CHO-rakud biotootmises: rakendused ja uuendused
Hiina hamstri munasarjast pärinev CHO-rakuliin on oma laia rakendusvaldkonna tõttu meditsiini- ja bioloogilise uurimistöö võimsaks mootoriks. See imetajate rakuliin pakub lõputuid võimalusi, alates rekombinantse valgu tootmisest kuni geeniekspressiooni, toksilisuse sõelumise, toitumise ja geneetiliste uuringuteni.
- Kasvukeskkond
- Vaata tootelehte
- Kahekordistumisaeg
- Vaata tootelehte
- Kasvutüüp
- Adherent
- Bioloogiline ohutustase
- BSL-1
- Saadaval
- Cytion — Telli CHO
Meie artikkel süveneb CHO-rakkude põnevasse maailma, uurides, kuidas need rakud on revolutsioneerinud biofarmatseutilist uurimistööd ja sillutanud teed elupäästvatele ravimeetoditele. Valmistuge avastama võimsate CHO-rakkude saladusi ja uurima, kuidas need ajendavad murrangulisi edusamme meditsiinis ja muudes valdkondades! Õpite kõike, mida peate enne alustamist teadma, sealhulgas:
- Mis on CHO-rakuliin?
- CHO-rakud: bioloogiliste ravimite tööstuse esmane valik rekombinantse valgu tootmiseks
- CHO-rakkude uurimise tulevikuväljavaated
- Avastage võimsate CHO-rakkude eelised
- CHO-rakkude peamised omadused
- CHO ja CHO-K1 rakuliinide võrdlus
- Saavutage läbimurdeid meie CHO-rakkudega
- Kümme nõuannet CHO-rakkude kasvatamiseks
- CHO-rakkude protokollid, videod ja viimased publikatsioonid
- Huvitavad teadusartiklid CHO-rakkude kasutamise kohta
- Korduma kippuvad küsimused CHO-rakkude kohta
- Viited
- Korduma kippuvad küsimused
Mis on CHO-rakuliin?
Alates Theodore T. Pucki poolt 1957. aastal loodud hiina hamstri munasarja (CHO) rakkudest on saanud bioloogilise ja meditsiinilise uurimistöö põhikomponent tänu nende kiirele kasvule ja suurele valkude tootmisele. Neid hiina hamstri munasarjast pärinevaid epiteelirakke kasutatakse laialdaselt biotootmises, geneetikas, toksilisuse sõelumisel, toitumise ja geeniekspressiooni uuringutes.
CHO-rakud suudavad toota valke, millel on inimestel leiduvaid sarnaseid posttranslatsionaalseid modifikatsioone (PTM). Neil on ka proliini sünteesi defitsiit ja nad ei ekspresseeri epidermaalse kasvufaktori retseptorit (EGFR), mis teeb need ideaalseks erinevate EGFR-mutatsioonide uurimiseks.
Biotootmises kasutatakse CHO-rakke laialdaselt monoklonaalsete antikehade, rekombinantvalkude ja vaktsiinide tootmiseks. Rohkem kui 60 CHO-rakkudest valmistatud terapeutilist valku on tootmiseks heaks kiidetud ja nende kasutamine laieneb jätkuvalt. Meie artikkel käsitleb CHO-rakkude märkimisväärseid omadusi ja mitmekülgseid rakendusi, rõhutades nende olulist rolli biomeditsiini ja muude valdkondade arengu edendamisel. Valmistuge avastama CHO-rakkude põnevat maailma ja nende võrratut potentsiaali biomeditsiinilistes uuringutes!
CHO-rakud: bioloogiliste ravimite tööstuse esmane valik rekombinantse valgu tootmiseks
Biotehnoloogiatööstuses kasutatakse hiina hamstri munasarja (CHO) rakke sageli selliste bioloogiliste ravimite tootmiseks nagu monoklonaalsed antikehad, rekombinantsed valgud ja vaktsiinid.
