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Las células CHO en la bioproducción: aplicaciones e innovaciones

Derivada del ovario de un hámster chino, la línea celular CHO es un pilar fundamental de la investigación médica y biológica gracias a su amplia gama de aplicaciones. Esta línea celular de mamífero ofrece infinitas posibilidades, desde la producción de proteínas recombinantes hasta la expresión génica, el cribado de toxicidad, la nutrición y los estudios genéticos.

📋 Línea celular CHO — Datos clave
Medio de cultivo
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Tiempo de duplicación
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Tipo de crecimiento
Adherente
Nivel de bioseguridad
BSL-1
Disponible en
Cytion — Pedir CHO

Nuestro artículo se adentra en el fascinante mundo de las células CHO, explorando cómo estas células han revolucionado la investigación biofarmacéutica y allanado el camino para terapias que salvan vidas. ¡Prepárate para desvelar los secretos de las poderosas células CHO y descubrir cómo impulsan avances revolucionarios en la medicina y más allá! Aprenderás todo lo que necesitas saber antes de empezar, incluyendo:

¿Qué es la línea celular CHO?

Desde su creación en 1957 por Theodore T. Puck, las células de ovario de hámster chino (CHO) se han convertido en un elemento básico de la investigación biológica y médica debido a su rápido crecimiento y su elevada producción de proteínas. Estas células epiteliales, derivadas del ovario del hámster chino, se utilizan ampliamente en la biofabricación, la genética, el cribado de toxicidad, la nutrición y los estudios de expresión génica.

Las células CHO pueden producir proteínas con modificaciones postraduccionales (PTM) similares a las que se encuentran en los seres humanos. Además, presentan una deficiencia en la síntesis de prolina y no expresan el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), lo que las hace ideales para investigar diversas mutaciones del EGFR.

En la biofabricación, las células CHO se utilizan ampliamente para producir anticuerpos monoclonales, proteínas recombinantes y vacunas. Se ha aprobado la producción de más de 60 proteínas terapéuticas elaboradas con células CHO, y su uso sigue expandiéndose. Nuestro artículo analiza las notables propiedades y las diversas aplicaciones de las células CHO, destacando su papel crucial en el impulso de los avances en biomedicina y más allá. ¡Prepárate para explorar el fascinante mundo de las células CHO y descubrir su potencial sin igual en la investigación biomédica!

Chinese hamster

Células CHO: la opción preferida de la industria biofarmacéutica para la producción de proteínas recombinantes

En la industria biotecnológica, las células de ovario de hámster chino (CHO) se utilizan con frecuencia para crear productos biofarmacéuticos como anticuerpos monoclonales, proteínas recombinantes y vacunas.

Aunque quizá no lo sepa, las células de ovario de hámster chino (CHO) pueden ser las responsables si alguna vez se ha sometido a una terapia con anticuerpos monoclonales. Estas células adaptables son utilizadas con frecuencia por la industria biofarmacéutica para producir proteínas recombinantes que se emplean en la investigación biomédica, el diagnóstico y una variedad de tratamientos terapéuticos. Los tratamientos basados en proteínas denominados anticuerpos monoclonales (mAb) se utilizan para tratar diversas enfermedades, como el cáncer, las enfermedades autoinmunes y las enfermedades infecciosas. Dado que las células CHO llevan a cabo modificaciones postraduccionales similares a las de las células humanas, se utilizan con frecuencia para producir mAb. Estas modificaciones son necesarias para que estos tratamientos funcionen correctamente.

Las proteínas creadas mediante ingeniería genética se conocen como proteínas recombinantes. Además de servir como reactivos de investigación, también pueden utilizarse como terapias y en el diagnóstico. Dado que pueden sufrir modificaciones postraduccionales y presentan glicosilaciones complejas similares a las que se encuentran en las células humanas, las células CHO son especialmente adecuadas para la producción de proteínas recombinantes debido a su rápido crecimiento, su alta expresión proteica y su capacidad para expresar grandes cantidades de proteína. Con rendimientos que oscilan entre 3 y 10 gramos por litro de cultivo, la línea celular CHO supone un punto de inflexión en el sector biofarmacéutico gracias a su capacidad sin igual para producir en masa proteínas terapéuticas. Las células CHO son ahora un componente vital de la biomedicina contemporánea gracias a la optimización genética, que aumenta su capacidad para generar grandes cantidades de proteínas recombinantes.

