Las células CHO en la bioproducción: Aplicaciones e innovaciones

Derivada del ovario de un hámster chino, lalínea celular CH O es una potencia en la investigación médica y biológica por 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.

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. Prepárese para desvelar los secretos de las poderosas células CHO y descubra cómo impulsan avances revolucionarios en la medicina y en otros campos Aprenderá todo lo que necesita 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 biomanufactura, genética, cribado de toxicidad, nutrición y estudios de expresión génica.

Las células CHO pueden producir proteínas con modificaciones postraduccionales (PTM) similares a las de los seres humanos. También son deficientes 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 biotecnología, las células CHO se utilizan mucho 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 ampliándose. Nuestro artículo examina 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. Prepárese para explorar el fascinante mundo de las células CHO y descubrir su incomparable potencial en la investigación biomédica

Células CHO: El recurso 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 sea consciente de ello, las células de ovario de hámster chino (CHO) pueden ser las culpables si alguna vez se ha sometido a una terapia con anticuerpos monoclonales. Estas células adaptables se utilizan con frecuencia en la industria biofarmacéutica para producir proteínas recombinantes que se emplean en investigación biomédica, diagnóstico y una gran variedad de terapias. Las terapias basadas en proteínas denominadas anticuerpos monoclonales (mAbs) se utilizan para tratar diversas enfermedades, como el cáncer, las afecciones autoinmunes y las enfermedades infecciosas. Las células CHO se utilizan con frecuencia para fabricar mAbs porque realizan modificaciones postraduccionales similares a las de las células humanas. Estas modificaciones son necesarias para que estas terapias funcionen correctamente.

Las proteínas creadas mediante ingeniería genética se conocen como proteínas recombinantes. Además de ser reactivos de investigación, también pueden utilizarse como terapéuticos y diagnósticos. Como pueden sufrir modificaciones postraduccionales y tienen glucosilaciones complejas parecidas a las de las células humanas, las células CHO son especialmente adecuadas para fabricar proteínas recombinantes por su rápido crecimiento, su elevada expresión proteica y su capacidad para expresar grandes cantidades de proteínas. Con rendimientos que oscilan entre 3 y 10 gramos por litro de cultivo, la línea celular CHO cambia las reglas del juego en el sector biofarmacéutico gracias a su capacidad inigualable para producir proteínas terapéuticas en masa. 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 biofármacos 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 creado una serie de técnicas, como la ingeniería genética, la optimización de medios y el desarrollo de procesos, para mejorar el rendimiento de las células CHO en la producción de biofármacos. 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:

Instalación de producción farmacéutica.

Las células CHO en la producción biofarmacéutica

Las células CHO se utilizan para producir diversos productos bioterapéuticos, como proteínas recombinantes y anticuerpos monoclonales utilizados en el tratamiento de enfermedades como el cáncer, los trastornos autoinmunitarios y las enfermedades infecciosas. La adopción de células CHO en biofármacos 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. Para garantizar la pureza y la seguridad de los biofármacos producidos en sistemas de células CHO, es fundamental conocer a fondo los perfiles proteínicos de estas células y aplicar técnicas ELISA. Como resultado, las células CHO han consolidado su posición como plataforma multifuncional en la industria biotecnológica.

Avances en la producción de anticuerpos a partir de 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 terapias proteicas, debido a su capacidad para plegar, ensamblar y modificar correctamente las proteínas humanas. La producción de anticuerpos con células CHO ha evolucionado con las mejoras en las técnicas de cultivo celular y la ingeniería de células CHO, dando lugar a células CHO de alta calidad que son fundamentales para el desarrollo de productos biofarmacéuticos. Se han aplicado enfoques biotecnológicos integrales, como la tecnología del ADN y sofisticados métodos de cultivo celular, para optimizar los sistemas de células CHO con el fin de aumentar la eficiencia de la producción de anticuerpos.

Biología molecular e ingeniería de células CHO

La fusión de técnicas de biología molecular con el cultivo de células CHO ha conducido a la creación de líneas de células 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 gran 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 ellas

Cribado de toxicidad: Las células CHO se utilizan para evaluar la toxicidad de los 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 para estudios de función génica o producción de proteínas específicas. Las herramientas de edición de genes se utilizan para desarrollar modelos de knock-in y knockout de genes en líneas celulares CHO.

Perspectivas futuras en la investigación con células CHO

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

Descubra las ventajas de las poderosas células CHO

He aquí algunas ventajas clave de la línea celular CHO que la convierten en una atractiva herramienta de investigación.

