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Les cellules CHO dans la bioproduction : applications et innovations

Issue de l'ovaire d'un hamster chinois, la lignée cellulaire CHO est un pilier de la recherche médicale et biologique grâce à son large éventail d'applications. Cette lignée cellulaire mammifère offre des possibilités infinies, allant de la production de protéines recombinantes à l'expression génique, en passant par le criblage de toxicité, la nutrition et les études génétiques.

📋 Lignée cellulaire CHO — En bref
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BSL-1

Notre article plonge dans le monde fascinant des cellules CHO, en explorant comment ces cellules ont révolutionné la recherche biopharmaceutique et ouvert la voie à des thérapies qui sauvent des vies. Préparez-vous à percer les secrets des puissantes cellules CHO et à découvrir comment elles sont à l'origine d'avancées révolutionnaires en médecine et au-delà ! Vous apprendrez tout ce que vous devez savoir avant de vous lancer, notamment :

Qu'est-ce que la lignée cellulaire CHO ?

Depuis leur création en 1957 par Theodore T. Puck, les cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO) sont devenues un élément incontournable de la recherche biologique et médicale en raison de leur croissance rapide et de leur forte production de protéines. Ces cellules épithéliales, issues de l'ovaire du hamster chinois, sont largement utilisées dans la biofabrication, la génétique, le criblage de toxicité, la nutrition et les études sur l'expression génique.

Les cellules CHO peuvent produire des protéines présentant des modifications post-traductionnelles (PTM) similaires à celles observées chez l'être humain. Elles présentent également un déficit en synthèse de proline et n'expriment pas le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR), ce qui les rend idéales pour l'étude de diverses mutations de l'EGFR.

En biofabrication, les cellules CHO sont largement utilisées pour la production d'anticorps monoclonaux, de protéines recombinantes et de vaccins. Plus de 60 protéines thérapeutiques produites à partir de cellules CHO ont été approuvées pour la production, et leur utilisation ne cesse de se développer. Notre article examine les propriétés remarquables et les applications variées des cellules CHO, en soulignant leur rôle crucial dans les avancées de la biomédecine et au-delà. Préparez-vous à explorer le monde fascinant des cellules CHO et à découvrir leur potentiel inégalé dans la recherche biomédicale !

Chinese hamster

Les cellules CHO : la référence de l'industrie biopharmaceutique pour la production de protéines recombinantes

Dans l'industrie biotechnologique, les cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO) sont fréquemment utilisées pour créer des produits biopharmaceutiques tels que des anticorps monoclonaux, des protéines recombinantes et des vaccins.

Même si vous n'en avez peut-être pas conscience, les cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO) sont probablement en cause si vous avez déjà suivi un traitement par anticorps monoclonaux. Ces cellules adaptables sont fréquemment utilisées par l'industrie biopharmaceutique pour produire des protéines recombinantes utilisées dans la recherche biomédicale, le diagnostic et divers traitements thérapeutiques. Les traitements à base de protéines appelés anticorps monoclonaux (mAbs) sont utilisés pour traiter diverses maladies, telles que le cancer, les maladies auto-immunes et les maladies infectieuses. Comme elles subissent des modifications post-traductionnelles similaires à celles observées dans les cellules humaines, les cellules CHO sont fréquemment utilisées pour fabriquer des mAbs. Ces modifications sont nécessaires au bon fonctionnement de ces traitements.

Les protéines créées par génie génétique sont appelées protéines recombinantes. Outre leur utilisation comme réactifs de recherche, elles peuvent également servir de traitements et de diagnostics. Comme elles peuvent subir des modifications post-traductionnelles et présentent des glycosylations complexes similaires à celles observées dans les cellules humaines, les cellules CHO sont particulièrement bien adaptées à la production de protéines recombinantes en raison de leur croissance rapide, de leur forte expression protéique et de leur capacité à produire de grandes quantités de protéines. Avec des rendements allant de 3 à 10 grammes par litre de culture, la lignée cellulaire CHO change la donne dans le domaine des produits biopharmaceutiques grâce à sa capacité inégalée à produire en masse des protéines thérapeutiques. Les cellules CHO constituent désormais un élément essentiel de la biomédecine contemporaine grâce à l'optimisation génétique, qui augmente leur capacité à produire de grandes quantités de protéines recombinantes.

