Otomatik microbioreactors hasat hücre kültürü sıvı (HCCF) bir monoklonal antikor arıtma ve sonraki analizi için ayrıntılı bir protokol açıklanmıştır. Kritik kalite niteliklerini (CQAs) belirlemek ve önemli bilgileri ayıklamak için sınırlı numune hacmini maksimize etmek için analitiklerin kullanılması da sunulmaktadır.
Monoklonal antikorlar (mAbs) bugün üretilen en popüler ve iyi karakterize biyolojik ürünlerden biridir. En yaygın Çince hamster yumurtlık (Cho) hücreleri kullanarak üretilen, kültür ve süreç koşulları antikor yazılar maksimize etmek ve hedef kalite profilleri elde etmek için optimize edilmelidir. Genellikle, bu iyileştirme otomatik mikroölçek Biyoreaktörler (15 ml) paralel olarak birden çok işlem koşullarını ekrana kullanır. Optimizasyon kriterleri arasında kültür performansı ve monoklonal antikor (mAb) ürününün kritik kalite nitelikleri (CQAs) bulunmaktadır ve bu da etkinliğini ve güvenliğini etkileyebilir. Kültür performans ölçümleri, hücre büyümesi ve besin tüketimini içerir, ancak CQAs mAb ‘nin N-glycosylation ve toplama profilleri, şarj türevleri ve moleküler ağırlığı içerir. Bu ayrıntılı protokol, değerli performans ölçümleri ve çıkışları elde etmek için otomatik bir mikrobiyoreactor sistemi tarafından üretilen HCCF örneklerinin nasıl arındırılacağını ve daha sonra çözümleneceğini açıklar. İlk olarak, otomatik protein A hızlı protein sıvı kromatografi (FPLC) yöntemi hasat hücre kültürü örneklerinden mAb arındırmak için kullanılır. Konsantre olduktan sonra, glikan profilleri belirli bir platform kullanılarak kütle spektrometresi tarafından analiz edilir ( malzeme tablosunabakın). Antikor molekül ağırlıkları ve toplama profilleri boyut dışlama Kromatografi kullanılarak belirlenir-çoklu açı ışık saçılma (SEC-aküler), şarj türevleri mikroçip kapiller bölgesi Elektroforez (mCZE) kullanılarak analiz edilirken. Biyoreactor sürecinde yakalanan kültür performans ölçümleri ek olarak (yani, kültür viability, hücre sayıları, ve glutamin dahil olmak üzere ortak metabolitleri, glikoz, lakdamak, ve amonyak), harcanan medya için besin sınırlayıcı belirlemek için analiz edilir besleme stratejileri ve genel proses tasarımını geliştirin. Bu nedenle, harcanan medyanın sıvı kromatografi-kütle spektrometresi (LC-MS) ile amino asitlerin mutlak ölçülmesini ayrıntılı bir protokol de açıklanmıştır. Bu protokolde kullanılan yöntemler, çok sayıda küçük hacimli numuneler için uyumlu olan yüksek verimlilik platformlarından yararlanır.
Protein terapisleri, doku nakli komplikasyonları, otoimmün bozukluklar ve kanserler dahil olmak üzere büyüyen çeşitli tıbbi koşulları tedavi etmek için kullanılmaktadır1. 2004 yılından bu yana, Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve Ilaç Idaresi (USFDA)% 25 üzerinde BLAs muhasebe ile, Ilaç değerlendirme ve Araştırma Merkezi (CDER) tarafından düzenlenmiş tüm onayların biyolojik lisans uygulamalarının (BLAs) artan bir oranını belgeledi 2014 ve 20152.
Bu genişleyen pazar göz önüne alındığında, biyofarmasötik üreticileri hızlı bir şekilde tutarlı kalitede daha fazla ürün teslim ile meydan. En önemli gelişmeler medya/yem stratejisi optimizasyonu ve hücre kültürü çevre kontrolleri1 gelişmeler nedeniyle olsa da, ürün VERIMI artırmak için çabaları Cho hücre mühendisliği ve üretim hattı taraması üzerinde duruldu 3 ‘ ü , 4 , 5 üretim sürecinde.
