的任何實施方式中，從生長階段到生產階段的轉換也可以藉由任何前述方法引發。
在介於生長階段與生產階段之間的過渡階段，以及在生產階段期間，紅血球容積百分比（%PCV）可以等於或小於35%。例如，在生產階段期間維持的所需的紅血球容積等於或小於35%、等於或小於30%、等於或小於20%、等於或小於15%、或等於或小於10%。
在介於生長階段與生產階段之間的過渡階段的以及在生產階段期間維持的所需活細胞密度可根據專案而不同。它可以基於來自歷史數據的等效紅血球容積而決定。例如，活細胞密度可為至少約10 x 10 6個活細胞/mL至80 x 10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至70x10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至60 x 10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至50 x 10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至40 x 10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至30 x 10 6個活細胞/mL、至少約10 x 10 6個活細胞/mL至20 x 10 6個活細胞/mL、至少約20 x 10 6個活細胞/mL至30 x 10 6個活細胞/mL、至少約20 x 10 6個活細胞/mL至至少約25 x 10 6個活細胞/mL、或至少約20 x 10 6個活細胞/mL。
在生產階段期間較低的紅血球容積有助於減輕溶解氧噴射問題，溶解氧噴射問題可阻礙較高細胞密度的灌注培養。較低的紅血球容積還允許較小的培養基體積，這允許使用較小的培養基存儲容器並且可以與較慢的流速組合。與較高的細胞生物質培養相比，較低的紅血球容積對收穫和下游加工也具有較小的影響。所有該等都降低了與製造重組蛋白治療劑相關的成本。
在藉由哺乳動物細胞培養生產重組蛋白的商業過程中典型地使用三種方法：批式培養、饋料批式培養和灌注培養。批式培養係一種不連續的方法，其中細胞在固定體積的培養基中生長很短的一段時間，接著完全收穫。使用批式方法生長的培養物經歷細胞密度之增加直至達到最大細胞密度，接著隨著培養基組分之消耗和代謝副產物（諸如乳酸鹽和氨）水平之積聚，活細胞密度下降。收穫通常發生在達到最大細胞密度時（例如，5 x 10 6個細胞/mL或更高，取決於培養基配方、細胞系等）。批式過程係最簡單的培養方法，然而活細胞密度受到營養物可用性的限制，並且一旦細胞處於最大密度，則培養物衰退並且產量降低。不能夠延長生產階段，這係因為廢棄產物之積聚和營養物之消耗迅速導致培養物衰退（通常約3-7天）。
饋料批式培養藉由提供團式或連續培養基饋料以補充已經消耗的那些培養基組分而改進了批式過程。由於饋料批式培養在整個運行中接受額外的營養物，所以與批式方法相比，它們具有獲得更高的細胞密度（＞ 10至30 x 10 6個細胞/ml，取決於培養基配方、細胞系等）和增加的產物滴定量之潛力。與批式過程不同，可以藉由操縱饋料策略和培養基配方來產生和維持雙相培養物，以區分實現期望的細胞密度的細胞增殖期（生長階段）與懸浮或緩慢細胞生長階段（生產階段）。因此，與批式培養相比，饋料批式培養具有獲得更高產物滴定量之潛力。典型地，在生長階段使用批式方法，在生產階段使用饋料批式方法，但是在整個過程中可以使用饋料批式饋料策略。然而，與批式過程不同，生物反應器體積係限制饋料量的限制因素。此外，與批式方法一樣，代謝副產物之積聚將導致培養物衰退，這限制了生產階段之持續時間，約10至21天。饋料批式培養係不連續的，收穫典型地發生在代謝副產物水平或培養物活力達到預定水平時。與不進行饋料的批式培養相比，饋料批式培養可以產生更大量的重組蛋白。參見例如美國專利案號5,672,502。
灌注方法藉由添加新鮮培養基並同時去除用過的培養基提供了對批式方法和饋料批式方法之潛在改進。典型的大規模商業細胞培養策略致力於達到60 - 90(+) x 10 6個細胞/mL的高細胞密度，其中反應器體積之幾乎三分之一到一半以上係生物質。利用灌注培養，已經實現了 ＞ 1 x 10 8個細胞/mL的極端細胞密度，並且預測了甚至更高的密度。典型的灌注培養開始於持續一天或兩天的批式培養活化，接著向培養物中連續、分步和/或間歇性添加新鮮饋料培養基，並在培養的整個生長階段和生產階段同時去除用過的培養基並保留細胞和另外的高分子量化合物諸如蛋白（基於過濾分子量截斷值）。可以使用各種方法，諸如沈降、離心或過濾來去除用過的培養基，同時維持細胞密度。已經報導了每天一工作容積的一個分數至每天多個工作容積的灌注流速。
灌注過程的優點係生產培養物可以比批式培養或饋料批式培養方法維持更長的時間。然而，需要增加培養基之製備、使用、儲存和處置以支持長期灌注培養，特別是具有高細胞密度的那些，還需要甚至更多的營養物，並且與批式和饋料批式方法相比，所有該等驅使生產成本甚至更高。另外，較高的細胞密度可在生產過程中引起問題，諸如維持溶解氧水平和增加氣體處理的問題，包括供給更多的氧氣和去除更多的二氧化碳，這將導致更多的起泡和對改變消泡策略的需要；以及在收穫和下游加工期間，其中去除過量細胞材料所需的努力可導致產物損失，從而否定了由於細胞質量增加而增加滴定量的益處。
還提供了一種大規模細胞培養策略，該策略結合了生長階段的饋料批式饋料和其後生產階段的連續灌注。該方法以細胞培養物維持在小於或等於35%的紅血球容積的生產階段為目標。
在一個實施方式中，使用具有團式饋料的饋料批式培養在生長階段期間維持細胞培養物。然後可以在生產階段期間使用灌注饋料。在一個實施方式中，當細胞達到生產階段時開始灌注。在另一個實施方式中，在細胞培養的第3天或約第3天至第9天或約第9天開始灌注。在另一個實施方式中，在細胞培養的第5天或約第5天至第7天或約第7天開始灌注。
在生長階段期間使用團式饋料允許細胞過渡到生產階段，導致對作為引發和控制生產階段的手段的溫度變換之依賴性較小，然而在生長階段與生產階段之間可發生約36°C至約31°C的溫度變換。在一個實施方式中，該變換為36°C至32°C。
如本文所述，生物反應器可以用在無血清培養基中至少0.5×10 6至超過3.0×10 6個活細胞/mL接種，例如1.0 × 10 6個活細胞/mL。
灌注培養係其中細胞培養物接收新鮮灌注供給培養基同時除去耗過培養基的培養。灌注可為連續的、分步的、間歇的、或任何該等中之任何一種或全部的組合。灌注率可以每天低於一工作容積至多個工作容積。細胞保留在培養物中，並且去除的用過的培養基基本上不含細胞或具有比培養物顯著更少的細胞。細胞培養物表現的重組蛋白也可以保留在培養物中。灌注可以藉由許多方式完成，包括離心、沈降或過濾， 參見例如Voisard等人, 2003, Biotechnology and Bioengineering [生物技術和生物工程] 82:751-65。過濾方法之實例是交替切向流過濾。藉由中空纖維過濾器模組泵送培養基來維持交替切向流。參見例如美國專利案號6,544,424；Furey, 2002, Gen. Eng. News. [基因工程新聞] 22 (7):62-63。
