Les lignées cellulaires de mammifères qui sont conçues pour produire des médicaments à base de protéines recombinantes de grande valeur produisent également des protéines indésirables qui augmentent le coût global de fabrication de ces médicaments. Ces mêmes protéines peuvent également réduire la qualité des médicaments. Dans un nouveau papier en Communication Nature , des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego et de l'Université technique du Danemark ont ​​montré que leurs techniques d'édition du génome pouvaient éliminer jusqu'à 70 % de la protéine contaminante en masse dans les médicaments à base de protéines recombinantes produits par les chevaux de bataille des cellules de mammifères :l'ovaire de hamster chinois ( CHO).

Avec l'approche d'édition de gènes médiée par CRISPR-Cas de l'équipe, les chercheurs démontrent une diminution significative des demandes de purification dans les lignées cellulaires de mammifères qu'ils ont étudiées. Ce travail pourrait conduire à la fois à des coûts de production inférieurs et à des médicaments de meilleure qualité.

Les protéines recombinantes représentent actuellement la majorité des médicaments les plus vendus, y compris des médicaments pour traiter des maladies complexes allant de l'arthrite au cancer et même lutter contre les maladies infectieuses telles que COVID-19 en neutralisant les anticorps. Cependant, le coût de ces médicaments les met hors de portée d'une grande partie de la population mondiale. Le coût élevé est dû en partie au fait qu'ils sont produits dans des cellules cultivées en laboratoire. L'un des principaux coûts est la purification de ces médicaments, qui peut représenter jusqu'à 80 pour cent des coûts de fabrication.

Dans une collaboration internationale, des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego et de l'Université technique du Danemark ont ​​récemment démontré le potentiel de protéger la qualité des médicaments à base de protéines recombinantes tout en augmentant considérablement leur pureté avant la purification, comme indiqué dans l'étude intitulée « Multiplex secretome engineering renforce la production et la pureté des protéines recombinantes » publiée en avril 2020 dans la revue Communication Nature .

"Cellules, telles que les cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO), sont cultivés et utilisés pour produire de nombreux médicaments de premier plan, " a expliqué Nathan E. Lewis, Professeur agrégé de pédiatrie et de bio-ingénierie à l'Université de Californie à San Diego, et co-directeur du CHO Systems Biology Center à l'UC San Diego. "Toutefois, en plus des médicaments que nous voulons, les cellules produisent et sécrètent également au moins des centaines de leurs propres protéines dans le bouillon. Le problème est que certaines de ces protéines peuvent dégrader la qualité des médicaments ou provoquer des effets secondaires négatifs chez un patient. C'est pourquoi il y a des règles si strictes pour la purification, car nous voulons les médicaments les plus sûrs et les plus efficaces possibles."

Ces protéines de la cellule hôte (HCP) qui sont sécrétées sont soigneusement éliminées de chaque lot de médicament, mais avant qu'ils ne soient enlevés, ils peuvent dégrader la qualité et la puissance des médicaments. Les différentes étapes de purification peuvent éliminer ou endommager davantage les médicaments.

« Déjà à un stade précoce de notre programme de recherche, nous nous sommes demandé combien de ces protéines de cellules hôtes contaminantes sécrétées pouvaient être éliminées, " a raconté le directeur Bjorn Voldborg, Chef de l'installation CHO Core au Centre de biodurabilité de l'Université technique du Danemark.

En 2012, la Fondation Novo Nordisk a accordé une importante subvention, qui a financé des travaux novateurs en génomique, biologie des systèmes et édition du génome à grande échelle pour la recherche et le développement technologique des cellules CHO au Center for Biosustainability de l'Université technique danoise (DTU) et de l'Université de Californie à San Diego. Cela a financé les premières séquences génomiques accessibles au public pour les cellules CHO, et a fourni une opportunité unique de combiner la biologie synthétique et la biologie des systèmes pour concevoir rationnellement des cellules CHO pour la production biopharmaceutique.

"Les protéines des cellules hôtes peuvent être problématiques si elles posent une demande métabolique importante, dégrader la qualité du produit, ou sont maintenus tout au long de la purification en aval, " a expliqué Stefan Kol, auteur principal de l'étude qui a effectué cette recherche alors qu'il était à DTU. "Nous avons émis l'hypothèse qu'avec plusieurs séries d'édition de gènes médiée par CRISPR-Cas, nous pourrions diminuer les niveaux de protéines de la cellule hôte de manière progressive. À ce point, nous ne nous attendions pas à avoir un impact important sur la sécrétion de HCP étant donné qu'il existe des milliers de HCP individuels qui ont déjà été identifiés."

Ce travail s'appuie sur des travaux de calcul prometteurs publiés plus tôt en 2020.

Des chercheurs de l'UC San Diego ont développé un modèle informatique de production de protéines recombinantes dans les cellules CHO, publié plus tôt cette année dans Communication Nature . Jahir Gutiérrez, un ancien docteur en bio-ingénierie. étudiant à l'UC San Diego a utilisé ce modèle pour quantifier le coût métabolique de la production de chaque protéine de cellule hôte dans le sécrétome CHO, et avec l'aide d'Austin Chiang, un scientifique de projet au département de pédiatrie de l'UC San Diego, ont montré qu'un nombre relativement faible de protéines sécrétées représente la majorité de l'énergie et des ressources cellulaires. Ainsi, l'idée d'éliminer les protéines contaminantes dominantes avait le potentiel de libérer une quantité non négligeable de ressources cellulaires et de protéger la qualité des médicaments. Les auteurs ont identifié et retiré 14 protéines de cellules hôtes contaminantes dans des cellules CHO. Ce faisant, ils ont éliminé jusqu'à 70 pour cent de la protéine contaminante en masse et ont démontré une diminution significative des demandes de purification.

Ces modifications peuvent être combinées à des modifications génétiques avantageuses supplémentaires identifiées par l'équipe dans le but d'obtenir des médicaments de meilleure qualité à moindre coût.