Kuigi te seda ehk ei tea, võivad Hiina hamstri munasarja (CHO) rakud olla süüdi, kui olete kunagi läbinud monoklonaalsete antikehade ravi. Neid kohanemisvõimelisi rakke kasutatakse bioloogiliste ravimite tööstuses sageli rekombinantse valgu tootmiseks, mida kasutatakse biomeditsiinilistes uuringutes, diagnostikas ja mitmesugustes ravimites. Valgu-põhiseid ravimeid, mida nimetatakse monoklonaalseteks antikehadeks (mAbs), kasutatakse mitmesuguste haiguste, nagu vähk, autoimmuunhaigused ja nakkushaigused, raviks. Kuna CHO-rakud läbivad inimrakkudega sarnaseid posttranslatsionaalseid modifikatsioone, kasutatakse neid sageli mAb-de tootmiseks. Need modifikatsioonid on vajalikud, et ravimid toimiksid nõuetekohaselt.
Geenitehnoloogia abil loodud valke nimetatakse rekombinantseks valkudeks. Lisaks teadusreaktiividele saab neid kasutada ka ravimite ja diagnostikavahenditena. Kuna CHO-rakud võivad läbida posttranslatsionaalseid modifikatsioone ja neil on keerulised glükosüleerimised, mis sarnanevad inimrakkudes leiduvaile, sobivad need eriti hästi rekombinantvalkude tootmiseks tänu oma kiirele kasvule, kõrgele valkude ekspressioonile ja võimele ekspresseerida suuri valkude koguseid. Saagikusega 3–10 grammi kultuuri liitri kohta on CHO-rakuliin bioloogiliste ravimite valdkonnas murranguline tänu oma võrratule võimele toota ravivalkusid masstootmises. Tänu geneetilisele optimeerimisele, mis suurendab nende võimet toota suuri koguseid rekombinantseid valke, on CHO-rakud nüüd kaasaegse biomeditsiini oluline osa.
Vaktsiinid on bioloogilised ravimid, mida kasutatakse viiruste ja bakterite põhjustatud nakkuste ennetamiseks ja ravimiseks. COVID-19-vastased vaktsiinid kuuluvad CHO-rakkudest valmistatud vaktsiinide hulka. Teadlased on loonud mitmeid tehnikaid, sealhulgas geenitehnoloogia, kasvukeskkonna optimeerimise ja protsessiarenduse, et parandada CHO-rakkude toimivust bioloogiliste ravimite tootmisel. Need tehnikad on viinud kõrge saagikusega ja madala kuluga kultuurisüsteemide loomiseni bioloogiliste ravimite tootmiseks CHO-rakkude abil. CHO-rakkude laiaulatuslikud rakendusalad hõlmavad:
CHO-rakud bioloogiliste ravimite tootmises
CHO-rakke kasutatakse mitmesuguste bioteraapiliste ravimite tootmiseks, sealhulgas rekombinantseid valke ja monoklonaalseid antikehi, mida kasutatakse selliste haiguste raviks nagu vähk, autoimmuunhaigused ja nakkushaigused. CHO-rakkude kasutuselevõtt bioloogiliste ravimite tootmises on suuresti tingitud nende võimest teostada inimrakkudega sarnaseid posttranslatsionaalseid modifikatsioone, mis teeb neist ideaalsed imetajate peremeesrakud inimese organismiga ühilduvate terapeutiliste valkude tootmiseks. CHO pererakkude valkude profiilide põhjalik mõistmine ja pererakkude valkude ELISA-meetodite rakendamine on olulised CHO-rakkude süsteemides toodetavate bioloogiliste ravimite puhtuse ja ohutuse tagamiseks. Selle tulemusena on CHO-rakud kindlustanud oma positsiooni mitmeotstarbelise platvormina biotehnoloogiatööstuses.