「灌注流速」係在給定時間內從生物反應器通過（添加和去除）的培養基之量，通常表示為工作容積之某一分數或多個工作容積。「工作容積」係指用於細胞培養的生物反應器容積之量。在一個實施方式中，灌注流速為每天一個工作容積或更少。可以配製灌注饋料培養基以使灌注營養物濃度最大化，從而使灌注速率最小化。
細胞培養物可以補充含有在細胞培養物生產階段過程中被消耗的組分（諸如營養物和胺基酸）的濃縮饋料培養基。
濃縮饋料培養基可基於幾乎任何細胞培養基配方。這樣的濃縮饋料培養基可以含有細胞培養基的大多數組分，例如它們正常量的約5X、6X、7X、8X、9X、10X、12X、14X、16X、20X、30X、50X、100x、200X、400X、600X、800X或甚至約1000X。濃縮饋料培養基常常用於饋料批式培養過程。
根據本發明的方法可用於改善多階段培養過程中重組蛋白之生產。在多級過程中，在兩個或更多個不同階段培養細胞。例如，細胞可以首先在一或多個生長階段，在使細胞增殖和活力最大化的環境條件下培養，然後轉移到生產階段，在使蛋白生產最大化的條件下培養。在藉由哺乳動物細胞生產蛋白的商業過程中，通常存在多個，例如至少約2、3、4、5、6、7、8、9或10個生長階段，該等生長階段在最終生產培養之前在不同培養容器中發生。
生長階段和生產階段可以在一或多個過渡階段之前，或由一或多個過渡階段隔開。在多階段過程中，根據本發明的方法可以至少在商業細胞培養的最終生產階段的生長和生產階段中採用，但是它也可以在先前的生長階段中採用。生產階段可以大規模進行。大規模過程可以在至少約100、500、1000、2000、3000、5000、7000、8000、10,000、15,000、20,000升的體積中進行。在一個實施方式中，生產在500 L、1000 L和/或2000 L生物反應器中進行。
生長階段可以在比生產階段更高的溫度下進行。例如，生長階段可以在約35°C至約38°C的第一溫度下進行，並且生產階段可以在約29°C至約37°C，視需要地約30°C至約36°C或約30°C至約34°C的第二溫度下進行。此外，可以在溫度變化之前和/或之後的同時添加蛋白質產生的化學誘導劑，如像咖啡因、丁酸酯和六亞甲基雙乙醯胺（HMBA）。如果在溫度變化後添加誘導劑，則可以在溫度變化後1小時至5天，視需要地在溫度變化後1至2天添加誘導劑。細胞培養可維持數天或甚至數週，同時細胞產生期望的一或多種蛋白質。
可以使用本領域已知的任何分析技術監測和評價來自細胞培養物的樣本。可以在培養持續期間監測包括重組蛋白及培養基品質和特徵在內的多種參數。可以間歇性地以期望的頻率，包括連續監測，即時或接近即時採集和監測樣本。
典型地，在最終生產培養物之前的細胞培養物（N-x至N-1）用於生成種子細胞，該等種子細胞將用於接種生產生物反應器，N-1培養物。種子細胞密度可對生產的重組蛋白之水平具有積極影響。產物水平傾向於隨著種子密度之增加而增加。滴定量的提高不僅與更高的種子密度有關，而且可能受進入生產的細胞之代謝和細胞週期狀態的影響。
種子細胞可藉由任何培養方法產生。一種這樣的方法係使用交替切向流過濾的灌注培養。N-1生物反應器可以使用交替切向流過濾來運行以提供高密度的細胞來接種生產生物反應器。N-1階段可用於使細胞生長至密度＞90 x 10 6個細胞/mL。N-1生物反應器可用於生成團式種子培養物或者可用作滾動種子儲備培養物，其可維持在高種子細胞密度下接種多個生產生物反應器。生產的生長時期之持續時間範圍可為7至14天，並且可以設計成在接種生產生物反應器之前維持細胞處於指數生長。優化灌注速率、培養基配方和時間以使細胞生長並將它們以最有利於優化其生產的狀態遞送至生產生物反應器。對於接種生產生物反應器，可以實現 ＞ 15 x 10 6個細胞/mL的種子細胞密度。接種時更高的種子細胞密度可減少或甚至消除達到期望的生產密度所需的時間。
在某些實施方式中，本揭露之哺乳動物宿主細胞和方法可用於生成高產率的目的蛋白。高產率或高體積生產率係細胞產生高水平目的蛋白之能力。使用適於哺乳動物宿主細胞並且含有胺基酸、維生素或微量元素，同時含有減少量的IGF-1或缺乏IGF-1的饋料培養基，在饋料批式或灌注條件下生長10天的培養物中，特定產率將取決於目的蛋白並且可為至少0.05 g/L、至少0.1 g/L、至少0.15 g/L、至少0.2 g/L、至少0.25 g/L、至少0.3 g/L、至少0.35 g/L、至少0.4 g/L、至少0.45 g/L、至少0.5 g/L、至少0.6 g/L、至少0.7 g/L、至少0.8 g/L、至少0.9 g/L、至少1 g/L、至少1.5 g/L、至少2 g/L或更高。在特定實施方式中，本揭露之宿主細胞和方法表現目的蛋白並且當在上述培養條件下生長時能夠產生至少0.5 g/L、至少0.6 g/L、至少0.7 g/L、至少0.8 g/L、至少0.9 g/L、至少1 g/L、至少1.5 g/L、至少2 g/L或更多，較佳的是高達約3 g/L、4 g/L、5 g/L或10 g/L。
還可以根據基於每天每個細胞產生的蛋白的量（表示為pg/細胞/天）測定的細胞系之單位生產率來測量產率。使用適於哺乳動物宿主細胞並且含有胺基酸、維生素或微量元素，同時含有減少量的IGF-1或缺乏IGF-1的饋料培養基，在饋料批式或灌注條件下生長10天的培養物中，本揭露之哺乳動物宿主細胞能夠產生至少1 pg/細胞/天、至少2 pg/細胞/天、至少3 pg/細胞/天、至少4 pg/細胞/天、至少5 pg/細胞/天、至少6 pg/細胞/天、至少7 pg/細胞/天、至少8 pg/細胞/天、至少9 pg/細胞/天、至少10 pg/細胞/天、至少11 pg/細胞/天、至少12 pg/細胞/天、至少13 pg/細胞/天、至少14 pg/細胞/天、至少15 pg/細胞/天、至少20 pg/細胞/天、至少25 pg/細胞/天或更多、較佳的是高達50 pg/細胞/天。在特定實施方式中，本揭露之哺乳動物宿主細胞表現目的蛋白並且在上述培養條件下具有至少10 pg/細胞/天、至少11 pg/細胞/天、至少12 pg/細胞/天、至少13 pg/細胞/天、至少14 pg/細胞/天、至少15 pg/細胞/天、至少20 pg/細胞/天、至少25 pg/細胞/天或更高、較佳的是高達50 pg/細胞/天的單位生產率。