Les vaccins sont des produits biopharmaceutiques utilisés pour prévenir et traiter les infections causées par des virus et des bactéries. Les vaccins contre la COVID-19 font partie de ceux fabriqués à partir de cellules CHO. Les scientifiques ont mis au point un certain nombre de techniques, notamment le génie génétique, l'optimisation des milieux de culture et le développement de procédés, afin d'améliorer les performances des cellules CHO dans la production de produits biopharmaceutiques. Ces techniques ont permis de créer des systèmes de culture à haut rendement et à faible coût pour la production de produits biopharmaceutiques à partir de cellules CHO. Le large éventail d'applications des cellules CHO comprend :

Site de production pharmaceutique.

Les cellules CHO dans la production biopharmaceutique

Les cellules CHO sont utilisées pour produire divers produits biothérapeutiques, notamment des protéines recombinantes et des anticorps monoclonaux utilisés dans le traitement de maladies telles que le cancer, les troubles auto-immuns et les maladies infectieuses. L'adoption des cellules CHO dans les produits biopharmaceutiques est largement due à leur capacité à effectuer des modifications post-traductionnelles similaires à celles des cellules humaines, ce qui en fait des hôtes mammifères idéaux pour la production de protéines thérapeutiques compatibles avec l'être humain. La compréhension approfondie des profils protéiques des cellules hôtes CHO et la mise en œuvre de techniques ELISA pour les protéines des cellules hôtes sont essentielles pour garantir la pureté et la sécurité des produits biopharmaceutiques fabriqués dans des systèmes de cellules CHO. En conséquence, les cellules CHO ont consolidé leur position en tant que plateforme multifonctionnelle dans l'industrie biotechnologique.

Progrès dans la production d'anticorps à partir de cellules CHO

Les cellules CHO sont largement utilisées dans la production d'anticorps monoclonaux, qui ont révolutionné le domaine de la biomédecine en offrant des thérapies ciblées pour diverses maladies. Les cellules CHO sont devenues la pierre angulaire de l'expression d'anticorps recombinants et de la production de protéines thérapeutiques grâce à leur capacité à replier, assembler et modifier correctement les protéines humaines. La production d'anticorps à partir de cellules CHO a évolué grâce aux améliorations apportées aux techniques de culture cellulaire et à l'ingénierie des cellules CHO, ce qui a permis d'obtenir des cellules CHO de haute qualité, essentielles au développement de produits biopharmaceutiques. Des approches biotechnologiques globales, incluant la technologie de l'ADN et des méthodes sophistiquées de culture cellulaire, ont été mises en œuvre pour optimiser les systèmes de cellules CHO afin d'accroître l'efficacité de la production d'anticorps.

Biologie moléculaire et ingénierie des cellules CHO

La fusion des techniques de biologie moléculaire avec la culture de cellules CHO a conduit à la création de lignées cellulaires CHO transgéniques et à la manipulation de mutants de cellules de hamster chinois afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées. Ces avancées en ingénierie cellulaire et en technologie de l'ADN ont facilité le développement de cellules CHO capables de produire des protéines recombinantes spécifiques avec une grande efficacité. L'exploration des approches de culture de cellules eucaryotes, notamment les cellules CHO et HeLa, a contribué à une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et à l'optimisation des cultures de cellules mammifères pour la production de protéines thérapeutiques.

Mais ce n'est pas tout ! Les cellules CHO ont d'autres applications fascinantes dans la recherche biomédicale, notamment :

  • Criblage de toxicité : les cellules CHO sont utilisées pour évaluer la toxicité des médicaments, notamment des agents thérapeutiques anticancéreux et antiviraux. Par exemple, une étude a exploré l'activité spécifique anti-cancer du sein des acides gras dérivés de microalgues antarctiques en utilisant des cellules CHO comme lignée cellulaire témoin.
  • Expression génique : les cellules CHO sont utilisées pour exprimer de manière stable et transitoire des gènes dans le cadre d'études sur la fonction des gènes ou de la production ciblée de protéines. Des outils d'édition génétique sont utilisés pour développer des modèles de knock-in et de knockout dans des lignées cellulaires CHO.