Edusammud CHO-rakkudel põhinevas antikehade tootmises
CHO-rakke kasutatakse laialdaselt monoklonaalsete antikehade tootmisel, mis on revolutsioneerinud biomeditsiini valdkonna, pakkudes sihtotstarbelisi ravimeetodeid erinevate haiguste jaoks. CHO-rakud on saanud rekombinantse antikeha ekspressiooni ja valkteraapiate tootmise nurgakiviks tänu nende võimele inimvalkusid õigesti kokku voltida, kokku panna ja modifitseerida. CHO-rakkudel põhinev antikehade tootmine on arenenud koos rakukultuuri tehnikate ja CHO-rakkude inseneriteaduse täiustumisega, mille tulemusena on saadud kõrgekvaliteedilised CHO-rakud, mis on bioloogiliste ravimite arendamisel otsustava tähtsusega. Antikehade tootmise efektiivsuse suurendamiseks on CHO-rakusüsteemide optimeerimiseks rakendatud terviklikke biotehnoloogilisi lähenemisviise, sealhulgas DNA-tehnoloogiat ja keerukaid rakukultuuri meetodeid.
Molekulaarbioloogia ja CHO-rakkude inseneriteadus
Molekulaarbioloogia tehnikate ühendamine CHO-rakkude kasvatamisega on viinud transgeensete CHO-rakuliinide loomiseni ja hiina hamstri rakkude mutatsioonide manipuleerimiseni soovitud omaduste saavutamiseks. Need edusammud rakutehnoloogias ja DNA-tehnoloogias on hõlbustanud selliste CHO-rakkude arendamist, mis suudavad toota spetsiifilisi rekombinantseid valke suure efektiivsusega. Eukarüootsete rakkude, sealhulgas CHO- ja HeLa-rakkude kultiveerimise meetodite uurimine on aidanud paremini mõista rakulisi mehhanisme ja optimeerida imetajate rakukultuure terapeutiliste valkude tootmiseks.
Aga see pole veel kõik! CHO-rakkudel on biomeditsiinilises uurimistöös veel muidki huvitavaid rakendusi, sealhulgas:
- Toksilisuse sõelumine: CHO-rakke kasutatakse ravimite, sealhulgas vähivastaste ja viirusevastaste ravimite toksilisuse hindamiseks. Näiteks uuriti ühes uuringus Antarktikast pärit mikrovetikate rasvhapete rinnavähivastast spetsiifilist toimet, kasutades CHO-rakke kontrollrakuliinina.
- Geeni ekspressioon: CHO-rakke kasutatakse geenide stabiilseks ja ajutiseks ekspresseerimiseks geenifunktsiooni uuringutes või sihtvalgu tootmisel. Geeni redigeerimise vahendeid kasutatakse geenide knock-in- ja knockout-mudelite arendamiseks CHO-rakuliinides.
CHO-rakkude uurimise tulevikuväljavaated
CHO-rakkude süsteemide alane jätkuv uurimis- ja arendustöö keskendub nende rakkude efektiivsuse ja mitmekülgsuse suurendamisele bioloogiliste ravimite tootmises. Kuna CHO-rakud jäävad rekombinantse valgu ravimite valdkonnas esirinnas, on nende roll meditsiini ja biotehnoloogia tulevikus märkimisväärne, lubades uusi edusamme antikehade arendamisel ja elupäästvate ravimite tootmisel.
Avasta võimsate CHO-rakkude eelised
Siin on mõned CHO-rakuliini peamised eelised, mis muudavad selle atraktiivseks uurimisvahendiks.
- Lihtne kasvatada: CHO-rakuliini kasvatamisprotseduurid ja -tingimused ei ole keerulised. Need rakud on vastupidavad ja taluvad erinevaid temperatuuri- ja pH-muutusi. Seetõttu sobivad nad ideaalselt suuremahuliseks kasvatamiseks.
- Posttranslatsioonilised modifikatsioonid: Need rakud on sarnased inimrakkudega ja suudavad tekitada sarnaseid posttranslatsioonilisi modifikatsioone. Seega saab CHO-rakke kasutada bioloogiliselt sobivate bioloogiliste toodete tootmiseks, millel on suurepärane farmakoloogiline toime.
