Cellule CHO nella bioproduzione: Applicazioni e innovazioni

Derivata dall'ovaio di un criceto cinese, lalinea cellulare CHO è una potenza nella ricerca medica e biologica grazie alla sua ampia gamma di applicazioni. Questa linea cellulare di mammifero offre infinite possibilità, dalla produzione di proteine ricombinanti all'espressione genica, allo screening della tossicità, alla nutrizione e agli studi genetici.

Il nostro articolo si addentra nell'affascinante mondo delle cellule CHO, esplorando come queste cellule abbiano rivoluzionato la ricerca biofarmaceutica e aperto la strada a terapie salvavita. Preparatevi a svelare i segreti delle potenti cellule CHO e a scoprire come esse siano alla base di progressi rivoluzionari nel campo della medicina e non solo! Imparerete tutto quello che c'è da sapere prima di iniziare, tra cui:

Cos'è la linea cellulare CHO?

Sin dalla loro creazione nel 1957 da parte di Theodore T. Puck, le cellule dell'ovaio di criceto cinese (CHO) sono diventate un punto fermo nella ricerca biologica e medica grazie alla loro rapida crescita e all'elevata produzione di proteine. Queste cellule epiteliali, derivate dall'ovaio del criceto cinese, sono ampiamente utilizzate nella produzione biologica, nella genetica, nello screening della tossicità, nella nutrizione e negli studi di espressione genica.

Le cellule CHO sono in grado di produrre proteine con modifiche post-traduzionali (PTM) simili a quelle presenti nell'uomo. Sono inoltre carenti nella sintesi di prolina e non esprimono il recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR), il che le rende ideali per lo studio di varie mutazioni dell'EGFR.

Nella produzione biologica, le cellule CHO sono ampiamente utilizzate per produrre anticorpi monoclonali, proteine ricombinanti e vaccini. Più di 60 proteine terapeutiche prodotte con cellule CHO sono state approvate per la produzione e il loro uso continua ad espandersi. Il nostro articolo esamina le notevoli proprietà e le diverse applicazioni delle cellule CHO, evidenziando il loro ruolo cruciale nel guidare i progressi della biomedicina e non solo. Preparatevi a esplorare l'affascinante mondo delle cellule CHO e a scoprire il loro impareggiabile potenziale nella ricerca biomedica!

Cellule CHO: Il prodotto di punta dell'industria biofarmaceutica per la produzione di proteine ricombinanti

Nell'industria biotecnologica, le cellule dell'ovaio di criceto cinese (CHO) sono spesso utilizzate per creare biofarmaci come anticorpi monoclonali, proteine ricombinanti e vaccini.

Sebbene non ne siate consapevoli, le cellule dell'ovaio di criceto cinese (CHO) potrebbero essere responsabili se vi siete mai sottoposti a una terapia con anticorpi monoclonali. Queste cellule adattabili sono spesso utilizzate dall'industria biofarmaceutica per produrre proteine ricombinanti che vengono impiegate nella ricerca biomedica, nella diagnostica e in una serie di terapie. I farmaci terapeutici a base di proteine, chiamati anticorpi monoclonali (mAbs), sono utilizzati per trattare diverse malattie, come il cancro, le condizioni autoimmuni e le malattie infettive. Poiché effettuano modifiche post-traslazionali simili a quelle delle cellule umane, le cellule CHO sono spesso utilizzate per produrre mAbs. Queste modifiche sono necessarie per il corretto funzionamento di questi farmaci.

Le proteine create attraverso l'ingegneria genetica sono note come proteine ricombinanti. Oltre che come reagenti per la ricerca, possono essere utilizzate come terapeutici e diagnostici. Poiché possono subire modifiche post-traduzionali e presentano glicosilazioni complesse simili a quelle presenti nelle cellule umane, le cellule CHO sono particolarmente adatte alla produzione di proteine ricombinanti grazie alla loro crescita rapida, all'elevata espressione proteica e alla capacità di esprimere grandi quantità di proteine. Con rese che variano da 3 a 10 grammi per litro di coltura, la linea cellulare CHO rappresenta una svolta nel settore biofarmaceutico grazie alla sua ineguagliabile capacità di produrre in massa proteine terapeutiche. Le cellule CHO sono oggi una componente essenziale della biomedicina contemporanea grazie all'ottimizzazione genetica, che ne aumenta la capacità di generare grandi quantità di proteine ricombinanti.

I vaccini sono biofarmaci utilizzati per prevenire e trattare le infezioni causate da virus e batteri. I vaccini contro il COVID-19 sono tra quelli prodotti con cellule CHO. Gli scienziati hanno creato una serie di tecniche, tra cui l'ingegneria genetica, l'ottimizzazione dei mezzi di coltura e lo sviluppo dei processi, per migliorare le prestazioni delle cellule CHO nella produzione di biofarmaci. Queste tecniche hanno portato alla creazione di sistemi di coltura ad alta resa e a basso costo per la produzione di biofarmaci utilizzando cellule CHO. L'ampia gamma di applicazioni delle cellule CHO comprende:

Impianto di produzione farmaceutica.