Perspectives d'avenir de la recherche sur les cellules CHO

La recherche et le développement en cours sur les systèmes de cellules CHO visent à améliorer l'efficacité et la polyvalence de ces cellules dans la production biopharmaceutique. Les cellules CHO restant à la pointe des thérapies à base de protéines recombinantes, leur rôle dans l'avenir de la médecine et de la biotechnologie est considérable, laissant entrevoir de nouvelles avancées prometteuses dans le développement d'anticorps et la production de traitements vitaux.

Découvrez les avantages des puissantes cellules CHO

Voici quelques avantages clés de la lignée cellulaire CHO qui en font un outil de recherche attrayant.

  1. Facilité de culture : les procédures et les conditions de culture de la lignée cellulaire CHO ne sont pas complexes. Ces cellules sont résistantes et capables de tolérer des variations de température et de pH. Elles sont donc idéales pour la culture à grande échelle.
  2. Modifications post-traductionnelles : ces cellules sont similaires aux cellules humaines et capables de produire des modifications post-traductionnelles similaires. Ainsi, les cellules CHO peuvent être utilisées pour produire des produits biologiques biocompatibles dotés d'une excellente activité pharmaceutique.
  3. Haute productivité : les cellules CHO sont largement utilisées pour produire des rendements élevés de protéines recombinantes. L'optimisation génétique de la lignée cellulaire CHO a permis d'obtenir environ 3 à 10 grammes de protéines par litre de culture.
  4. Expression génique : les cellules CHO sont faciles à transfectier ; elles sont donc fréquemment utilisées pour des études d'expression transitoire et stable. De plus, de nombreux outils génétiques sont utilisés pour développer des modèles de knock-in et de knockout à l'aide de la lignée cellulaire CHO.
  5. Autorisations gouvernementales : les cellules CHO ont été utilisées dans près de 50 produits biothérapeutiques approuvés aux États-Unis et dans l'Union européenne.
  6. Faible sensibilité aux virus : en raison de leur origine hamster, le risque de propagation de virus humains est réduit, ce qui diminue les pertes de production et renforce la biosécurité.

Caractéristiques principales des cellules CHO

  • Morphologie : les cellules CHO présentent un aspect épithélial, avec une forme allongée et semblable à celle des fibroblastes. Elles sont adhérentes et se développent généralement en monocouches.

  • Taille cellulaire : le diamètre moyen des cellules CHO se situe entre 12 et 14 μm.

  • Génome et ploïdie : les cellules CHO sont aneuploïdes et possèdent 21 chromosomes, ce qui diffère du nombre de chromosomes euploïdes que l'on trouve chez le hamster chinois. Le caryotype des cellules CHO se caractérise par de multiples réarrangements structurels, notamment la perte partielle du chromosome 2 et du matériel chromosomique X. 

CHO cells mid confluent and at a high confluency

Images microscopiques de cellules CHO : à forte densité (à gauche) et à environ 50 % de densité (à droite).

Comparaison entre les lignées cellulaires CHO et CHO-K1

Depuis la description de la lignée cellulaire CHO originale en 1956, de nombreuses variantes de cette lignée ont été créées à des fins diverses. La lignée CHO-K1 a été générée à partir d'un clone unique de cellules CHO en 1957, et la lignée CHO-DXB11 (également connue sous le nom de CHO-DUKX) a ensuite été obtenue par mutagenèse à l'aide d'éthylméthanesulfonate. Cependant, leur utilité était limitée en raison de leur capacité à retrouver une activité DHFR lorsqu'elles étaient mutagénisées. Plus tard, des cellules CHO ont été mutagénisées par rayonnement gamma pour produire la lignée CHO-DG44, dans laquelle les deux allèles DHFR ont été entièrement éliminés. Ces souches déficientes en DHFR ont besoin de glycine, d'hypoxanthine et de thymidine pour se développer et sont largement utilisées pour la production industrielle de protéines. D'autres systèmes de sélection se sont depuis imposés, et il a été démontré que des cellules hôtes telles que CHO-K1, CHO-S et CHO-Pro minus produisaient des niveaux élevés de protéines. En raison de leur instabilité génétique, ces lignées cellulaires sont souvent cultivées dans des milieux sans composants d'origine animale ou chimiquement définis, dans des bioréacteurs de culture en suspension. Les complexités de la génétique des cellules CHO et de la dérivation clonale ont également été abordées.