- Kõrge tootlikkus: CHO-rakke kasutatakse laialdaselt rekombinantse valgu suure saagikuse saavutamiseks. CHO-rakuliini geneetiline optimeerimine on andnud tulemuseks ligikaudu 3–10 grammi valku kultuuri liitri kohta.
- Geeni ekspressioon: CHO-rakke on lihtne transfekteerida; seetõttu kasutatakse neid sageli ajutise ja stabiilse ekspressiooni uuringutes. Lisaks kasutatakse paljusid geneetilisi vahendeid, et arendada CHO-rakuliini abil geeni knock-in- ja knockout-mudeleid.
- Valitsuse heakskiidud: CHO-rakke on kasutatud ligi 50 bioteraapias, mis on heaks kiidetud USAs ja ELis.
- Madal viirusetundlikkus: Hamstri päritolu tõttu on inimviiruste leviku risk vähenenud, mis vähendab tootmiskadusid ja suurendab bioloogilist ohutust.
CHO-rakkude peamised omadused
Morfoloogia: CHO-rakud on epiteelrakkudele sarnased, pikliku ja fibroblastidele sarnase kujuga. Need on adhesiivsed ja kasvavad tavaliselt monokihina.
Raku suurus: CHO-rakkude keskmine läbimõõt on 12–14 μm.
Geenivaramu ja ploidsus: CHO-rakud on aneuploidsed, neil on 21 kromosoomi, mis erineb hiina hamstri euploidsest kromosoomide arvust. CHO-rakkude kariotüübi iseloomustavad mitmed struktuurilised ümberkorraldused, sealhulgas kromosoomi 2 ja X-kromosoomi materjali osaline kadu.
CHO ja CHO-K1 rakuliinide võrdlus
Alates algse CHO rakuliini avaldamisest 1956. aastal on selle erinevateks otstarveteks loodud palju variatsioone. CHO-K1 loodi 1957. aastal ühest CHO-rakkude kloonist ning CHO-DXB11 (tuntud ka kui CHO-DUKX) loodi seejärel etüülmetansulfonaadiga mutageneesi teel. Nende kasulikkus oli aga piiratud, kuna mutageneerimisel taastus nende DHFR-aktiivsus. Hiljem mutageneeriti CHO-rakke gammakiirgusega, et saada CHO-DG44, milles mõlemad DHFR-alleelid olid täielikult kõrvaldatud. Need DHFR-defitsiitsed tüved vajavad kasvamiseks glütsiini, hüpoksantiini ja tümiini ning neid kasutatakse laialdaselt tööstuslikuks valkude tootmiseks. Sellest ajast peale on populaarsust kogunud ka muud selektsioonisüsteemid ning on näidatud, et sellised pererakud nagu CHO-K1, CHO-S ja CHO-Pro minus toodavad valke suurtes kogustes. Geneetilise ebastabiilsuse tõttu kasvatatakse neid rakuliine sageli loomseid komponente mittesisaldavates või keemiliselt määratletud keskkondades suspensioonikultuuri bioreaktorites. Arutati ka CHO-rakkude geneetika ja kloonide saamise keerukust.
Avage läbimurded meie CHO rakkudega
Kümme nõuannet CHO-rakkude kasvatamiseks
- CHO-rakuliin on hooldusvaene rakuliin, mida on lihtne kasvatada.
- CHO-rakkudel on kiire populatsiooni kahekordistumisaeg, mis on 14–17 tundi.
- CHO-rakud on adhesiivsed ja kasvavad monokihina või neid saab kohandada kasvama suspensioonis.
- Subkultiveerige CHO-rakke 80–90% konfluentsusega, kasutades Accutase'i.
- Külvake CHO-rakke tihedusega 1 x 104 rakku/cm2, et saada konfluentne monokihiline kude umbes 4 päeva jooksul.
- Optimaalseks kasvatamiseks kasutage 50:50 DMEM-i ja Ham's F12 segu, millele on lisatud 5% FBS-i ja L-glutamiini.