本文所述之方法可以用於培養表現目的蛋白的細胞。所表現的蛋白質可以被分泌到培養基中，從培養基中可以回收和/或收集該等蛋白質。此外，可以使用已知的過程和從商業供應商獲得的產品，從這樣的培養物或組分（例如從培養基）中純化或部分純化蛋白質。然後可以「配製」（意指緩衝液交換、滅菌、成批包裝、和/或包裝用於最終使用者）純化的蛋白質。用於藥物組成物的合適的配製物包括Remington’s Pharmaceutical Sciences [雷明頓藥物科學], 第18版. 1995, Mack Publishing Company [麥克出版公司], 伊斯頓, 賓夕法尼亞州中所述之那些。 目的蛋白
目的多肽和蛋白可能具有科學意義或商業意義，包括基於蛋白的治療法。目的蛋白尤其包括分泌型蛋白、非分泌型蛋白、胞內蛋白或膜結合蛋白。目的多肽和蛋白可以使用細胞培養方法藉由重組動物細胞系產生，並且可以被稱為「重組蛋白」。所表現的一或多種蛋白質可以在細胞內產生或被分泌到培養基中，從培養基中可以回收和/或收集該等蛋白質。術語「分離的蛋白」或「分離的重組蛋白」係指目的多肽或蛋白，該目的多肽或蛋白從會干擾其治療、診斷、預防、研究或其他用途的蛋白或多肽或其他污染物中純化出來。目的蛋白包括藉由結合靶、特別是下面列出的那些中的靶而發揮治療作用的蛋白，包括從其衍生的靶、與其相關的靶及其修飾。
目的蛋白包括「抗原結合蛋白」。「抗原結合蛋白」係指包括抗原結合區或抗原結合部分的蛋白或多肽，該抗原結合區或抗原結合部分對與其結合的另一分子（抗原）具有親和力。抗原結合蛋白涵蓋抗體、肽體、抗體片段、抗體衍生物、抗體類似物、融合蛋白（包括單鏈可變片段（scFv）、雙鏈（二價）scFv和IgGscFv（參見例如Orcutt等人, 2010, Protein Eng Des Sel [蛋白工程、設計與選擇] 23:221-228）、異源IgG（參見例如Liu等人, 2015, J Biol Chem [生物化學雜誌] 290:7535-7562）、突變蛋白和XmAb ®（加利福尼亞州蒙羅維亞的Xencor公司（Xencor, Inc., Monrovia, CA））。抗原結合蛋白之實例包括人抗體、人源化抗體；嵌合抗體；重組抗體；單鏈抗體；雙抗體；三抗體；四抗體；Fab片段；F(ab’) 2片段；IgD抗體；IgE抗體；IgM抗體；IgG1抗體；IgG2抗體；IgG3抗體；或IgG4抗體，及其片段。還包括雙特異性T細胞接合子（BiTE ®）、具有延長（諸如半衰期延長）的雙特異性T細胞接合子（例如HLE BiTE、HeteroIg BITE以及其他）、嵌合抗原受體（CAR、CAR T）和T細胞受體（TCR）。
如本文所用，術語「抗原結合蛋白」以其最廣泛的含義使用，並且意指包含與抗原或靶標結合的部分，視需要地包含允許抗原結合部分採用促進抗原結合蛋白與抗原結合的構象的支架或框架部分的蛋白。抗原結合蛋白可包含例如替代性蛋白支架或具有接枝的CDR或CDR衍生物的人工支架。此類支架包括但不限於抗體衍生的支架，其包含被引入以例如穩定抗原結合蛋白的三維結構之突變；以及全合成支架，其包含例如生物相容性聚合物。參見例如Korndorfer等人, 2003, Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics[蛋白質：結構、功能和生物資訊學], 53(1):121-129；Roque等人, 2004, Biotechnol. Prog.[生物技術進展] 20:639-654。另外，可以使用肽抗體模擬物（「PAM」），以及基於利用纖網蛋白組分作為支架的抗體模擬物之支架。
抗原結合蛋白可以具有例如天然存在的免疫球蛋白之結構。「免疫球蛋白」係四聚體分子。在天然存在的免疫球蛋白中，每個四聚體由兩對相同的多肽鏈組成，每對具有一條「輕鏈」（約25 kDa）和一條「重鏈」（約50-70 kDa）。每條鏈之胺基末端部分包括約100至110個或更多個胺基酸的可變區，該可變區主要負責抗原識別。每條鏈之羧基末端部分限定恒定區，主要負責效應子功能。人輕鏈分類為κ輕鏈及λ輕鏈。重鏈分類為μ、δ、γ、α或ε，並且將抗體的同種型分別定義為IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。
天然存在的免疫球蛋白鏈展現出由三個高度變異區（還稱作互補決定區或CDR）連接的相對保守的框架區（FR）的相同的一般結構。從N-末端到C-末端，輕鏈和重鏈二者包含結構域FR1、CDR1、FR2、CDR2、FR3、CDR3和FR4。可以根據Kabat等人在Sequences of Proteins of Immunological Interest [具有免疫學意義的蛋白序列]，第5版，US Dept. of Health and Human Services [美國衛生與公眾服務部], PHS, NIH, NIH公開案號91-3242, (1991)中的定義對每個結構域進行胺基酸分配。根據需要，CDR也可以根據替代性命名方案，諸如Chothia的命名方案重新定義（參見Chothia和Lesk, 1987, J. Mol. Biol.[分子生物學雜誌] 196:901-917；Chothia等人, 1989, Nature[自然] 342:878-883或Honegger和Pluckthun, 2001, J . Mol. Biol.[分子生物學雜誌] 309:657-670）。
在本揭露之上下文中，當解離常數（K D）≤ 10 -8M時，稱抗原結合蛋白「特異性結合」或「選擇性結合」其靶抗原。當K D≤ 5 x 10 -9M時，抗體以「高親和力」特異性結合抗原，當K D≤5 x 10 -10M時，抗體以「極高的親和力」特異性結合抗原。
除非另有說明，否則術語「抗體」包括任何同種型或亞類的糖基化免疫球蛋白和非糖基化免疫球蛋白，或者其與完整抗體競爭特異性結合的抗原結合區。另外，除非另有說明，否則術語「抗體」係指完整的免疫球蛋白或其與完整抗體競爭特異性結合的抗原結合部分。抗原結合部分可藉由重組DNA技術或藉由完整抗體的酶促裂解或化學裂解產生，並且可形成目的蛋白之元件。除非另外說明，否則抗體包括人的、人源化的、嵌合的、多特異性的、單株的、多株的、特異性IgG（heteroIgG）、雙特異性的抗體、及其寡聚物或抗原結合片段。抗體包括IgG1型、IgG2型、IgG3型或IgG4型。還包括具有抗原結合片段或抗原結合區的蛋白，諸如Fab、Fab’、F(ab’)2、Fv、雙抗體、Fd、dAb、最大抗體（maxibody）、單鏈抗體分子、單結構域V HH、互補決定區（CDR）片段、scFv、雙抗體、三抗體、四抗體和至少包含足以使特異性抗原與靶多肽結合的免疫球蛋白的一部分之多肽。
抗原結合蛋白可具有一或多個結合位點。如果存在多於一個結合位點，則該等結合位點可以彼此相同或者可以不同。例如，天然存在的人免疫球蛋白典型地具有兩個相同的結合位點，而「雙特異性」或「雙功能」抗體具有兩個不同的結合位點。