MAbs biyolojik bir sistemde üretildiğimden, içsel protein değişkenliği olabilir. Antikor kompozisyon sonrası translationally değiştirilebilir, glikosylation gibi veya bozulma veya enzimatik reaksiyonlar ile etkilenir. Bu yapısal varyasyonlar tehlikeli bağışıklık reaksiyonları provoke veya antikor bağlama değiştirebilir, hangi sırayla azaltabilir veya amaçlanan terapötik fonksiyon ortadan kaldırmak5. Böylece, monoklonal antikorların kritik kalite nitelikleri (CQAs)-N-glycan profili, şarj varyant dağılımı, ve monomerik formda antikor yüzdesi-düzenli olarak izlenen ve kontrollü bir parçası olarak kalite tasarım (QbD) yaklaşımı sırasında üretim süreçleri1,6. Düzenlenmiş bir üretim ortamında, terapötik proteinler onaylı bir ticari ilaç ürünü olarak lisanslanacak kabul kriterlerini karşılaması gerekir7. Burada sunulan yöntemler genellikle bir antikor için kalite karakterizasyonu sürecinin bir parçası olacak7,8, ve herhangi bir protein bilimcisi kullanımı aşina olacaktır.
Önceki çalışma9‘ da, mikrobiyoreaktörlerin üst düzey biyoişlemede hücre kültürü koşullarının yüksek verim taraması için uygulanması ve çalışması açıklanmıştır. Değişen medya koşullarından elde edilen arıtılmış ürün, LC-MS kullanarak N-glycan analizine tabi tutulur. terapötik proteinlerin Glikosylation desenleri tespit edilebilir ve LC-MS teknikleri10,11kullanılarak karakterize ve çeşitli glikcan türlerinin varlığı yem stratejisi, pH ve sıcaklık12gibi Biyoproses parametreleriyle bağlantılıdır. Monomerik formda elde edilen IgG yüzdesi ile belirtilen ürün kalitesinde değişen medya koşullarının etkisi de boyut dışlama kromatografi ile değerlendirilir-çok açılı ışık saçılma (SEC-oralar)13,14 , 15. şarj varyantı profili, bir ürünün fonksiyonunu etkileyebilecek bir dizi değişikliği16 temsil eder. Mikrokapiller bölgesi Elektroforez (mCZE), geleneksel KIF değişimi (CEX) Kromatografi ve kapiller izoelektrik odaklama (Cıef) metotları ile karşılaştırıldığında, şarj varyantı analizi için kullanılan çok daha hızlı bir analiz süresi sunan bir tekniktir17 ,18. Harcanan biyoreaktör medya protein üretimi sırasında amino asit tüketimini izlemek için analiz edildi olarak antikor ‘s tanımlama nitelikleri değişiklikleri ilgilidir19,20,21,22 , 23 yaşında.
Protein analizleri, işlem girişleri ve CQAs ‘daki değişiklikler arasındaki ilişkilere dayanan kritik işlem parametrelerini (TBM ‘Ler) tanımlamamıza izin verir. Biyoproses gelişimi sırasında TBM ‘lerin belirlenmesi ve ölçümü temelde proses kontrolünü gösterir ve ürünün değişmemesini sağlar, bu da son derece düzenlenmiş üretim ortamlarında önemlidir. Bu yazıda, ürün CQAs (N-glycan profili, şarj türevleri ve boyut homojenliği) için en uygun protein biyokimyasal özelliklerinin bazılarını ölçmek için analitik teknikler sunulmaktadır.