- Vahetage kasvukeskkonda 2–3 korda nädalas.
- Kultiveerige CHO-rakke niisutatud inkubaatoris, millele on lisatud 5% CO2-gaasi, temperatuuril 37 °C.
- Säilitage CHO-rakke vedela lämmastiku aurust või vedelal kujul (-196 °C).
- Järgige CHO-rakuliini käitlemisel ja kasvatamisel bioloogilise ohutuse 1. taseme juhendit.
Protokollid, videod ja viimased publikatsioonid CHO-rakkude kohta
Siin on mõned suurepärased allikad, kust saate teavet CHO-rakuliini kasvatamise ja hooldamise kohta.
- Põhjalik CHO-rakkude rakukultuuri protokoll: see link aitab teil õppida kõike CHO-rakkude subkultiveerimise ja transfektsiooni kohta.
- CHO-rakud: see veebileht pakub põhiteavet CHO-rakuliini rakukultuuri kohta, sealhulgas rakkude jagamise, säilitamise, külmutamise ja sulatamise jms kohta.
- CHO-rakkude sulatamine: see video näitab näidisprotokolli külmutatud CHO-rakkude sulatamiseks.
Transfektsiooniprotokollid CHO-rakuliinile
CHO-rakud sobivad hästi nii geenide ajutiseks kui ka püsivaks transfektsiooniks. Siin on mõned allikad, mis pakuvad kasulikku teavet CHO-rakuliini transfektsiooniprotokollide kohta.
- CHO-rakkude transfektsioon: See avaldatud artikkel pakub ajutise transfektsiooni protokolli CHO-rakuliini jaoks, kasutades lineaarset polüetüleenimiini (PEI).
- CHO-rakkude transfektsioonimeetodid: See artikkel selgitab erinevaid strateegiaid CHO-rakuliinide tõhusaks transfektsiooniks, kasutades erinevaid transfektsioonireaktiive.
- CHO-rakkude ajutine transfektsioon: selles videos selgitatakse illustratsioonide abil CHO-rakkude ajutise ekspressiooni uuringute põhimõtteid.
Huvitavad teaduspublikatsioonid, milles on kasutatud CHO-rakke
Järgnevalt on esitatud kokkuvõtted erinevatest uuringutest, milles on kasutatud CHO-rakke:
Uuring: „SARS-CoV-2 täispika spike-ekto domeeni kiire ja suure saagikusega tootmine CHO-rakkudes ajutise geeniekspressiooni abil” (2021)
- Eesmärk: SARS-CoV-2 spike-ekto domeeni ekspresseerimine CHO-rakkudes, kasutades kolme ajutist transfektsioonimeetodit suure tootlikkuse saavutamiseks.
- Metoodika: CHO-rakke transfekteeriti täispikkuse SARS-CoV-2 spike-ekto domeeni kodeerivate plasmiididega, kasutades kolme ajutist transfektsioonimeetodit. Valgu ekspressiooni hinnati ELISA ja Western blot meetoditega.
- Peamised tulemused: Kõik kolm ajutist transfektsioonimeetodit näitasid kõrget valgu ekspressiooni taset, kusjuures suurim saagis saadi polüetüleenimiini meetodiga.
Uuring: „Stabiilse CHO-rakuliini loomine MERS-koronaviiruse vaktsiini antigeeni ekspressiooniks” (2018)
- Eesmärk: Toota CHO-rakkudes MERS-koronaviiruse antigeeni kasutamiseks tulevase vaktsiini kandidaadina.
- Metoodika: CHO-rakke transfekteeriti MERS-koronaviiruse antigeeni kodeeriva plasmiidiga ja valiti stabiilse ekspressiooni saavutamiseks välja geneetilise aine abil. Valgu ekspressiooni hinnati ELISA ja Western blot meetoditega.
- Peamised tulemused: Stabiilne CHO-rakuliin näitas kõrget valgu ekspressiooni taset ja stabiilsust mitme passaaži jooksul.