Des percées grâce à nos cellules CHO

Dix conseils pour la culture des cellules CHO

  1. La lignée cellulaire CHO est une lignée cellulaire nécessitant peu d'entretien et facile à cultiver.
  2. Les cellules CHO ont un temps de doublement de population rapide, compris entre 14 et 17 heures.
  3. Les cellules CHO sont adhérentes et se développent en monocouches, mais peuvent également être adaptées pour se développer en suspension.
  4. Effectuez une sous-culture des cellules CHO à une densité de 80 à 90 % à l'aide d'Accutase.
  5. Ensemencez les cellules CHO à une densité de 1 x 10⁴ cellules/cm² pour obtenir une monocouche confluente en environ 4 jours.
  6. Pour une culture optimale, utilisez un mélange 50/50 de DMEM et de Ham's F12, complété par 5 % de FBS et de L-glutamine.
  7. Renouvelez le milieu de culture 2 à 3 fois par semaine.
  8. Cultiver les cellules CHO dans un incubateur humidifié, enrichi en 5 % de CO₂ à 37 °C.
  9. Conservez les cellules CHO en phase vapeur ou liquide d'azote liquide (-196 °C).
  10. Respectez les directives de niveau de biosécurité 1 pour la manipulation et la culture de la lignée cellulaire CHO.

Protocoles, vidéos et publications récentes sur les cellules CHO

Voici quelques excellentes ressources à consulter pour en savoir plus sur la culture et la maintenance de la lignée cellulaire CHO.

  1. Un protocole complet de culture cellulaire sur les cellules CHO : ce lien vous aidera à tout savoir sur la sous-culture et la transfection des cellules CHO.
  2. Cellules CHO : ce site fournit des informations de base sur la culture cellulaire de la lignée cellulaire CHO, notamment sur la division, la conservation, la congélation et la décongélation des cellules, etc.
  3. Décongélation des cellules CHO : cette vidéo présente un protocole de décongélation exemplaire pour les cellules CHO congelées.

Protocoles de transfection pour la lignée cellulaire CHO

Les cellules CHO se prêtent très bien à la transfection transitoire et stable de gènes. Voici quelques ressources fournissant des informations utiles sur les protocoles de transfection de la lignée cellulaire CHO.

430,00 €*

Contenu : 1.5 milliliter

Prix hors taxes plus frais d'expédition

cryovial
Numéro de produit : 603479

Publications de recherche intéressantes utilisant des cellules CHO

Voici des résumés de diverses études ayant utilisé des cellules CHO :

  1. Étude : « Production rapide et à haut rendement de l'ectodomaine complet de la protéine Spike du SARS-CoV-2 par expression génique transitoire dans des cellules CHO » (2021)

    • Objectif : Exprimer l'ectodomaine de la protéine Spike du SARS-CoV-2 dans des cellules CHO à l'aide de trois méthodes de transfection transitoire pour obtenir un rendement élevé.
    • Méthodologie : Des cellules CHO ont été transfectées avec des plasmides codant pour l'ectodomaine complet de la protéine Spike du SARS-CoV-2 à l'aide de trois méthodes de transfection transitoire. L'expression protéique a été évaluée par ELISA et Western blot.
    • Principaux résultats : Les trois méthodes de transfection transitoire ont montré des niveaux élevés d'expression protéique, le rendement le plus élevé ayant été obtenu par la méthode à la polyéthylèneimine.

  2. Étude : « Ingénierie d'une lignée cellulaire CHO stable pour l'expression d'un antigène vaccinal contre le coronavirus du MERS » (2018)

    • Objectif : Produire l'antigène du coronavirus MERS dans des cellules CHO en vue d'une utilisation comme futur candidat-vaccin.
    • Méthodologie : Les cellules CHO ont été transfectées avec un plasmide codant pour l'antigène du coronavirus MERS et sélectionnées pour une expression stable à l'aide de la généticine. L'expression protéique a été évaluée par ELISA et Western blot.
    • Principaux résultats : La lignée cellulaire CHO stable a présenté des niveaux élevés d'expression protéique et une bonne stabilité au cours de multiples passages.