Fab片段係具有V L、V H、C L和C H1結構域的單價片段；F(ab’) 2片段係具有由雙硫鍵在鉸鏈區連接的兩個Fab片段的二價片段；Fd片段具有V H和C H1結構域；Fv片段具有抗體單臂之V L和V H結構域；並且dAb片段具有V H結構域、V L結構域、或V H或V L結構域之抗原結合片段（美國專利案號6,846,634、6,696,245，美國專利申請公開案號2005/0202512、2004/0202995、2004/0038291、2004/0009507、2003/0039958，Ward等人, 1989, Nature[自然] 341:544-546）。
單鏈抗體（scFv）係以下抗體，其中V L和V H區經由連接子（例如，胺基酸殘基的合成序列）連接以形成連續的蛋白鏈，其中該連接子足夠長以允許蛋白鏈自身折回並形成單價抗原結合位點（參見例如Bird等人, 1988, Science[科學] 242:423-26和Huston等人, 1988, Proc. Natl. Acad. Sci. USA[美國國家科學院院刊] 85:5879-83、美國專利案號7,741,465、和6,319,494以及Eshhar等人, 1997, Cancer Immunol Immunotherapy [癌症免疫學免疫療法] 45:131-136）。scFv保留了親本抗體與靶抗原特異性相互作用的能力。
雙抗體係包含兩條多肽鏈的二價抗體，其中每條多肽鏈包含藉由連接子連接的V H和V L結構域，該連接子太短而不允許在同一鏈上的兩個結構域之間配對，因此允許每個結構域與另一條多肽鏈上的互補結構域配對（參見例如，Holliger等人, 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. USA[美國國家科學院院刊] 90:6444-48；和Poljak等人, 1994, Structure[結構] 2:1121-23）。如果雙抗體之兩條多肽鏈相同，則由它們配對產生的雙抗體將具有兩個相同的抗原結合位點。具有不同序列的多肽鏈可用於製備具有兩個不同抗原結合位點的雙抗體。類似地，三抗體和四抗體係分別包含三條和四條多肽鏈並分別形成三個和四個可以相同或不同的抗原結合位點的抗體。
為了清楚起見，並且如本文所述，注意抗原結合蛋白可以但不必是人來源的（例如，人抗體），並且在一些情況下將包含非人蛋白，例如大鼠或鼠類蛋白，並且在其他情況下抗原結合蛋白可以包含人蛋白和非人蛋白之雜交體（例如，人源化抗體）。
目的蛋白可以包括人抗體。術語「人抗體」包括具有一或多個源自人免疫球蛋白序列的可變區和恒定區的所有抗體。在一個實施方式中，所有可變結構域和恒定結構域都源自人免疫球蛋白序列（全人抗體）。此類抗體可以以多種方式製備，包括藉由用目的抗原免疫接種經基因修飾以表現源自人重鏈和/或輕鏈編碼基因的抗體的小鼠，諸如源自Xenomouse ®、UltiMab™、或Velocimmune ®系統的小鼠、或源自UniRat ®的大鼠。也可以採用基於噬菌體的方法。
替代性地，目的蛋白可包括人源化抗體。「人源化抗體」的序列與源自非人物種的抗體的序列不同之處在於一或多個胺基酸取代、缺失和/或添加，使得與非人物種抗體相比，當向人類受試者投與時，人源化抗體不太可能誘導免疫響應和/或誘導不太嚴重的免疫響應。在一個實施方式中，將非人物種抗體的重鏈和/或輕鏈的框架和恒定結構域中的某些胺基酸突變以產生人源化抗體。在另一個實施方式中，來自人抗體的一或多個恒定結構域融合至非人物種的一或多個可變結構域。如何製備人源化抗體之實例可以在美國專利案號6,054,297、5,886,152和5,877,293中找到。
還包括經修飾的蛋白，諸如經非共價鍵、共價鍵或者共價鍵和非共價鍵兩者化學修飾的蛋白。還包括進一步包含一或多種譯後修飾的蛋白，其可以藉由細胞修飾系統或由酶和/或化學方法離體引入或以其他方式引入的修飾製得。
目的蛋白還可以包括重組融合蛋白，該等重組融合蛋白包括例如多聚化結構域，諸如白胺酸拉鍊、捲曲螺旋、免疫球蛋白的Fc部分等。還包括包含分化抗原的全部或部分胺基酸序列的蛋白（稱為CD蛋白）或其配體或與該等中之任一個基本上相似的蛋白。
在一些實施方式中，目的蛋白可以包括群落刺激因子，諸如粒細胞群落刺激因子（G-CSF）。此類G-CSF劑包括但不限於Neupogen ®（非格司亭）和Neulasta ®（培非格司亭）。還包括紅血球生成刺激劑（ESA），諸如Epogen ®（依一級汀α）、Aranesp ®（達貝泊汀α）、Dynepo ®（依一級汀δ）、Mircera ®（甲氧基聚乙二醇-依一級汀β）、Hematide ®、MRK-2578，INS-22，Retacrit ®（依一級汀ζ）、Neorecormon ®（依一級汀β）、Silapo ®（依一級汀ζ）、Binocrit ®（依一級汀α）、依一級汀αHexal、Abseamed ®（依一級汀α）、Ratioepo ®（依一級汀θ）、Eporatio ®（依一級汀θ）、Biopoin ®（依一級汀θ）、依一級汀α、依一級汀β、依一級汀ζ、依一級汀θ和依一級汀δ、依一級汀ω、依一級汀ι、組織性血漿蛋白原活化劑、GLP-1受體促效劑、以及任何前述物質的分子或其變體或類似物和生物仿製藥。
在一些實施方式中，目的蛋白可以包括與一或多種CD蛋白、HER受體家族蛋白、細胞黏附分子、生長因子、神經生長因子、纖維母細胞生長因子、轉化生長因子（TGF）、胰島素樣生長因子、骨誘導因子、胰島素和胰島素相關蛋白、凝血和凝血相關蛋白、群落刺激因子（CSF）、其他血液和血清蛋白血型抗原特異性結合的蛋白；受體、受體相關蛋白、生長激素、生長激素受體、T細胞受體；神經滋養因子、神經滋養蛋白、鬆弛素（relaxin）、干擾素、白血球介素、病毒抗原、脂蛋白、整合素、類風濕因子、免疫毒素、表面膜蛋白、運輸蛋白、歸巢受體、位址素、調節蛋白和免疫黏附素。