Las vacunas son productos biofarmacéuticos utilizados para prevenir y tratar infecciones provocadas por virus y bacterias. Las vacunas contra la COVID-19 se encuentran entre las fabricadas con células CHO. Los científicos han desarrollado diversas técnicas, entre ellas la ingeniería genética, la optimización de medios de cultivo y el desarrollo de procesos, para mejorar el rendimiento de las células CHO en la producción de productos biofarmacéuticos. Estas técnicas han dado lugar a la creación de sistemas de cultivo de alto rendimiento y bajo coste para la producción de productos biofarmacéuticos utilizando células CHO. La amplia gama de aplicaciones de las células CHO incluye:

Planta de producción farmacéutica.

Las células CHO en la producción biofarmacéutica

Las células CHO se utilizan para producir diversos productos bioterapéuticos, entre ellos proteínas recombinantes y anticuerpos monoclonales empleados en el tratamiento de enfermedades como el cáncer, los trastornos autoinmunes y las enfermedades infecciosas. La adopción de las células CHO en los productos biofarmacéuticos se debe en gran medida a su capacidad para realizar modificaciones postraduccionales similares a las de las células humanas, lo que las convierte en huéspedes mamíferos ideales para producir proteínas terapéuticas compatibles con el ser humano. El conocimiento exhaustivo de los perfiles proteicos de las células huéspedes CHO y la aplicación de técnicas ELISA para proteínas de células huéspedes son fundamentales para garantizar la pureza y la seguridad de los productos biofarmacéuticos producidos en sistemas de células CHO. Como resultado, las células CHO han consolidado su posición como plataforma multifuncional en la industria biotecnológica.

Avances en la producción de anticuerpos basada en células CHO

Las células CHO se utilizan ampliamente en la producción de anticuerpos monoclonales, que han revolucionado el campo de la biomedicina al proporcionar terapias dirigidas para diversas enfermedades. Las células CHO se han convertido en la piedra angular de la expresión de anticuerpos recombinantes y la producción de proteínas terapéuticas debido a su capacidad para plegar, ensamblar y modificar correctamente las proteínas humanas. La producción de anticuerpos con células CHO ha evolucionado gracias a las mejoras en las técnicas de cultivo celular y la ingeniería de células CHO, lo que ha dado lugar a células CHO de alta calidad que son fundamentales para el desarrollo de productos biofarmacéuticos. Se han aplicado enfoques biotecnológicos integrales, que incluyen tecnología de ADN y métodos sofisticados de cultivo celular, para optimizar los sistemas de células CHO y aumentar la eficiencia en la producción de anticuerpos.

Biología molecular e ingeniería de células CHO

La fusión de las técnicas de biología molecular con el cultivo de células CHO ha dado lugar a la creación de líneas celulares CHO transgénicas y a la manipulación de mutantes de células de hámster chino para conseguir los rasgos deseados. Estos avances en ingeniería celular y tecnología del ADN han facilitado el desarrollo de células CHO capaces de producir proteínas recombinantes específicas con alta eficacia. La exploración de enfoques de cultivo de células eucariotas, incluidas las células CHO y HeLa, ha contribuido a una mejor comprensión de los mecanismos celulares y a la optimización de los cultivos de células de mamíferos para la producción de proteínas terapéuticas.

¡Pero eso no es todo! Las células CHO tienen otras aplicaciones fascinantes en la investigación biomédica, entre las que se incluyen:

  • Cribado de toxicidad: las células CHO se utilizan para evaluar la toxicidad de fármacos, incluidos los agentes terapéuticos anticancerígenos y antivirales. Por ejemplo, un estudio exploró la actividad específica contra el cáncer de mama de los ácidos grasos derivados de microalgas antárticas utilizando CHO como línea celular de control.
  • Expresión génica: Las células CHO se utilizan para expresar genes de forma estable y transitoria con el fin de estudiar la función génica o producir proteínas específicas. Se emplean herramientas de edición génica para desarrollar modelos de knock-in y knockout en líneas celulares CHO.