  3. Étude : « Activité cytotoxique des acides gras issus de macroalgues antarctiques sur la croissance de cellules cancéreuses du sein humain » (2018)

    • Objectif : Utiliser des cellules CHO comme contrôle pour évaluer la toxicité d'agents anticancéreux sur des cellules normales.
    • Méthodologie : Des cellules CHO ont été cultivées et traitées avec des acides gras issus de macroalgues antarctiques, et la viabilité cellulaire a été évaluée à l'aide du test MTT.
    • Principaux résultats : Les acides gras issus de macroalgues antarctiques n'ont montré aucun effet cytotoxique sur les cellules CHO, ce qui suggère une utilisation potentielle en tant qu'agent anticancéreux sélectif pour les cellules cancéreuses.

  4. Étude : « L'inactivation du gène de la caspase-7 améliore l'expression de la protéine recombinante dans la lignée cellulaire CHO grâce à l'arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M » (2022)

    • Objectif : Manipuler génétiquement des cellules CHO afin d'améliorer l'expression de protéines recombinantes.
    • Méthodologie : Le gène de la caspase-7 a été inactivé dans des cellules CHO à l'aide de la technologie CRISPR/Cas9, et l'expression protéique a été évaluée par Western blot et microscopie à fluorescence.
    • Principaux résultats : L'inactivation du gène de la caspase-7 dans les cellules CHO a entraîné une amélioration de l'expression des protéines, probablement due à l'arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M provoqué par la perte de la caspase-7.

  5. Étude : « Développement d'une lignée cellulaire CHO pour la production stable d'anticorps recombinants contre la MMP9 humaine » (2015)

    • Objectif : Produire des anticorps monoclonaux dirigés contre la protéine MMP9 humaine dans des cellules CHO.
    • Méthodologie : Les cellules CHO ont été transfectées avec des plasmides codant pour l'anticorps dirigé contre la MMP9 humaine et sélectionnées pour une expression stable à l'aide de la généticine. L'expression protéique a été évaluée par ELISA et Western blot.
    • Principaux résultats : La lignée cellulaire CHO stable a présenté des niveaux élevés d'expression d'anticorps et une bonne stabilité sur plusieurs passages, ce qui suggère une utilisation potentielle dans des applications thérapeutiques ciblant la MMP9 humaine.