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 cambios variables de temperatura y pH. Por lo tanto, son ideales para el cultivo a gran escala.
Modificaciones post-traduccionales: Estas células son similares a las humanas y capaces de producir modificaciones post-traduccionales similares. Así, las células CHO pueden utilizarse para producir productos biológicos biocompatibles con una excelente actividad farmacéutica.
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 3-10 gramos de proteína por litro de cultivo.
Expresión génica: Las células CHO son fáciles de transfectar, por lo que se utilizan con frecuencia para estudios de expresión transitoria y estable. Además, se utilizan muchas herramientas genéticas para desarrollar modelos knock-in y knockout de genes utilizando la línea celular CHO.
Autorizaciones gubernamentales: Las células CHO se han utilizado en casi 50 bioterapéuticos aprobados en EE.UU. y la UE.
Baja susceptibilidad a los virus: Debido a su origen en hámster, disminuye el riesgo de propagación de virus humanos, 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 12-14 μm.
Genoma y ploidía: Las células CHO son aneuploides, poseen 21 cromosomas, lo que difiere del número cromosómico euploide 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 el material X.

Imágenes microscópicas de células CHO: a alta confluencia (izquierda) y en torno al 50% de confluencia (derecha).

Comparación entre las líneas celulares CHO y CHO-K1

Desde que se publicó la línea celular CHO original en 1956, se han creado muchas variaciones de la línea celular para diversos fines. La CHO-K1 se generó a partir de un único clon de células CHO en 1957, y la CHO-DXB11 (también conocida como CHO-DUKX) se creó posteriormente mediante mutagénesis con metanosulfonato de etilo. Sin embargo, su utilidad era limitada debido a su capacidad de revertir a la actividad DHFR cuando se mutagenizaban. Posteriormente, se mutagenizaron células CHO con radiación gamma para producir CHO-DG44, en las que se eliminaron por completo ambos alelos DHFR. Estas cepas deficientes en DHFR necesitan glicina, hipoxantina y timidina para crecer y se utilizan ampliamente para la producción industrial de proteínas. Desde entonces se han popularizado otros sistemas de selección y se ha demostrado que células huésped como CHO-K1, CHO-S y CHO-Pro minus producen altos niveles de proteínas. Debido a su inestabilidad genética, estas líneas celulares suelen cultivarse en medios libres de componentes animales o químicamente definidos en biorreactores de cultivo en suspensión. También se analizaron las complejidades de la genética de las células CHO y su derivación clonal.

Descubra nuevos avances con nuestras células CHO

Diez consejos para el cultivo de células CHO

La línea celular CHO es una línea celular de bajo mantenimiento y fácil de cultivar.
Las células CHO tienen un tiempo rápido de duplicación de la población de 14-17 horas.
Las células CHO son adherentes y crecen en monocapa o pueden adaptarse para crecer en suspensión.
Subcultivar las células CHO al 80-90% de confluencia utilizando Accutase.
Siembre células CHO a una densidad celular de 1 x¹⁰⁴ células/cm2 para obtener una monocapa confluente en unos 4 días.
Para un cultivo óptimo, utilice una mezcla 50:50 de DMEM y F12 de Ham suplementada con un 5% de FBS y L-glutamina.
Renueve el medio de cultivo 2-3 veces por semana.
Cultivar las células CHO en una incubadora humidificada suplementada con 5% de gas CO2 a 37°C.
Almacenar las células CHO en fase vapor o líquida de nitrógeno líquido (-196°C).
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

He aquí algunos recursos excelentes para aprender sobre el cultivo y mantenimiento de líneas celulares CHO.

Un extenso protocolo de cultivo celular de células CHO: Este enlace puede ayudarle a aprender todo sobre el subcultivo y la transfección de células CHO.
Células CHO: Este sitio le proporcionará información básica sobre el cultivo celular de la línea celular CHO, incluyendo la división, almacenamiento, congelación y descongelación de células, etc.
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 aptas para la transfección transitoria y estable de genes. Estos son algunos recursos que proporcionan información útil sobre protocolos de transfección de líneas celulares CHO.

Transfección de células CHO: Este artículo publicado proporciona un protocolo de transfección transitoria para la línea celular CHO utilizando polietilenimina lineal (PEI).
Métodos de transfección para células CHO: Este artículo explica diferentes estrategias para la transfección eficiente de líneas celulares CHO utilizando diferentes reactivos de transfección.
Transfección transitoria de células CHO: Este vídeo utiliza ilustraciones para explicar conceptos básicos relativos a los estudios de expresión transitoria en células CHO.