Uuring: „Antarktika makrovetikate rasvhapete tsütotoksiline toime inimese rinnavähi rakkude kasvule“ (2018)
- Eesmärk: Kasutada CHO-rakke kontrollina, et hinnata vähivastaste ravimite toksilisust normaalrakkude suhtes.
- Metoodika: CHO-rakke kultiveeriti ja töödeldi Antarktika makrovetikate rasvhapetega ning rakkude eluvõimelisust hinnati MTT-analüüsi abil.
- Peamised tulemused: Antarktika makrovetikate rasvhapped ei avaldanud CHO-rakkudele tsütotoksilist mõju, mis viitab nende potentsiaalsele kasutamisele vähivastase ainena, mis on selektiivne vähirakkude suhtes.
Uuring: „Kaspase-7 geeni knock-out parandab rekombinantse valgu ekspressiooni CHO-rakuliinis G2/M-faasi rakutsükli peatamise kaudu“ (2022)
- Eesmärk: Geneetiliselt manipuleerida CHO-rakke, et parandada rekombinantse valgu ekspressiooni.
- Metoodika: Caspase-7 geeni knock-out tehti CHO-rakkudes CRISPR/Cas9 tehnoloogia abil ning valgu ekspressiooni hinnati Western blot ja fluorestsentsmikroskoopia abil.
- Peamised tulemused: Caspase-7 geeni knock-out CHO-rakkudes parandas valgu ekspressiooni, tõenäoliselt tänu caspase-7 kaotusest tingitud G2/M faasi rakutsükli peatamisele.
Uuring: „CHO-rakuliini arendamine inimese MMP9-vastaste rekombinantse antikehade stabiilseks tootmiseks” (2015)
- Eesmärk: Toota CHO-rakkudes monoklonaalseid antikehi inimese MMP9-valgu vastu.
- Metoodika: CHO-rakke transfekteeriti plasmiididega, mis kodeerivad inimese MMP9-vastast antikeha, ja valiti stabiilse ekspressiooni saavutamiseks välja geneetilise aine abil. Valgu ekspressiooni hinnati ELISA ja Western bloti abil.
- Peamised tulemused: Stabiilne CHO-rakuliin näitas kõrget antikeha ekspressiooni taset ja stabiilsust mitme passaaži jooksul, mis viitab potentsiaalsele kasutusele inimese MMP9-le suunatud terapeutilistes rakendustes.
Korduma kippuvad küsimused CHO rakkude kohta
Viited
- Reinhart, D. jt, Rekombinantse CHO-K1, CHO-DG44 ja CHO-S bioprotsessid: CHO ekspressioonikandjad soodustavad kas monoklonaalsete antikehade tootmist või biomassi sünteesi. Biotechnology journal, 2019. 14(3): lk 1700686.
- Pan, X. jt, CHO-rakkude suurenemise faasi metaboolne iseloomustus fed-batch-kultuurides. Applied microbiology and biotechnology, 2017. 101: lk 8101–8313.
- Turilova, V.I., T.S. Goryachaya ja T.K. Yakovleva, Hiina hamstri munasarja rakuliin DXB-11: kromosoomide ebastabiilsus ja kariotüübi heterogeensus. Molekulaarne tsütogeneetika, 2021, 14(1): lk 1–12.
- Hunter, M. jt, valkude ekspressiooni optimeerimine imetajate rakkudes. Current protocols in protein science, 2019. 95(1): lk e77.
- Nyon, M.P. jt, Stabiilse CHO-rakuliini loomine MERS-koronaviiruse vaktsiini antigeeni ekspressiooniks. Vaccine, 2018. 36(14): lk 1853–1862.
- Pacheco, B.S. jt, Antarktika makrovetikate rasvhapete tsütotoksiline toime inimese rinnavähi rakkude kasvule. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6: lk 185.
- Ryu, J. jt, CHO-rakuliini arendamine inimese MMP9-vastaste rekombinantse antikehade stabiilseks tootmiseks. BMC biotechnology, 2022. 22(1): lk 8.