HCCF kalıntısı ve pahalı enstrümantasyon imha edebilir büyük parçacıklar içerir, böylece kültür açıklama daha fazla aşağı işleme önce gereklidir. Santrifüjleme genellikle hücreleri ve diğer çözünmez parçacıklar filtrasyon tarafından izlenen proteinlerden ayırmak için ilk yaklaşımdır. Bu filtrelenmiş HCCF daha sonra arıtma için hızlı protein sıvı kromatografi (FPLC) tabi tutulur. Ürün elde etmek için otomatik mikrobioreactors HCCF arıtılması aşağı işleme önemli bir adımdır. Burada, proteinli bir FPLC sistemi, HCCF ‘den monoklonal antikorlar elde etmek için bir kolon kullanılır. Upstream süreçleri için Analytics, tutarlı ve güvenilir bir ürün elde etmek için yardımcı hücre davranışı ve kılavuz Biyoproses tasarımı konusunda yararlı bilgiler sağlayabilir. Analytics Ayrıca kritik kalite niteliklerini (CQAs) upstream ve downstream süreçlere bağlamamıza olanak tanır. Burada sunulan dört asder yaygın monoklonal antikorların karakterizasyonu kullanılır. Bu teknikler, sadece kısmen arındırılmış ve hala DNA ve HCP kalıntı seviyeleri içeren çeşitli upstream kaynaklardan işlem ve ürün analizi için sağlam, güvenilir ve kolayca dağıtılabilir.
Analizler için numuneleri temizlerken, bioreactor içinde bulunan değişkenliği korurken analiz için yeterince temiz bir örnek oluşturarak önemli bir denge ortaya çıkmış olmalıdır. Ürün etkileyen iki en yaygın kirleticiler DNA ve HCP, 260/280 nm ve SDS-PAGE veya μCE-SDS oranı emilme oranını ölçerek kontrol edilebilir. Burada sunulan çeşitli DNA içeriği düşük seviyelerde duyarlı değildir. Ürünün saflığı >% 95 saf, μCE-SDS tarafından belirlenir.
Mikrokapiller elektroforez sistemi ile şarj varyantı analizi, kullanımı nispeten kolay olan cips ve reaktiflerle şarj çeşitlerini belirlemek için yüksek verimlilik yöntemi sağlar. Tekniklerin doğası ve etiketleme reakajının kimyası hem uyarılıkların hem de diğer primer aminlerin hassasiyetine sahiptir, böylece çoğu örnek matris için tuzsuz bir adım gerektirir. Tecrübeye göre, düşük DNA seviyeleri, etiketleme reaksiyonunda serbest boya ile göç ederek sonuçların kalitesini etkilemez. Temel, ana ve asidik tepe ölçülerinin varyasyon genellikle <% 1 ise, DNA ve diğer kirleticilerin daha yüksek seviyeleri tahlil değişkenlik artırabilir. Protein etiketleme ile tutarlı olmak ve şişeden çıkarıldıktan sonra DMF 'nin istem içinde kullanılması ve boya ile karıştırılması son derece önemlidir. Lizin ve/veya histidin standartları etiketleme kontrolleri olarak tavsiye edilir. Zaman içinde ve numune kalitesine bağlı olarak, cips faul veya mikrofluidics kanalları üzerinde kaplama kaybedebilir, daha fazla gürültü yol, hayalet dorukların varlığı, ve daha fazla örnek-to-Sample varyasyon. Bu oluşum, boşluklar ve sistem uygunluğu standardı (i.e. NISTmAb) tanımlamak için aynı anda düzenli aralıklarla örnekleri ile analiz edildi. Çip sorunları ortaya çıktığında, cips depolama çözeltisi ile yıkanabilir veya değiştirilir.
Terapötik glikoproteinlerin glikan analizi için kullanılan yöntemler, öncelikle sıvı kromatografi (LC) ve/veya kütle spektrometresi (MS) içerir Bu yazıda açıklanan yöntem, faydaları ve dezavantajları olan LC ve MS kullanır. Kütle spektrometrik yöntemleri, floresan algılama çıkışı veya Linde mikrodiziler kullanılarak LC tabanlı yöntemlerle mümkün olmayan, analiz edilen glisilerin kitle doğrulamasının avantajlarından yararlanır. Bu yöntem, bir dekstran merdiven standardına saklama süresi karşılaştırması kullanarak glikcan kimlikleri atamak için LC ve floresan algılaması kullanır. Floresans izleme, algılama kolaylığı nedeniyle daha fazla duyarlılık ve ölçüme olanak sağlar, bu da MS yalnız oligosackaritlerin kötü iyonizasyon verimliliği nedeniyle düşük bolluk türlerinin ölçülmesine mümkün olmayabilir. MS ‘den gelen kütle bilgileri, glikcan kimliklerini onaylamak için kullanılır, ancak işleme yazılımı birincil atama kriterleri olarak kütle bilgilerini kullanmaz. Bu nedenle, tekrarlanabilir Kromatografi ve kolayca çözülebilir zirveler olmadan, bu yöntem glikan atamaları ile ilgili muzdarip olabilir. Neyse ki, kütle bilgileri, kromatografi subpar olduğu durumlarda bile glikan atamaları ile yardımcı olabilir, örneğin tekrarlanabilir glikol atamaları engelleyen bekletme süresi vardiya gibi. Bu yöntem MS olmadan kullanılırsa, kitle bilgileri ikamet zamanı sürüklenme için düzeltmek için kullanılamaz olduğundan Kromatografi en üst düzeyde olmalıdır.