Perspectivas futuras en la investigación con células CHO

La investigación y el desarrollo en curso en los sistemas de células CHO se centran en mejorar la eficiencia y la versatilidad de estas células en la producción biofarmacéutica. Dado que las células CHO siguen estando a la vanguardia de las terapias con proteínas recombinantes, su papel en el futuro de la medicina y la biotecnología es significativo, lo que promete nuevos avances en el desarrollo de anticuerpos y la producción de tratamientos que salvan vidas.

Descubra las ventajas de las poderosas células CHO

Estas son algunas de las ventajas clave de la línea celular CHO que la convierten en una herramienta de investigación atractiva.

  1. Facilidad de cultivo: Los procedimientos y condiciones de cultivo de la línea celular CHO no son exigentes. Estas células son resistentes y capaces de tolerar variaciones de temperatura y cambios de pH. Por lo tanto, son ideales para el cultivo a gran escala.
  2. Modificaciones postraduccionales: Estas células son similares a las células humanas y capaces de producir modificaciones postraduccionales similares. Por lo tanto, las células CHO pueden utilizarse para producir productos biológicos biocompatibles con una excelente actividad farmacéutica.
  3. Alta productividad: Las células CHO se utilizan ampliamente para producir altos rendimientos de proteínas recombinantes. La optimización genética de la línea celular CHO ha dado como resultado aproximadamente entre 3 y 10 gramos de proteína por litro de cultivo.
  4. Expresión génica: Las células CHO son fáciles de transfectar; por lo tanto, se utilizan con frecuencia para estudios de expresión transitoria y estable. Además, se emplean muchas herramientas genéticas para desarrollar modelos de knock-in y knockout genético utilizando la línea celular CHO.
  5. Autorizaciones gubernamentales: Las células CHO se han utilizado en casi 50 productos bioterapéuticos autorizados en EE. UU. y la UE.
  6. Baja susceptibilidad a los virus: debido a su origen en el hámster, el riesgo de propagación de virus humanos es menor, lo que reduce las pérdidas de producción y aumenta la bioseguridad.

Características principales de las células CHO

  • Morfología: Las células CHO presentan un aspecto similar al de las células epiteliales, con una forma alargada y similar a la de los fibroblastos. Son adherentes y suelen crecer en monocapas.

  • Tamaño celular: El diámetro medio de las células CHO oscila entre 12 y 14 μm.

  • Genoma y ploidía: Las células CHO son aneuploides y poseen 21 cromosomas, lo que difiere del número de cromosomas euploides que se encuentra en el hámster chino. El cariotipo de las células CHO se caracteriza por múltiples reordenamientos estructurales, incluida la pérdida parcial del cromosoma 2 y del material del cromosoma X. 

CHO cells mid confluent and at a high confluency

Imágenes microscópicas de células CHO: con alta densidad celular (izquierda) y con una densidad celular de aproximadamente el 50 % (derecha).

Comparación entre las líneas celulares CHO y CHO-K1

Desde que se describió la línea celular CHO original en 1956, se han creado numerosas variantes de la misma con diversos fines. La línea CHO-K1 se generó a partir de un único clon de células CHO en 1957, y posteriormente se creó la línea CHO-DXB11 (también conocida como CHO-DUKX) mediante mutagénesis con metanosulfonato de etilo. Sin embargo, su utilidad era limitada debido a su capacidad para revertir a la actividad de la DHFR cuando se mutaban. Más tarde, las células CHO se mutaron con radiación gamma para producir CHO-DG44, en la que se eliminaron por completo ambos alelos de la DHFR. Estas cepas deficientes en DHFR requieren glicina, hipoxantina y timidina para su crecimiento y se utilizan ampliamente para la producción industrial de proteínas. Desde entonces, otros sistemas de selección han ganado popularidad, y se ha demostrado que células huéspedes como CHO-K1, CHO-S y CHO-Pro minus producen altos niveles de proteínas. Debido a su inestabilidad genética, estas líneas celulares se cultivan a menudo en medios libres de componentes animales o químicamente definidos en biorreactores de cultivo en suspensión. También se discutieron las complejidades de la genética de las células CHO y la derivación clonal.