在一些實施方式中，目的蛋白單獨或以任何組合結合以下的一或多種蛋白：CD蛋白（包括但不限於CD3、CD4、CD5、CD7、CD8、CD19、CD20、CD22、CD25、CD30、CD33、CD34、CD38、CD40、CD70、CD123、CD133、CD138、CD171和CD174）、HER受體家族蛋白（包括例如HER2、HER3、HER4和EGF受體）、EGFRvIII、細胞黏附分子（例如LFA-1、Mol、p150,95、VLA-4、ICAM-1、VCAM和α v/β 3整合素）、生長因子（包括但不限於例如血管內皮生長因子（「VEGF」））；VEGFR2、生長激素、甲狀腺促素、促濾泡素、促黃體素、生長激素釋放因子、甲狀旁腺激素、米勒管抑制物質（mullerian-inhibiting substance）、人巨噬細胞炎性蛋白（MIP-1-α）、促紅血球生成素（EPO）、神經生長因子（諸如NGF-β）、血小板衍生生長因子（PDGF）、纖維母細胞生長因子（包括例如aFGF和bFGF）、上皮生長因子（EGF）、Cripto、轉化生長因子（TGF）（尤其包括TGF-α和TGF-β（包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4或TGF-β5））、胰島素樣生長因子-I和胰島素樣生長因子-II（IGF-I和IGF-II）、des(1-3)-IGF-I（腦IGF-I）和骨誘導因子、胰島素和胰島素相關蛋白（包括但不限於胰島素、胰島素A鏈、胰島素B鏈、胰島素原和胰島素樣生長因子結合蛋白）；（凝血蛋白和凝血相關蛋白，尤其如，VIII因子、組織因子、馮威里氏（von Willebrand）因子、蛋白C、α-1-抗胰蛋白酶、血漿蛋白原活化劑（諸如尿激酶和組織性血漿蛋白原活化劑（「t-PA」））、邦巴辛（bombazine）、凝血酶、血小板生成素和血小板生成素受體、群落刺激因子（CSF）（尤其包括以下物質：M-CSF、GM-CSF和G-CSF）、其他血液和血清蛋白（包括但不限於白蛋白、IgE和血型抗原）、受體和受體相關蛋白（包括例如flk2/flt3受體、肥胖（OB）受體、生長激素受體和T細胞受體）；神經滋養因子，包括但不限於骨源性神經滋養因子（BDNF）和神經滋養蛋白-3、神經滋養蛋白-4、神經滋養蛋白-5或神經滋養蛋白-6（NT-3、NT-4、NT-5或NT-6）；鬆弛素A鏈、鬆弛素B鏈和鬆弛素原、干擾素（包括例如干擾素α、干擾素β和干擾素γ）、白血球介素（IL）（例如IL-1至IL-10、IL-12、IL-15、IL-17、IL-23、IL-12/IL-23、IL-2Ra、IL1-R1、IL-6受體、IL-4受體和/或IL-13受體、IL-13RA2或IL-17受體、IL-1RAP；病毒抗原，包括但不限於AIDS包膜病毒抗原、脂蛋白、降鈣素、升糖素、心房利尿鈉因子、肺界面活性劑、腫瘤壞死因子-α和腫瘤壞死因子-β、腦啡肽酶、BCMA、IgKappa、ROR-1、ERBB2、間皮素、RANTES（受活化調節的正常T細胞表現與分泌因子）、小鼠促性腺激素相關肽、DNA酶、FR-α、抑制素和活化素、整合素、蛋白A或D、類風濕因子、免疫毒素、骨成形性蛋白質（BMP）、超氧化物歧化酶、表面膜蛋白、衰退加速因子（DAF）、AIDS包膜、運輸蛋白、歸巢受體、MIC（MIC-a、MIC-B）、ULBP 1-6、EPCAM、位址素、調節蛋白、免疫黏附素、抗原結合蛋白、生長激素、CTGF、CTLA4、伊紅趨素（eotaxin）-1、MUC1、CEA、c-MET、密連蛋白（Claudin）-18、GPC-3、EPHA2、FPA、LMP1、MG7、NY-ESO-1、PSCA、神經節苷脂GD2、神經節苷脂GM2、BAFF、OPGL（RANKL）、肌生成抑制素、Dickkopf-1（DKK-1）、Ang2、NGF、IGF-1受體、肝細胞生長因子（HGF）、TRAIL-R2、c-Kit、B7RP-1、PSMA、NKG2D-1、計畫性細胞死亡蛋白1和配體、PD1和PDL1、甘露糖受體/hCGβ、C型肝炎病毒、間皮素dsFv[PE38]軛合物、退伍軍人症嗜肺桿菌（lly）、IFN γ、γ干擾素誘導蛋白10（IP10）、IFNAR、TALL-1、胸腺基質淋巴球生成素（TSLP）、前蛋白轉化酶枯草桿菌蛋白酶/Kexin 9型（PCSK9）、幹細胞因子、Flt-3、降鈣素基因相關肽（CGRP）、OX40L、α4β7、血小板特異性（血小板醣蛋白IIb/IIIb（PAC-1）、轉化生長因子β（TFGβ）、透明帶精子結合蛋白3（ZP-3）、TWEAK、血小板衍生生長因子受體α（PDGFRα）、硬化蛋白（sclerostin）以及任何前述物質的生物活性片段或變體。
在另一個實施方式中，目的蛋白包括阿昔單抗、阿達木單抗、阿德木單抗、阿柏西普、阿侖單抗、阿利庫單抗、阿那白滯素、阿塞西普、巴厘昔單抗、貝利木單抗、貝伐單抗、生物素單抗（biosozumab）、博納吐單抗、本妥昔單抗、布羅達單抗、莫坎妥珠單抗、康納單抗、西妥昔單抗、塞妥珠單抗、可那木單抗、達利珠單抗、迪諾舒單抗（denosumab）、依庫麗單抗、依決洛單抗、依法利珠單抗、依帕珠單抗、依那西普、依伏庫單抗、加利昔單抗、蓋尼塔單抗、吉妥珠單抗、戈利木單抗、替伊莫單抗、英夫利昔單抗、易普利姆瑪、樂地單抗、魯昔單抗、左旋單抗（lxdkizumab）、馬帕木單抗、磷酸莫特沙尼（motesanib diphosphate）、莫羅單抗-CD3、那他珠單抗、奈西立肽、尼妥珠單抗、納武單抗、奧瑞珠單抗、奧法木單抗、奧馬珠單抗、奧普瑞白血球介素、帕利珠單抗、帕尼單抗、派姆單抗、帕妥珠單抗、培克珠單抗、蘭尼單抗、利妥木單抗、利妥昔單抗、羅米司亭、洛莫索珠單抗、沙格司亭、托珠單抗、托西莫單抗、曲妥單抗、優特克單抗、維多珠單抗、維西珠單抗、伏洛昔單抗、紮木單抗、紮魯木單抗、以及任何前述物質的生物仿製藥。
根據本發明所述之目的蛋白涵蓋所有前述內容，並且進一步包括包含上述任何抗體的1、2、3、4、5或6個互補決定區（CDR）的抗體。可以將一或多個CDR共價或非共價併入分子中以使其成為抗原結合蛋白。抗原結合蛋白可併入CDR作為較大多肽鏈的一部分，可共價連接CDR與另一多肽鏈，或者可以非共價併入CDR。CDR容許抗原結合蛋白與特定目的抗原特異性結合。還包括這樣的變體，其包括與目的蛋白之參考胺基酸序列具有70%或更高、特別是80%或更高、更特別是90%或更高、再更特別是95%或更高、具體是97%或更高、更具體是98%或更高、再更具體是99%或更高同一性的胺基酸序列的區。在這方面的同一性可以使用多種熟知的且容易獲得的胺基酸序列分析軟體來確定。較佳的軟體包括實施史密斯-沃特曼（Smith-Waterman）演算法的那些軟體，該等軟體被認為是搜索和比對序列問題的令人滿意的解決方案。還可以採用其他演算法，特別是在速度係重要考慮因素的情況下。可以用於此方面的用於DNA、RNA和多肽的比對和同源性匹配的常用程式包括FASTA、TFASTA、BLASTN、BLASTP、BLASTX、TBLASTN、PROSRCH、BLAZE和MPSRCH，後者係用於在MasPar製造的大規模並行處理器上執行的史密斯-沃特曼演算法之實施方式。
目的蛋白還可以包括基因工程化受體，諸如嵌合抗原受體（CAR或CAR-T）和T細胞受體（TCR），以及包含與該靶向抗原相互作用的抗原結合分子的其他蛋白。藉由摻入與靶抗原相互作用的抗原結合分子，CAR可以被工程化以結合抗原（諸如細胞表面抗原）。CAR典型地將抗原結合結構域（諸如scFv）與一或多個共刺激（「傳訊」）結構域和一或多個活化結構域串聯在一起。