Cellule CHO nella produzione biofarmaceutica

Le cellule CHO sono utilizzate per la produzione di vari bioterapici, tra cui proteine ricombinanti e anticorpi monoclonali usati nel trattamento di malattie come il cancro, i disturbi autoimmuni e le malattie infettive. L'adozione delle cellule CHO nei biofarmaci è in gran parte dovuta alla loro capacità di eseguire modifiche post-traduzionali simili a quelle delle cellule umane, che le rendono ospiti mammiferi ideali per la produzione di proteine terapeutiche compatibili con l'uomo. La comprensione completa dei profili proteici delle cellule ospiti CHO e l'implementazione di tecniche ELISA sulle proteine delle cellule ospiti sono fondamentali per garantire la purezza e la sicurezza dei biofarmaci prodotti in sistemi cellulari CHO. Di conseguenza, le cellule CHO hanno consolidato la loro posizione di piattaforma multifunzionale nell'industria biotecnologica.

I progressi nella produzione di anticorpi in cellule CHO

Le cellule CHO sono ampiamente utilizzate nella produzione di anticorpi monoclonali, che hanno rivoluzionato il campo della biomedicina fornendo terapie mirate per diverse malattie. Le cellule CHO sono diventate la pietra miliare nell'espressione di anticorpi ricombinanti e nella produzione di terapie proteiche grazie alla loro capacità di ripiegare, assemblare e modificare correttamente le proteine umane. La produzione di anticorpi con cellule CHO si è evoluta con il miglioramento delle tecniche di coltura cellulare e dell'ingegneria delle cellule CHO, portando a cellule CHO di alta qualità che sono fondamentali per lo sviluppo di biofarmaci. Approcci biotecnologici completi, tra cui la tecnologia del DNA e sofisticati metodi di coltura cellulare, sono stati applicati per ottimizzare i sistemi di cellule CHO per aumentare l'efficienza della produzione di anticorpi.

Biologia molecolare e ingegneria delle cellule CHO

La fusione delle tecniche di biologia molecolare con la coltivazione di cellule CHO ha portato alla creazione di linee di cellule CHO transgeniche e alla manipolazione di mutanti di cellule di criceto cinese per ottenere i tratti desiderati. Questi progressi nell'ingegneria cellulare e nella tecnologia del DNA hanno facilitato lo sviluppo di cellule CHO in grado di produrre proteine ricombinanti specifiche con elevata efficacia. L'esplorazione di approcci di coltura di cellule eucariotiche, comprese le cellule CHO e HeLa, ha contribuito a una migliore comprensione dei meccanismi cellulari e all'ottimizzazione delle colture di cellule di mammifero per la produzione di proteine terapeutiche.

Ma non è tutto! Le cellule CHO hanno altre affascinanti applicazioni nella ricerca biomedica, tra cui:

Screening della tossicità: Le cellule CHO sono utilizzate per valutare la tossicità dei farmaci, compresi gli agenti terapeutici antitumorali e antivirali. Ad esempio, uno studio ha esplorato l'attività specifica contro il cancro al seno degli acidi grassi derivati dalle microalghe antartiche utilizzando le CHO come linea cellulare di controllo.
Espressione genica: Le cellule CHO sono utilizzate per esprimere in modo stabile e transitorio i geni per studi sulla funzione genica o per la produzione di proteine mirate. Gli strumenti di editing genico sono utilizzati per sviluppare modelli di knock-in e knockout genico in linee cellulari CHO.

Prospettive future della ricerca sulle cellule CHO

La ricerca e lo sviluppo in corso nei sistemi cellulari CHO si concentrano sul miglioramento dell'efficienza e della versatilità di queste cellule nella produzione biofarmaceutica. Poiché le cellule CHO rimangono all'avanguardia nella terapia con proteine ricombinanti, il loro ruolo nel futuro della medicina e della biotecnologia è significativo e promette nuovi progressi nello sviluppo di anticorpi e nella produzione di trattamenti salvavita.

Scoprite i vantaggi delle potenti cellule CHO

Ecco alcuni dei principali vantaggi della linea cellulare CHO che la rendono un interessante strumento di ricerca.

