利用新工具優化CHO細胞系，制造生物制劑藥物

　　中國倉鼠卵巢細胞（CHO細胞）經常被用來制造生物制劑，即基于蛋白的藥物，可用來治療癌癥、自身免疫疾病以及很多其他的疾病。如今，市場上一半以上最為暢銷的生物制劑是由CHO細胞產生的。舉幾個例子來說，阿達木單抗（Humira）、貝伐單抗（Avastin）和利妥昔單抗（Rituxan）。

　　盡管得到廣泛的使用，研究人員面臨的挑戰是對利用CHO細胞產生生物制劑進行優化。比如，CHO細胞的蛋白產量有時是較低的，這一因素導致這些藥物具有比較高的成本。

　　來自美國加州大學圣地亞哥分校CHO系統生物學中心（以下簡稱CHO中心）的研究人員開創性地付出各種努力以便更加深入地理解CHO細胞和推進細胞工程研究。CHO中心研究人員與來自加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院、加州大學圣地亞哥分校醫學院和桑福德-伯納姆-普利貝斯醫學探索研究所（Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute）的研究人員組建成一個跨學科小組。

　　提高產品產量

　　在去年發表在Cell Systems期刊上的一篇論文中，CHO中心研究人員與全世界的幾個團隊合作開發出一種綜合的全基因組水平的CHO細胞代謝模型，并且鑒定出讓蛋白產生最大化的特定途徑。這個項目是由CHO中心聯合主任、加州大學圣地亞哥分校兒科教授Nathan Lewis領導的。

　　研究人員利用這種模型預測當遭受行業上經常用來增加蛋白產生的兩種處理方法時，CHO細胞實際上能夠產生多少數量的蛋白。一種處理方法涉及降低培養溫度，另一種處理方法涉及往培養基中加入丁酸鈉。

　　這種模型預測這些處理方法差強人心地增加蛋白產生，但這是以犧牲細胞生長為代價的。Lewis說，“這種權衡是非常不高效的”，這是因為細胞生長下降僅換來蛋白產量少量增加。

　　研究人員利用這種模型模擬CHO細胞發生的其他變化。特別地，他們研究了基因變化提高CHO細胞中的分泌途徑流動的效率，這種分泌途徑會產生治療性蛋白，并將這些蛋白釋放到細胞外。這種模型預測這些細胞變化能夠比經常使用的行業處理方法3倍地增加蛋白產生。

　　Lewis說，“這一發現證實這種分泌途徑是細胞機器中的一種重要的管線，我們能夠對它進行改造來產生更多的蛋白。”

　　在今年早期發表在Scientific Reports期刊上的一項研究中，Lewis和同事們證實一種不同的方法能夠增加蛋白產生，也能夠增加細胞生長率。這種方法涉及當CHO細胞產生一種治療性抗體時，繪制它們當中所有核糖體的活性。在這種過程中，研究人員發現沉默一種基因不僅改善細胞生長，而且導致抗體產生增加了18%。

　　質量控制

　　糖基化，即將糖鏈附著到蛋白上，是CHO中心研究人員正在深入研究的另一種細胞過程。控制糖基化，如將哪些糖分子或多少數量的糖分子加入到所需的蛋白上，對產生高質量藥物產品是至關重要的，但是它是極其充滿挑戰的。

　　在發表在Biotechnology Journal期刊上的一項研究中，研究人員開發出一種算法來預測當制造生物制劑和它們的生物仿制藥時，他們如何能夠修飾CHO細胞來獲得所需的糖基化模式。Lewis說，這項研究能夠加快顯著降低主要的蛋白藥物成本的努力。

　　正在開展的研究

　　CHO中心研究人員正在開發和改進其他的一流資源來合理地設計和優化用于藥物開發的CHO細胞系。這些資源包括CHO細胞系的高質量基因組序列，下一代基因組編輯技術，不斷增加的工程CHO細胞系庫，改良的不含污染物的“清潔”CHO細胞系，“安全港”整合位點（即CHO細胞基因組上的位點，能夠將人基因安全地插入到這些位點上來改善蛋白表達）圖譜，以及分析和理解組學數據的復雜方法。