較佳的是，抗原結合分子係其抗體片段，且更較佳的是一或多個單鏈抗體片段（「scFv」）。scFv較佳的是用於嵌合抗原受體中，因為它們可以工程改造以作為單鏈的一部分與其他CAR組分一起表現。參見Krause等人, 1988, J. Exp. Med. [實驗醫學雜誌], 188(4): 619-626；Finney等人, 1998, J Immunol [免疫學雜誌] 161: 2791-2797。
嵌合抗原受體包含一或多個共刺激（傳訊）結構域以增加其效力。參見美國專利案號7,741,465和6,319,494，以及Krause等人和Finney等人（同上），Song等人, 2012，Blood [血液] 119:696-706；Kalos等人, 2011, Sci Transl. Med. [科學轉化醫學] 3:95；Porter等人, 2011, N. Engl. J. Med. [新英格蘭醫學雜誌] 365:725-33，以及Gross等人，2016, Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. [藥理學與毒理學年評] 56:59-83。合適的共刺激結構域可以源自（除其他來源外）CD28、CD28T、OX40、4-1BB/CD137、CD2、CD3（α、β、δ、ε、γ、ξ）、CD4、CD5、CD7、CD8、CD9、CD16、CD22、CD27、CD30、CD 33、CD37、CD40、CD 45、CD64、CD80、CD86、CD134、CD137、CD154、PD-1、ICOS、淋巴球功能相關抗原-1（LFA-1（CDl la/CD18）、CD247、CD276（B7-H3）、LIGHT（腫瘤壞死因子超家族成員14；TNFSF14）、NKG2C、Ig α（CD79a）、DAP-10、Fc γ受體、MHC I類分子、TNF、TNFr、整合素、傳訊淋巴球活化分子、BTLA、Toll配體受體、ICAM-1、B7-H3、CDS、ICAM-1、GITR、BAFFR、LIGHT、HVEM（LIGHTR）、KIRDS2、SLAMF7、NKp80（KLRF1）、NKp44、NKp30、NKp46、CD19、CD4、CD8α、CD8β、IL-2R β、IL-2R γ、IL-7R α、ITGA4、VLA1、CD49a、ITGA4、IA4、CD49D、ITGA6、VLA-6、CD49f、ITGAD、CDl-ld、ITGAE、CD103、ITGAL、CDl-la、LFA-1、ITGAM、CDl-lb、ITGAX、CDl-lc、ITGBl、CD29、ITGB2、CD18、LFA-1、ITGB7、NKG2D、TNFR2、TRANCE/RANKL、DNAM1（CD226）、SLAMF4（CD244、2B4）、CD84、CD96（Tactile）、CEACAM1、CRT AM、Ly9（CD229）、CD160（BY55）、PSGL1、CD100（SEMA4D）、CD69、SLAMF6（NTB-A、Lyl08）、SLAM（SLAMF1、CD150、IPO-3）、BLAME（SLAMF8）、SELPLG（CD162）、LTBR、LAT、41-BB、GADS、SLP-76、PAG/Cbp、CD19a、CD83配體、或其片段或組合。共刺激結構域可包含細胞外部分、跨膜部分和細胞內部分之一或多個。
CAR還包括一或多個活化結構域。CD3ζ係天然T細胞上T細胞受體之元件並且已顯示係CAR內重要的細胞內活化元件。
CAR係跨膜蛋白，包含細胞外結構域，典型地包含能夠識別並結合目的抗原的抗原結合蛋白，並且還包括「鉸鏈」區域。另外係跨膜結構域和細胞內（胞質）結構域。
細胞外結構域有益於淋巴球對來自本文所述之任何蛋白或其任何組合的抗原的傳訊和有效響應。細胞外結構域可以衍生自合成或天然來源，諸如本文所述之蛋白。細胞外結構域通常包含鉸鏈部分。這係細胞外結構域之一部分，有時稱為「間隔」區。鉸鏈可衍生自如本文所述之該等蛋白，特別是上述共刺激蛋白，以及免疫球蛋白（Ig）序列或其他合適的分子，以實現距靶細胞所需的特殊距離。
跨膜結構域可以與該CAR之細胞外結構域融合。它可以類似地融合到CAR之細胞內結構域。該跨膜結構域可以衍生自合成或天然來源，諸如本文所述之蛋白，特別是上述共刺激蛋白。
細胞內（胞質）結構域可以與跨膜結構域融合，並且可以提供免疫細胞之正常效應子功能中之至少一種的活化。T細胞之效應子功能例如可為包括細胞介素的分泌的細胞溶解活性或輔助活性。細胞內結構域可以衍生自本文所述之蛋白，特別是衍生自CD3。
「Fc」區，當該術語在本文所用時，包含含有抗體的C H2和C H3結構域的兩個重鏈片段。這兩個重鏈片段由兩個或更多個二硫鍵及C H3結構域之疏水性相互作用維持在一起。包含Fc區的目的蛋白（包括抗原結合蛋白和Fc融合蛋白）形成本揭露之另一方面。
「半抗體」係包含完整重鏈、完整輕鏈和與完整重鏈的Fc區配對的第二重鏈Fc區的免疫功能性免疫球蛋白構建體。可以但不必採用連接子連接重鏈Fc區和第二重鏈Fc區。在特定的實施方式中，半抗體係本文揭露的抗原結合蛋白之單價形式。在其他實施方式中，可以採用成對的帶電殘基將一個Fc區與第二個Fc區締合。在本揭露之上下文中，半抗體可為目的蛋白。
可以使用多種已知技術製備根據本發明的多核苷酸、多肽、載體、宿主細胞、免疫細胞、組成物等。
本發明在範圍上不受本文描述的特定實施方式之限制，該等特定實施方式旨在作為本發明各個方面的單個說明，並且功能上等效的方法和組分也在本發明之範圍內。實際上，除了本文中顯示和描述的那些之外，根據前述描述和附圖，本發明之各種修改對於熟悉該項技術者將變得顯而易見。這類改變旨在落入所附申請專利範圍之範圍內。 實例實例1
對於常規培養，細胞在選擇性培養基中懸浮培育。將培養物維持在通氣的125 mL或250 mL錐型搖瓶（康寧生命科學公司（Corning Life Sciences），洛厄爾，麻塞諸塞州）、50 mL通氣旋轉管（TPP公司，（特拉薩丁根（Trasadingen），瑞士）或Axygen ®24孔深孔板（愛思進公司（Axygen），聯合市，加利福尼亞州）中在36˚C、5% CO 2和85%相對濕度下。在大容量自動CO 2培養箱（麻塞諸塞州沃爾珊的賽默飛世爾科技公司（Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA）中以25 mm軌道直徑以120 rpm振盪錐型燒瓶，並在大容量ISF4-X培養箱（瑞士巴塞爾的科耐（Kuhner AG, Basel, Switzerland））中以225 rpm、50 mm軌道直徑振盪旋轉管。 CHO GSKO宿主細胞對無IGF-1培養基之適應