Facilità di coltura: Le procedure e le condizioni di coltura della linea cellulare CHO non sono complesse. Queste cellule sono resistenti e in grado di tollerare variazioni di temperatura e di pH. Sono quindi ideali per colture su larga scala.
Modifiche post-traduzionali: Queste cellule sono simili alle cellule umane e sono in grado di produrre modifiche post-traduzionali simili. Pertanto, le cellule CHO possono essere utilizzate per produrre prodotti biologici biocompatibili con un'eccellente attività farmaceutica.
Elevata produttività: Le cellule CHO sono ampiamente utilizzate per produrre elevate rese di proteine ricombinanti. L'ottimizzazione genetica della linea cellulare CHO ha permesso di ottenere circa 3-10 grammi di proteine per litro di coltura.
Espressione genica: Le cellule CHO sono facili da trasfettare; pertanto, sono spesso utilizzate per studi di espressione transitoria e stabile. Inoltre, molti strumenti genetici sono utilizzati per sviluppare modelli di knock-in e knockout genico utilizzando la linea cellulare CHO.
Approvazioni governative: Le cellule CHO sono state utilizzate in quasi 50 bioterapici approvati negli USA e nell'UE.
Bassa suscettibilità ai virus: Grazie all'origine cricetina, il rischio di propagazione di virus umani è ridotto, riducendo le perdite di produzione e aumentando la biosicurezza.

Caratteristiche principali delle cellule CHO

Morfologia: Le cellule CHO hanno un aspetto simile alle cellule epiteliali, con una forma allungata e simile a quella dei fibroblasti. Sono aderenti e crescono tipicamente in monostrati.
Dimensioni delle cellule: Il diametro medio delle cellule CHO è compreso tra 12-14 μm.
Genoma e ploidia: Le cellule CHO sono aneuploidi, con 21 cromosomi, che differiscono dal numero di cromosomi euploidi del criceto cinese. Il cariotipo delle cellule CHO è caratterizzato da molteplici riarrangiamenti strutturali, tra cui la perdita parziale del cromosoma 2 e del materiale X.

Immagini microscopiche di cellule CHO: ad alta confluenza (sinistra) e a circa il 50% di confluenza (destra).

Confronto tra la linea cellulare CHO e CHO-K1

Da quando la linea cellulare CHO originale è stata riportata nel 1956, sono state create molte varianti della linea cellulare per diversi scopi. CHO-K1 è stata generata da un singolo clone di cellule CHO nel 1957, e CHO-DXB11 (nota anche come CHO-DUKX) è stata successivamente ottenuta mediante mutagenesi con etil metansolfonato. Tuttavia, la loro utilità era limitata a causa della loro capacità di ritornare all'attività DHFR quando mutagenizzate. Successivamente, le cellule CHO sono state mutagenizzate con radiazioni gamma per produrre CHO-DG44, in cui entrambi gli alleli DHFR sono stati completamente eliminati. Questi ceppi carenti di DHFR richiedono glicina, ipoxantina e timidina per la crescita e sono ampiamente utilizzati per la produzione industriale di proteine. Da allora si sono diffusi altri sistemi di selezione e cellule ospiti come CHO-K1, CHO-S e CHO-Pro minus hanno dimostrato di produrre alti livelli di proteine. A causa dell'instabilità genetica, queste linee cellulari sono spesso coltivate in terreni privi di componenti animali o chimicamente definiti in bioreattori per colture in sospensione. Sono state discusse anche le complessità della genetica delle cellule CHO e della derivazione clonale.

Sbloccare le scoperte con le nostre cellule CHO

Dieci consigli per coltivare le cellule CHO

La linea cellulare CHO è una linea cellulare che richiede poca manutenzione ed è facile da coltivare.
Le cellule CHO hanno un tempo di raddoppiamento rapido della popolazione di 14-17 ore.
Le cellule CHO sono aderenti e crescono come monostrato o possono essere adattate per crescere in sospensione.
Sottocoltivare le cellule CHO all'80-90% di confluenza usando Accutase.
Seminare le cellule CHO a una densità di 1 x¹⁰⁴ cellule/cm2 per ottenere un monostrato confluente in circa 4 giorni.
Per una coltura ottimale, utilizzare una miscela 50:50 di DMEM e Ham's F12 integrata con il 5% di FBS e L-glutammina.
Rinnovare il terreno di coltura 2-3 volte alla settimana.
Coltivare le cellule CHO in un incubatore umidificato con il 5% di CO2 a 37°C.
Conservare le cellule CHO in fase vapore o liquida di azoto liquido (-196°C).
Seguire le linee guida di Biosicurezza di Livello 1 per la manipolazione e la coltura della linea cellulare CHO.

Protocolli, video e pubblicazioni recenti sulle cellule CHO

Ecco alcune risorse eccellenti da esplorare per imparare a coltivare e mantenere le linee cellulari CHO.

Un ampio protocollo di coltura cellulare sulle cellule CHO: Questo link può aiutarvi a imparare tutto sulla subcultura e la trasfezione delle cellule CHO.
Cellule CHO: Questo sito fornisce informazioni di base sulla coltura cellulare della linea CHO, tra cui la divisione, la conservazione, il congelamento e lo scongelamento delle cellule, ecc.
Scongelamento di cellule CHO: Questo video mostra un protocollo di scongelamento esemplare per le cellule CHO congelate.