Burada açıklanan amino asit analiz yöntemi, ham hücre kültürü medyasında underivatized amino asitler hızlı kantitasyon için LC-MS kullanır. Alternatif amino asit analiz yöntemleri UV algılama etkinleştirmek için amino asit türevlendirme ajanlar gerektirir26. LC-MS yöntemi, LC-UV metodu üzerinde önemli avantajlar sunar: kitle karakterizasyonu eksikliği ile sınırlı olan LC-UV yöntemine karşı hem saklama süresi hem de iyon kütlesine dayalı kimlik tespiti sağlar. LC-UV yöntemi, örnek değişkenliği27‘ ye verebilir, zaman alan bir derivatizasyon reaksiyonu GEREKTIRDIĞINDEN, LC-MS yöntemi de zaman ve yeniden Üretilebilirlik avantajları sunar. Ancak, LC-MS yönteminde ham hücre kültürü medyası enjeksiyonu, iyon Skimmer kirlenme nedeniyle MS sinyali üzerinde zararlı etkilere neden olabilir. Bir kalibrasyon merdiven genellikle bir sistem uygunluğu kontrol olarak enjekte edilir, ve örnek sipariş verileri önyargı önlemek için randomize.
Mikrobioreactors kullanarak antikor üretimi için hücre kültürü süreci daha önce9açıklanmıştır. Bu çalışmada, sınırlı numune hacimlerinden elde edilen verileri maksimize eden monoklonal antikor karakterizasyon yöntemleri için ayrıntılı protokoller iyi tanımlanır. Hasat edilen hücre kültürü sıvısı sınırlı miktarda bazen elde edilen ürün bilgilerini kısıtlayabilir ve ürün kalitesi verileri elde etmek için doğru analitik prosedürler seçimi esastır. Analytics, ürün kalitesindeki değişikliklere kadar upstream işlem parametrelerini birbirine bağlamak için önemlidir. Burada, kullanıcılar için mikrobioreactors ile çalışırken mAbs karakterlendirmek için bir kılavuz sağlanmıştır.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar, sağladığı analitik destek için Scott Lute ‘a teşekkür etmek istiyor. Kısmi iç finansman ve bu çalışmanın desteği CDER kritik yol programı (CA #1-13) tarafından sağlanmıştır. Bu proje, biyoteknoloji ürünleri ofisi ‘nde staj/araştırma katılım programı ‘na bir randevu tarafından desteklenmektedir, ABD Gıda ve Ilaç Idaresi, Oak Ridge Enstitüsü tarafından bilim ve eğitim için yönetilen bir ABD enerji ve FDA Bakanlığı arasında arası anlaşması.