Descubra nuevos avances con nuestras células CHO

Diez consejos para el cultivo de células CHO

  1. La línea celular CHO es una línea celular de bajo mantenimiento y fácil de cultivar.
  2. Las células CHO tienen un tiempo de duplicación de la población rápido, de entre 14 y 17 horas.
  3. Las células CHO son adherentes y crecen en monocapas, aunque pueden adaptarse para crecer en suspensión.
  4. Realice subcultivos de células CHO al 80-90 % de confluencia utilizando Accutase.
  5. Siembre las células CHO a una densidad de 1 x 10⁴ células/cm² para obtener una monocapa confluente en unos 4 días.
  6. Para un cultivo óptimo, utilice una mezcla 50:50 de DMEM y Ham's F12 suplementada con un 5 % de FBS y L-glutamina.
  7. Renueve el medio de cultivo 2-3 veces a la semana.
  8. Cultive las células CHO en una incubadora humidificada suplementada con un 5 % de CO₂ a 37 °C.
  9. Almacene las células CHO en la fase de vapor o líquida del nitrógeno líquido (-196 °C).
  10. Siga las directrices del Nivel de Bioseguridad 1 para la manipulación y el cultivo de la línea celular CHO.

Protocolos, vídeos y publicaciones recientes sobre células CHO

A continuación se ofrecen algunos recursos excelentes para aprender sobre el cultivo y el mantenimiento de la línea celular CHO.

  1. Un protocolo exhaustivo de cultivo celular sobre células CHO: este enlace puede ayudarle a aprender todo sobre el subcultivo y la transfección de células CHO.
  2. Células CHO: este sitio web ofrece información básica sobre el cultivo de la línea celular CHO, incluyendo la división, el almacenamiento, la congelación y la descongelación de las células, etc.
  3. Descongelación de células CHO: este vídeo muestra un protocolo de descongelación ejemplar para células CHO congeladas.

Protocolos de transfección para la línea celular CHO

Las células CHO son muy susceptibles tanto a la transfección transitoria como a la estable de genes. A continuación se incluyen algunos recursos que proporcionan información útil sobre los protocolos de transfección de la línea celular CHO.

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Número de producto: 603479

Publicaciones de investigación interesantes que utilizan células CHO

A continuación se resumen varios estudios en los que se han utilizado células CHO:

  1. Estudio: «Producción rápida y de alto rendimiento del ectodominio de la proteína espiga del SARS-CoV-2 de longitud completa mediante expresión génica transitoria en células CHO» (2021)

    • Objetivo: Expresar el ectodominio de la proteína espiga del SARS-CoV-2 en células CHO utilizando tres métodos de transfección transitoria para obtener una alta productividad.
    • Metodología: Se transfectaron células CHO con plásmidos que codifican el ectodominio de la espícula del SARS-CoV-2 de longitud completa utilizando tres métodos de transfección transitoria. La expresión de la proteína se evaluó mediante ELISA y Western blot.
    • Resultados clave: Los tres métodos de transfección transitoria mostraron altos niveles de expresión proteica, obteniéndose el mayor rendimiento con el método de polietilenimina.

  2. Estudio: «Ingeniería de una línea celular CHO estable para la expresión de un antígeno de la vacuna contra el coronavirus MERS» (2018)

    • Objetivo: Producir el antígeno del coronavirus MERS en células CHO para su uso como futura vacuna candidata.
    • Metodología: Se transfectaron células CHO con un plásmido que codifica el antígeno del coronavirus MERS y se seleccionaron para la expresión estable utilizando geneticina. La expresión proteica se evaluó mediante ELISA y Western blot.
    • Resultados clave: La línea celular CHO estable mostró altos niveles de expresión proteica y estabilidad a lo largo de múltiples pases.