使麩胺合成酶敲除（GSKO）型宿主細胞系適應無IGF-1（Long R3 IGF-1）的培養基。使用兩種不同的方法使該等宿主細胞適應。第一種方法係逐漸適應無IGF-1（Long R3 IGF-1）的專有培養基。這種培養基不是GSKO宿主細胞之標準的非選擇性宿主細胞培養基，因此首先使細胞適應不同的含有100% IGF-1（Long R3 IGF-1）基質的專有培養基，並且然後以下列增量逐漸去除IGF-1：75%、50%、25%、10%和最終無IGF-1。適應期延長超過110個群體倍增水平（PDL）。參見圖1A。該等適應性細胞系之表現不如具有IGF-1的親本宿主好（數據未顯示），可能是由於專有培養基不同的滲透壓。因此，將該等細胞轉回至無IGF-1的GSKO宿主的平臺非選擇性培養基。該等宿主均使用伯克利光學技術公司（BLI）的Beacon儀器進行貯藏和單細胞選殖。總共獲得了158個殖株。
第二種方法係直接適應。使GSKO宿主細胞系對無IGF-1的專有培養基直接適應。該等宿主均使用伯克利光學技術公司（BLI）的Beacon儀器進行貯藏和單細胞選殖。完全恢復需要約1.5個月的時間。參見圖1B。總共獲得了44個殖株。 使用伯克利光學技術公司程序進行單細胞選殖：
為了確保經選殖衍生的細胞庫，使用Beacon儀器（伯克利光學技術公司，艾麥里維，加利福尼亞州）在特定的條件下對IGF -適應性細胞系進行單細胞選殖。無Long R3 IGF-1的專有培養基被用於對兩種宿主進行單細胞選殖和擴大。Beacon儀器係允許單細胞操作、細胞培養、和生產率分析的微型細胞培養平臺。在這種儀器上，在受控的溫度、無菌環境、和生長培養基之連續灌注下，細胞在由超過1000個稱為「奈米筆（nanopens）」的單獨的容器組成的奈米流體晶片上隔離培養。在整個培養期間保持層流以確保沒有交叉污染。光電定位（OEP）技術藉由使用光活化表面電晶體建立局部電荷來排斥細胞實現細胞操作。採用OEP以溫和地引導單個細胞進出奈米筆。一體化顯微鏡功能允許活細胞成像、單細胞的裝載、成像、和培養物的輸出以及經由軟體自動操作和控制，確保可追溯性。使用重複的儀器上顯微成像驗證單細胞選殖的單細胞來源。參見Le等人, 2020, Biotech J [生物技術雜誌] 15:1900247和Le等人, 2018, Biotechnol Prog [生物技術進展] 34:1438-1446。
對於在GSKO背景下的IGF -細胞系，將非選殖細胞池導入至新的奈米流體晶圓上並且使用OEP將單細胞分離至單獨的奈米筆中。使用一體化顯微成像鑒定含有單細胞來源的細胞之奈米筆。在單獨的奈米筆中將殖株培養3天。然後針對生長分析奈米筆。驗證細胞群之選殖衍生物並且針對不同的生長曲線進行選擇。將選擇的殖株獨立地從晶片輸出至96孔微孔盤之各個孔中。在這個方法中建立了嚴格品質控制步驟來確保沒有可檢測的交叉污染。選殖衍生物之統計學測定顯示，選殖衍生細胞系之分離具有高的可靠性。參見Le等人, 2020, Biotech J [生物技術雜誌] 15:1900247。
輸出後，使用無Long R3 IGF-1的專有（+gln）非選擇性生長培養基括大單細胞衍生的細胞系。將細胞系傳代直到它們實現 ＞ 90%的活力並且穩定生長。然後將細胞系貯藏在無Long R3 IGF-1和DMSO的非選擇性生長培養基中，並且長期冷凍儲存在 ＜ -80°C。
GSKO-IGF適應性單細胞宿主具有24小時的倍增時間（圖3A-3B）。最初基於在嚴格的轉染/饋料批式評估中的表現縮小用於進一步評價的單細胞宿主，並且然後進一步藉由用表現良好的單株抗體轉染進行評價，作為在10-15天的饋料批式評估中的評估。 實例2
在轉染和10D - 15D FB（10至15天批式饋料）生產實驗中測試了該等IGF -適應性宿主細胞在缺乏IGF-1補充的情況下生長和表現治療劑的能力。 在CS9 GSKO背景下的單細胞選殖的IGF-適應性細胞系中測試單株抗體分子之轉染和恢復
在概念驗證實驗中藉由轉染和饋料批式評估測試了GSKO IGF -適應性宿主，在單細胞選殖之前獲得良好的結果（數據未示出）。對於在GSKO背景下的IGF -單細胞選殖的適應性細胞系，除了含有專有ILT轉位酶的質體外，還使用平臺長持續時間電穿孔方案轉染了表現良好的單株抗體的環狀pGS1.1PB質體。轉染的細胞系在無Long R3 IGF-1的專有非選擇性培養基中在36°C和5% CO 2下恢復3天。使經過轉染的細胞在無Long R3 IGF-1的專有培養基+25 μM MSX的選擇性生長培養基（-麩醯胺）中在36°C和5% CO 2下每3至4天傳代一次，直至它們恢復到 ＞ 90%。（圖3）。然後在15D饋料批式生產運行中評估該等GSKO IGF -細胞系。 饋料批式生產細胞培養
進行了15天的饋料批式生產以評估在GSKO背景下適應了無Long R3 IGF-1的培養基的轉染細胞系之生長和生產率。將培養物以3 x 10 6個細胞/mL（基於GSKO）接種在無Long R3 IGF-1的基礎生產培養基上，並且在第3、6、8、10和13天為GSKO培養物饋料另外的營養物。在第15天或當活力下降至50%-60%時收穫GSKO培養物（圖4A-4D）。對生產上清液的滴定量進行分析（蛋白質A HPLC）。
轉染的細胞系顯示出可變的生長和生產率水平，其中幾種細胞系在具有IGF-1的GSKO細胞系範圍內。 實例3
使用實例2中的方法（除了使用不同的環狀piggyBAC相容的含有ITR的載體外），在轉染和10D - 15D FB（10至15天批式饋料）生產實驗中測試了該等IGF -適應性宿主細胞在缺乏IGF-1補充的情況下生長和表現不同形式的治療劑之能力。平均值來自重複運行的實驗。NA表明已經收穫了培養物，因此沒有可用的數據。
BiTE -雙特異性T細胞接合子
Fusion -融合蛋白
Hetero-Ig -異源Ig雙特異性抗體
mAb -單株抗體
3 - chain Ab -三鏈不對稱抗體樣分子
表1-4分別顯示IVCD、活力%、滴定量和Qp。
[表1]： IVCD
BiTE 融合 異源 -IgG mAb 3 - 鏈 - Ab
-IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF
第13天 1039 1162 1081 1115 1311 1054 1086 1137 1165 1269
第15天 1221 NA 1210 1233 1540 1067 NA NA 1365 1430
[表2]：活力%
BiTE 融合 異源 -IgG mAb 3 - 鏈 - Ab
-IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF
第10天 94 82 96 89 96 73 88 77 95 73
第13天 79 48 87 69 91 57 76 67 90 53
第15天 66 NA 0.7 55.4 84 49 NA NA 79 44
[表3]：滴定量
BiTE 融合 異源 -IgG mAb 3 - 鏈 - Ab
-IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF