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Publicaciones de investigación interesantes con células CHO

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

Estudio: "Producción rápida y de alto rendimiento de ectodominio de pico de SARS-CoV-2 de longitud completa mediante expresión génica transitoria en células CHO" (2021)
- Propósito: Expresar el ectodominio en espiga del SARS-CoV-2 en células CHO utilizando tres métodos de transfección transitoria para una alta productividad.
- Metodología: Se transfectaron células CHO con plásmidos que codifican el ectodominio de pico de SARS-CoV-2 de longitud completa utilizando tres métodos de transfección transitoria. La expresión proteica se evaluó mediante ELISA y Western blot.
- Principales resultados: Los tres métodos de transfección transitoria mostraron altos niveles de expresión proteica, obteniéndose el mayor rendimiento con el método de la polietilenimina.
Estudio: "Ingeniería de una línea celular CHO estable para la expresión de un antígeno de vacuna contra el MERS-coronavirus" (2018)
- Propósito: Producir antígeno de MERS-coronavirus en células CHO para su uso como futura vacuna candidata.
- Metodología: Se transfectaron células CHO con un plásmido que codifica el antígeno del MERS-coronavirus y se seleccionaron para una expresión estable utilizando geneticina. La expresión proteica se evaluó mediante ELISA y Western blot.
- Principales resultados: La línea celular CHO estable mostró altos niveles de expresión proteica y estabilidad a lo largo de múltiples pasajes.
Estudio: "Actividad citotóxica de ácidos grasos de macroalgas antárticas sobre el crecimiento de células de cáncer de mama humano" (2018)
- Propósito: Utilizar células CHO como control para evaluar la toxicidad de agentes anticancerígenos contra 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.
- Principales resultados: Los ácidos grasos de las macroalgas antárticas no mostraron efectos citotóxicos en las células CHO, lo que sugiere un uso potencial como agente anticancerígeno con selectividad para las células cancerosas.
Estudio: "Knockout of caspase-7 gene improves the expression of recombinant protein in CHO cell line through the cell cycle arrest in G2/M phase" (2022)
- Propósito: Manipular genéticamente células CHO para mejorar la expresión de proteínas recombinantes.
- Metodología: Se eliminó el gen de la caspasa-7 en células CHO mediante la tecnología CRISPR/Cas9 y se evaluó la expresión proteica mediante Western blot y microscopía de fluorescencia.
- Principales resultados: La eliminación del gen de la caspasa-7 en células CHO mejoró la expresión proteica, probablemente debido a la detención del ciclo celular en la fase G2/M causada por la pérdida de caspasa-7.
Estudio: "Desarrollo de una línea celular CHO para la producción estable de anticuerpos recombinantes contra la MMP9 humana" (2015)
- Propósito: Producir anticuerpos monoclonales contra la proteína MMP9 humana en células CHO.
- Metodología: Las células CHO se transfectaron con plásmidos que codifican el anticuerpo contra la MMP9 humana y se seleccionaron para una expresión estable utilizando geneticina. La expresión de la proteína se evaluó mediante ELISA y Western blot.
- Principales resultados: La línea celular CHO estable mostró altos niveles de expresión del anticuerpo y estabilidad a lo largo de múltiples pasajes, lo que sugiere un uso potencial en aplicaciones terapéuticas dirigidas a la MMP9 humana.

Preguntas frecuentes sobre las células CHO

Referencias

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Pan, X., et al., Caracterización metabólica de una fase de aumento de tamaño de células CHO en cultivos de lotes alimentados. Microbiología aplicada y biotecnología, 2017. 101: p. 8101-8313.
Turilova, V.I., T.S. Goryachaya, and T.K. Yakovleva, Chinese hamster ovary cell line DXB-11: chromosomal instability and karyotype heterogeneity. Molecular Cytogenetics, 2021, 14(1): p. 1-12.
Hunter, M., et al., Optimización de la expresión de proteínas en células de mamíferos. Protocolos actuales en la ciencia de las proteínas, 2019. 95(1): p. e77.
Nyon, M.P., et al., Ingeniería de una línea celular CHO estable para la expresión de un antígeno de vacuna contra el MERS-coronavirus. Vaccine, 2018. 36(14): p. 1853-1862.
Pacheco, B.S., et al., Actividad citotóxica de ácidos grasos de macroalgas antárticas sobre el crecimiento de células de cáncer de mama humano. Fronteras en bioingeniería y biotecnología, 2018. 6: p. 185.
Ryu, J., et al., Desarrollo de una línea celular CHO para la producción estable de anticuerpos recombinantes contra MMP9 humana. BMC biotechnology, 2022. 22(1): p. 8.