CHO DG44 Cell Line | Invitrogen | A1100001 | |
Akta Avant 25 | General Electric Life Sciences | 28930842 | |
Pro Sep vA Ultra Chromatography Resin | Millipore Sigma | 115115830 | Purification Stationary Phase |
Omnifit 10cm Column | Diba Fluid Intelligence | 006EZ-06-10-AA | Housing for Stationary Phase |
Tris Base | Fisher Scientific | BP154-1 | |
Superloop 10 mL | GE Healthcare | 18-1113-81 | |
µDawn Multi Angle Light Scattering Detector | Wyatt | WUDAWN-01 | |
0.22 µm Millex GV Filter Unit PVDF Membrane | Merck Millipore | SLGV033RB | |
10X Phosphate Buffered Saline | Corning | 46-013-CM | |
12 mL Syringe | Covidien | 8881512878 | |
1290 Infinity Binary Pump | Agilent Technologies | G4220A | |
1290 Infinity DAD | Agilent Technologies | G4212A | |
1290 Infinity Sampler | Agilent Technologies | G4226A | |
1290 Infinity Thermostat | Agilent Technologies | G1330B | |
1290 Infinity Thermostatted Column Compartment | Agilent Technologies | G1316C | |
15 mL Falcon tube | Corning Inc. | 352097 | |
150 uL Glass Inserts with Polymer Feet | Agilent Technologies | 5183-2088 | |
50 mL Falcon tube | Corning Inc. | 352070 | |
96-Well Plate | Bio-Rad | 127737 | |
Acetic Acid | Sigma-Aldrich | 695072 | |
Acetonitrile | Fisher Chemical | BPA996-4 | |
ACQUITY I-Class UPLC BSM | Waters Corporation | 18601504612 | |
ACQUITY I-Class UPLC Sample Manager | Waters Corporation | 186015000 | |
ACQUITY UPLC FLR Detector | Waters Corporation | 176015029 | |
Amicon Ultra-4 100 kDa centrifugal filters | Merck Millipore | UFC810096 | |
Amino Acid Standard, 1 nmol/µL | Agilent Technologies | 5061-3330 | |
Amino Acid Supplement | Agilent Technologies | 5062-2478 | |
Ammonium Formate Solution – Glycan Analysis | Waters Corporation | 186007081 | |
Blue Screw Caps with Septa | Agilent Technologies | 5182-0717 | |
CD OptiCHO AGT Medium | Thermo Fisher Scientific | A1122205 | |
Centrifuge Tubes | Eppendorf | 22363352 | |
Charge Variant Chip | Perkin Elmer | 760435 | |
Charge Variant Reagent Kit | Perkin Elmer | CLS760670 | |
Chromatography Water (MS Grade) | Fisher Chemical | W6-4 | |
Dimethylformamide | Thermo Scientific | 20673 | |
Extraction Plate Manifold for Oasis 96-Well Plates | Waters Corporation | 186001831 | |
Formic Acid | Fisher Chemical | A117-50 | |
GlycoWorks RapiFlour-MS N-Glycan Starter Kit – 24 Sample | Waters Corporation | 176003712 | |
GXII Buffer Tubes | E&K Scientific | 697075- NC | |
GXII Detection Window Cleaning Cloth | VWR | 21912-046 | |
GXII HT Touch | Perkin Elmer | CLS138160 | |
GXII Ladder Tubes | Genemate | C-3258-1 | |
GXII Lint-Free Swab | ITW Texwipe | TX758B | |
Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144-500 | |
Intact mAb Mass Check Standard | Waters Corporation | 186006552 | |
Intrada Amino Acid Column 150 x 2 mm | Imtakt | WAA25 | |
NanoDrop One Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | 840274100 | |
Optilab UT-rEX Differential Refractive Index Detector | Wyatt | WTREX-11 | |
Perchloric acid | Aldrich Chemistry | 311421 | |
Pipet Tips with Microcapillary for Loading Gels | Labcon | 1034-960-008 | |
Polypropylene 96-Well Microplate, F-bottom, Chimney-style, Black | Greiner Bio-One | 655209 | |
RapiFlour-MS Dextran Calibration Ladder | Waters Corporation | 186007982 | |
Screw Top Clear Vial 2mL | Agilent Technologies | 5182-0715 | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271-1 | |
Sodium Iodide | Sigma Aldrich | 383112 | |
TSKgel UP-SW3000 4.6mm ID x 30 cm L | Tosoh Biosciences | 003449 | |
UNIFI Scientific Information System | Waters Corporation | 667005138 | |
Vacuum Manifold Shims | Waters Corporation | 186007986 | |
Vacuum Pump | Waters Corporation | 725000604 | |
Xevo G2 Q-ToF | Waters Corporation | 186005597 | |
Zeba Spin Desalting Column, 0.5 mL | Thermo Scientific | 89883 |