第10天 0.24 0.12 2.7 2.2 2.2 2.7 3.1 2.7 0.82 1.2
第13天 0.5 0.2 4.5 3.1 3.7 3.7 4.3 4.1 1.4 1.7
第15天 0.53 NA 2.5 4.8 4.4 2.6 NA NA 1.6 1.5
[表4]： Qp
BiTE 融合 異源 -IgG mAb 3 - 鏈 - Ab
-IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF -IGF +IGF
第13天 4.3 1.7 41.5 36 32 46 40 44.3 11.7 27
第15天 4.25 NA 20.6 39 30 65 NA NA 11.5 25.3
IGF-適應性細胞系顯示出生長和生產率可變的水平但是與具有IGF-1的GSKO細胞系相當。 實例4
通常在如實例2所述之15D FB（15天批式饋料）生產實驗中，在生產規模為200L的生物反應器中使用表現單株抗體的載體測試IGF -適應性轉染的宿主細胞系。
生長和滴定量與相似的生產運行中觀察到的未適應IGF-條件的細胞系相當。
無
[圖1A-1B]描繪了A) 在110個群體倍增水平（PDL）的延長的時間段內，GSKO宿主細胞系對無Long R3 IGF-1的專有細胞培養基的逐漸適應；以及B) 在1.5個月的時間段內，GSKO宿主細胞對無Long R3 IGF-1的專有細胞培養基的直接適應。
[圖2A-2B]展示了與GSKO對照相比，GSKO IGF -適應性單細胞選殖的宿主之倍增時間。將GSKO單細胞選殖的宿主細胞系進行擴增和傳代，直到該等細胞系恢復至 ＞ 90%並且倍增時間為約24小時。
[圖3]展示了用單株抗體轉染後25 μM MSX恢復的GSKO IGF -適應性單細胞選殖的宿主之恢復圖。IGF -適應性細胞系（灰色）在與對照（由黑線指定）相似的時間段內恢復。
[圖4A-4D]：用單株抗體轉染的單細胞選殖的GSKO宿主細胞系以1e6或3e6個細胞/mL接種並且在15D饋料批式生產中對該等宿主細胞系進行評估。不同深淺的灰色和黑色代表從中衍生單細胞選殖的宿主的親本宿主池。該等形狀區分了單個細胞系。轉染的細胞系顯示出可變的生長和生產率水平，其中幾種細胞系在具有IGF-1的GSKO細胞系範圍內。A) GSKO單細胞選殖的轉染的細胞系在15D饋料批式（FB）生產中的活細胞密度圖。B) GSKO單細胞選殖的轉染的細胞系在15D FB生產中的活力圖。C) GSKO單細胞選殖的轉染的細胞系在15D FB生產中的滴定量圖。D) GSKO單細胞選殖的轉染的細胞系在15D FB生產中的Qp（體積比生產率）圖。
無

Claims (19)

  1. 一種從哺乳動物細胞培養來生產目的蛋白之方法，該方法包括： (a) 在具有0.05 mg/L或更少的胰島素樣生長因子（IGF-1）的第二細胞培養基中培養表現目的蛋白的哺乳動物細胞以表現該目的蛋白，其中該哺乳動物細胞已經直接適應了在具有0.03 mg/L或更少的IGF-1的第一細胞培養基中生長並且包含編碼該目的蛋白的異源核酸；以及 (b) 回收藉由該哺乳動物細胞生產的目的蛋白。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第二細胞培養基含有少於0.03 mg/L的IGF-1。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第二細胞培養基不含IGF-1。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該第一細胞培養基不含IGF-1。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該哺乳動物細胞具有與尚未直接適應缺乏IGF-1的培養基的相同譜系的哺乳動物細胞相當的生長速率。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該哺乳動物細胞之倍增時間少於30小時。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中在該培養的第10天，所表現的目的蛋白之滴定量為至少50 mg/L。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之方法，其中該目的蛋白係抗原結合蛋白。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該目的蛋白選自由單株抗體、雙特異性T細胞接合子、免疫球蛋白、Fc融合蛋白和肽體組成之群組。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中哺乳動物細胞培養製程利用饋料批式培養製程、灌注培養製程、或其組合。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之方法，其中藉由在含有0.03 mg/L或更少的IGF-1的無血清培養基中，為至少100 L的生物反應器接種至少0.5 x 10 6至3.0 x 10 6個細胞/mL來建立該哺乳動物細胞培養。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之方法，其中該等哺乳動物細胞係中國倉鼠卵巢（CHO）細胞。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該等CHO細胞缺乏二氫葉酸還原酶（DHFR -）或係麩胺合成酶敲除（GSKO）型。
  14. 如請求項1所述之方法，其中將回收的目的蛋白純化並配製成藥學上可接受的配製物。
  15. 如請求項14所述之純化的、配製的目的蛋白。
  16. 一種用於使哺乳動物細胞直接適應IGF -培養基之方法，該方法包括： a)  在包含0.03 mg/L或更少的IGF-1的細胞培養基中培養哺乳動物細胞群； b) 藉由單細胞選殖從該哺乳動物細胞群獲得單個細胞； c)  將該等單個細胞進行擴增和傳代，直到該等單個細胞恢復至90%或更多並且倍增時間小於30小時。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該細胞培養基不包含IGF-1。
  18. 如請求項16或17所述之方法，其中該等哺乳動物細胞係中國倉鼠卵巢（CHO）細胞。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該等CHO細胞缺乏二氫葉酸還原酶（DHFR -）或係麩胺合成酶敲除（GSKO）型。
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