  3. Estudio: «Actividad citotóxica de los ácidos grasos de macroalgas antárticas sobre el crecimiento de células de cáncer de mama humano» (2018)

    • Objetivo: Utilizar células CHO como control para evaluar la toxicidad de los agentes anticancerígenos frente a las células normales.
    • Metodología: Se cultivaron células CHO y se trataron con ácidos grasos de macroalgas antárticas, y se evaluó la viabilidad celular mediante el ensayo MTT.
    • Resultados clave: Los ácidos grasos de macroalgas antárticas no mostraron efectos citotóxicos en las células CHO, lo que sugiere su posible uso como agente anticancerígeno con selectividad para las células cancerosas.

  4. Estudio: «La inactivación del gen de la caspasa-7 mejora la expresión de la proteína recombinante en la línea celular CHO mediante la detención del ciclo celular en la fase G2/M» (2022)

    • Objetivo: Manipular genéticamente las células CHO para mejorar la expresión de proteínas recombinantes.
    • Metodología: Se eliminó el gen de la caspasa-7 en células CHO utilizando la tecnología CRISPR/Cas9, y se evaluó la expresión de la proteína mediante Western blot y microscopía de fluorescencia.
    • Resultados clave: La inactivación del gen de la caspasa-7 en las células CHO dio lugar a una mejora en la expresión de proteínas, probablemente debido a la detención del ciclo celular en la fase G2/M causada por la pérdida de caspasa-7.

  5. Estudio: «Desarrollo de una línea celular CHO para la producción estable de anticuerpos recombinantes contra la MMP9 humana» (2015)

    • Objetivo: Producir anticuerpos monoclonales contra la proteína MMP9 humana en células CHO.
    • Metodología: Se transfectaron células CHO con plásmidos que codificaban el anticuerpo contra la MMP9 humana y se seleccionaron para la expresión estable utilizando geneticina. La expresión de la proteína se evaluó mediante ELISA y Western blot.
    • Resultados clave: La línea celular CHO estable mostró altos niveles de expresión de anticuerpos y estabilidad a lo largo de múltiples pases, lo que sugiere un uso potencial en aplicaciones terapéuticas dirigidas a la MMP9 humana.