Questions fréquemment posées sur les cellules CHO

Les cellules CHO (Chinese Hamster Ovary) sont un type de lignée cellulaire dérivée de l'ovaire du hamster chinois. Elles sont largement utilisées dans la recherche biologique et médicale à diverses fins, notamment la production de protéines recombinantes, l'étude de la fonction des gènes et le développement de médicaments thérapeutiques.
Les cellules CHO sont préférées pour la production de protéines en raison de leur capacité à effectuer des modifications post-traductionnelles similaires à celles des cellules humaines. Les protéines produites par les cellules CHO sont donc plus susceptibles d'être similaires aux protéines humaines en termes de structure et de fonction, ce qui est important pour les applications thérapeutiques.
Les cellules CHO se prêtent à la transfection, le processus d'introduction d'ADN étranger dans les cellules, car elles absorbent et expriment facilement les gènes étrangers. Elles sont donc idéales pour les études d'expression génétique et la production de protéines recombinantes.
Les cellules CHO sont couramment utilisées pour la production d'anticorps car elles peuvent être modifiées pour produire des niveaux élevés d'anticorps et effectuer des modifications post-traductionnelles de type humain, ce qui garantit que les anticorps sont fonctionnels et moins susceptibles d'être reconnus comme étrangers par le système immunitaire humain.
Les cellules CHO sont importantes dans la recherche biotechnologique et pharmaceutique en raison de leur polyvalence dans l'expression d'une large gamme de protéines, de leur compatibilité avec le traitement des protéines humaines et de leur évolutivité dans les processus de production, ce qui en fait une pierre angulaire dans le développement de produits biopharmaceutiques.
Les cellules CHO sont devenues courantes en raison de leur génétique stable, de leur facilité de culture, de leur productivité élevée et de leur capacité à reproduire avec précision les modifications des protéines humaines, ce qui en fait un choix fiable et efficace pour la production de protéines à l'échelle industrielle.
Les cellules CHO produisent du lactate en tant que sous-produit de la glycolyse anaérobie, une voie métabolique qui fournit de l'énergie dans des conditions de faible teneur en oxygène ou lorsque la demande d'énergie dépasse la capacité de la phosphorylation oxydative. La production de lactate est également influencée par l'ingénierie métabolique des cellules afin d'optimiser les taux de croissance et de production.
Les avantages des cellules CHO sont leur capacité à effectuer des modifications post-traductionnelles complexes, leur grande évolutivité et leur robustesse dans diverses conditions de culture. Parmi les inconvénients, on peut citer le risque de contamination virale, le traitement en aval complexe et coûteux nécessaire et les différences potentielles avec les schémas de glycosylation humains.
Les cellules CHO ont besoin de glutamine comme nutriment essentiel pour la production d'énergie, la biosynthèse des protéines et des nucléotides, et comme source de carbone dans le cycle TCA, soutenant la croissance et le maintien des cellules.
Les cellules CHO sont eucaryotes, capables de modifications post-traductionnelles et utilisées pour la production de protéines complexes. Les cellules E. coli sont procaryotes, utilisées pour la production de protéines plus simples et à haut rendement, mais ne disposent pas de la machinerie nécessaire aux modifications post-traductionnelles avancées.
Les cellules HEK 293 sont des cellules rénales embryonnaires humaines connues pour leur grande efficacité de transfection et leur traitement des protéines de type humain, tandis que les cellules CHO sont dérivées de cellules ovariennes de hamster et sont appréciées pour leur croissance robuste et leur évolutivité dans la production de protéines.
Les cellules CHO ont souvent besoin de sérum dans leur milieu de croissance pour une croissance et une productivité optimales, fournissant les hormones, les facteurs de croissance et les nutriments nécessaires, bien que des milieux sans sérum aient été développés pour des applications spécifiques.
Les cellules CHO peuvent être recombinantes, c'est-à-dire qu'elles ont été génétiquement modifiées pour exprimer des gènes étrangers, ce qui en fait un outil essentiel pour la production de protéines recombinantes à usage thérapeutique.
Oui, les cellules CHO peuvent être modifiées pour sécréter des niveaux élevés d'anticorps, ce qui en fait un choix de premier ordre pour la production d'anticorps monoclonaux thérapeutiques.
Les cellules convertissent le pyruvate en lactate dans des conditions anaérobies ou lorsque les besoins énergétiques dépassent la capacité de la phosphorylation oxydative mitochondriale, ce qui permet à la glycolyse de continuer à produire de l'ATP et du NAD.

Références

  1. Reinhart, D., et al., Biotransformation des lignées CHO-K1, CHO-DG44 et CHO-S recombinantes : les hôtes d'expression CHO favorisent soit la production d'anticorps monoclonaux, soit la synthèse de biomasse. Biotechnology journal, 2019. 14(3) : p. 1700686.
  2. Pan, X., et al., Caractérisation métabolique d’une phase d’augmentation de la taille des cellules CHO dans des cultures en batch alimenté. Applied microbiology and biotechnology, 2017. 101 : p. 8101–8313.
  3. Turilova, V.I., T.S. Goryachaya et T.K. Yakovleva, Lignée cellulaire d'ovaires de hamster chinois DXB-11 : instabilité chromosomique et hétérogénéité du caryotype. Cytogénétique moléculaire, 2021, 14(1) : p. 1–12.
  4. Hunter, M., et al., optimisation de l'expression des protéines dans les cellules mammifères. Protocoles actuels en science des protéines, 2019. 95(1) : p. e77.
  5. Nyon, M.P., et al., Conception d'une lignée cellulaire CHO stable pour l'expression d'un antigène de vaccin contre le coronavirus MERS. Vaccine, 2018. 36(14) : p. 1853–1862.
  6. Pacheco, B.S., et al., Activité cytotoxique des acides gras issus de macroalgues antarctiques sur la croissance de cellules cancéreuses du sein humain. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6 : p. 185.
  7. Ryu, J., et al., Développement d'une lignée cellulaire CHO pour la production stable d'anticorps recombinants contre la MMP9 humaine. BMC biotechnology, 2022. 22(1) : p. 8.

 

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