Preguntas frecuentes sobre las células CHO

Las células CHO (ovario de hámster chino) son un tipo de línea celular derivada del ovario del hámster chino. Se utilizan ampliamente en la investigación biológica y médica con diversos fines, como la producción de proteínas recombinantes, el estudio de la función génica y el desarrollo de fármacos terapéuticos.
Las células CHO son las preferidas para la producción de proteínas debido a su capacidad para realizar modificaciones postraduccionales similares a las de las células humanas. Esto hace que las proteínas producidas por células CHO tengan más probabilidades de ser similares a las proteínas humanas en estructura y función, lo que es importante para las aplicaciones terapéuticas.
Las células CHO se prestan a la transfección, el proceso de introducir ADN extraño en las células, porque captan y expresan fácilmente genes extraños. Esto las hace ideales para los estudios de expresión génica y la producción de proteínas recombinantes.
Las células CHO se utilizan habitualmente para la producción de anticuerpos porque pueden diseñarse para producir altos niveles de anticuerpos y pueden llevar a cabo modificaciones postraduccionales similares a las humanas, lo que garantiza que los anticuerpos sean funcionales y menos propensos a ser reconocidos como extraños por el sistema inmunitario humano.
Las células CHO son importantes en la investigación biotecnológica y farmacéutica por su versatilidad a la hora de expresar una amplia gama de proteínas, su compatibilidad con el procesamiento de proteínas humanas y su escalabilidad en los procesos de producción, lo que las convierte en una piedra angular en el desarrollo de productos biofarmacéuticos.
Las células CHO se han generalizado debido a su genética estable, facilidad de cultivo, alta productividad y capacidad para replicar con precisión las modificaciones de las proteínas humanas, lo que las convierte en una opción fiable y eficiente para la producción de proteínas a escala industrial.
Las células CHO producen lactato como subproducto de la glucólisis anaeróbica, una vía metabólica que proporciona energía en condiciones de poco oxígeno o cuando la demanda energética supera la capacidad de la fosforilación oxidativa. La producción de lactato también se ve influida por la ingeniería metabólica de las células para optimizar las tasas de crecimiento y producción.
Entre las ventajas de las células CHO se encuentran su capacidad para llevar a cabo modificaciones postraduccionales complejas, su gran escalabilidad y su solidez en diversas condiciones de cultivo. Las desventajas pueden ser el riesgo de contaminación vírica, el complejo y costoso procesamiento posterior necesario y las posibles diferencias con los patrones de glicosilación humanos.
Las células CHO necesitan glutamina como nutriente crítico para la producción de energía, la biosíntesis de proteínas y nucleótidos, y como fuente de carbono en el ciclo TCA, favoreciendo el crecimiento y el mantenimiento celular.
Las células CHO son eucariotas, capaces de realizar modificaciones postraduccionales y se utilizan para la producción de proteínas complejas. Las células E. coli son procariotas, se utilizan para la producción de proteínas más sencillas y de alto rendimiento, pero carecen de la maquinaria necesaria para realizar modificaciones postraduccionales avanzadas.
Las células HEK 293 son células de riñón embrionario humano conocidas por su elevada eficacia de transfección y su procesamiento de proteínas similar al humano, mientras que las células CHO derivan de células de ovario de hámster y son favorables por su crecimiento robusto y su escalabilidad en la producción de proteínas.
Las células CHO suelen necesitar suero en su medio de crecimiento para un crecimiento y una productividad óptimos, ya que les proporciona las hormonas, los factores de crecimiento y los nutrientes necesarios, aunque se han desarrollado medios sin suero para aplicaciones específicas.
Las células CHO pueden ser recombinantes, es decir, modificadas genéticamente para expresar genes extraños, lo que las convierte en una herramienta clave en la producción de proteínas recombinantes para uso terapéutico.
Sí, las células CHO pueden modificarse para que secreten altos niveles de anticuerpos, lo que las convierte en la principal opción para la producción de anticuerpos monoclonales terapéuticos.
Las células convierten el piruvato en lactato en condiciones anaeróbicas o cuando las demandas energéticas superan la capacidad de la fosforilación oxidativa mitocondrial, permitiendo que la glucólisis continúe produciendo ATP y NAD.

Referencias

  1. Reinhart, D., et al., Bioprocesamiento de CHO-K1, CHO-DG44 y CHO-S recombinantes: los huéspedes de expresión CHO favorecen la producción de anticuerpos monoclonales o la síntesis de biomasa. Revista Biotechnology, 2019. 14(3): p. 1700686.
  2. Pan, X., et al., Caracterización metabólica de una fase de aumento del tamaño de las células CHO en cultivos de lotes alimentados. Microbiología aplicada y biotecnología, 2017. 101: p. 8101–8313.
  3. Turilova, V.I., T.S. Goryachaya y T.K. Yakovleva, Línea celular de ovario de hámster chino DXB-11: inestabilidad cromosómica y heterogeneidad del cariotipo. Molecular Cytogenetics, 2021, 14(1): p. 1–12.
  4. Hunter, M., et al., optimización de la expresión de proteínas en células de mamíferos. Protocolos actuales en ciencia de proteínas, 2019. 95(1): p. e77.
  5. Nyon, M.P., et al., Ingeniería de una línea celular CHO estable para la expresión de un antígeno de la vacuna contra el coronavirus MERS. Vaccine, 2018. 36(14): p. 1853–1862.
  6. Pacheco, B.S., et al., Actividad citotóxica de los ácidos grasos de macroalgas antárticas sobre el crecimiento de células de cáncer de mama humano. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6: p. 185.
  7. Ryu, J., et al., desarrollo de una línea celular CHO para la producción estable de anticuerpos recombinantes contra la MMP9 humana. BMC biotechnology, 2022. 22(1): p. 8.

 

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