Protocolli di trasfezione per la linea cellulare CHO

Le cellule CHO sono altamente adattabili alla trasfezione di geni sia transitoria che stabile. Ecco alcune risorse che forniscono informazioni utili sui protocolli di trasfezione delle linee cellulari CHO.

Trasfezione di cellule CHO: Questo articolo pubblicato fornisce un protocollo di trasfezione transitoria per la linea cellulare CHO utilizzando polietilenimina lineare (PEI).
Metodi di trasfezione per cellule CHO: Questo articolo spiega diverse strategie per una trasfezione efficiente delle linee cellulari CHO utilizzando diversi reagenti di trasfezione.
Trasfezione transitoria di cellule CHO: Questo video illustra i concetti di base degli studi di espressione transiente in cellule CHO.

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Pubblicazioni di ricerca interessanti che utilizzano cellule CHO

Di seguito sono riportate le sintesi di vari studi che hanno utilizzato cellule CHO:

Studio: "Produzione rapida e ad alta resa dell'ectodominio di punta del SARS-CoV-2 mediante espressione genica transitoria in cellule CHO" (2021)
- Scopo: esprimere l'ectodominio spike del SARS-CoV-2 in cellule CHO utilizzando tre metodi di trasfezione transitoria per ottenere un'elevata produttività.
- Metodologia: Le cellule CHO sono state trasfettate con plasmidi codificanti l'ectodominio spike full-length del SARS-CoV-2 utilizzando tre metodi di trasfezione transiente. L'espressione proteica è stata valutata mediante ELISA e Western blot.
- Risultati principali: Tutti e tre i metodi di trasfezione transitoria hanno mostrato alti livelli di espressione proteica, con la resa più alta ottenuta con il metodo della polietilenimina.
Studio: "Ingegnerizzazione di una linea cellulare CHO stabile per l'espressione di un antigene vaccinale MERS-coronavirus" (2018)
- Scopo: produrre l'antigene del MERS-coronavirus in cellule CHO da utilizzare come futuro candidato vaccino.
- Metodologia: Le cellule CHO sono state trasfettate con un plasmide codificante l'antigene di MERS-coronavirus e selezionate per l'espressione stabile utilizzando la geneticina. L'espressione proteica è stata valutata mediante ELISA e Western blot.
- Risultati principali: La linea cellulare CHO stabile ha mostrato alti livelli di espressione proteica e stabilità in più passaggi.
Studio: "Attività citotossica degli acidi grassi delle macroalghe antartiche sulla crescita di cellule di cancro al seno umano" (2018)
- Scopo: utilizzare le cellule CHO come controllo per valutare la tossicità degli agenti antitumorali nei confronti delle cellule normali.
- Metodologia: Le cellule CHO sono state coltivate e trattate con acidi grassi delle macroalghe antartiche e la vitalità cellulare è stata valutata con il saggio MTT.
- Risultati principali: Gli acidi grassi delle macroalghe antartiche non hanno mostrato effetti citotossici sulle cellule CHO, suggerendo un potenziale uso come agente antitumorale con selettività per le cellule cancerose.
Studio: "Il knockout del gene della caspasi-7 migliora l'espressione della proteina ricombinante nella linea cellulare CHO attraverso l'arresto del ciclo cellulare nella fase G2/M" (2022)
- Scopo: manipolare geneticamente le cellule CHO per migliorare l'espressione di proteine ricombinanti.
- Metodologia: il gene della caspasi-7 è stato eliminato in cellule CHO mediante la tecnologia CRISPR/Cas9 e l'espressione proteica è stata valutata mediante Western blot e microscopia a fluorescenza.
- Risultati principali: L'eliminazione del gene della caspasi-7 in cellule CHO ha portato a un miglioramento dell'espressione proteica, probabilmente a causa dell'arresto del ciclo cellulare in fase G2/M provocato dalla perdita della caspasi-7.
Studio: "Sviluppo di una linea cellulare CHO per la produzione stabile di anticorpi ricombinanti contro la MMP9 umana" (2015)
- Scopo: produrre anticorpi monoclonali contro la proteina MMP9 umana in cellule CHO.
- Metodologia: Le cellule CHO sono state trasfettate con plasmidi codificanti l'anticorpo contro la MMP9 umana e selezionate per l'espressione stabile utilizzando la geneticina. L'espressione della proteina è stata valutata mediante ELISA e Western blot.
- Risultati principali: La linea cellulare CHO stabile ha mostrato alti livelli di espressione dell'anticorpo e stabilità in più passaggi, suggerendo un potenziale uso in applicazioni terapeutiche mirate alla MMP9 umana.

Domande frequenti sulle cellule CHO

Riferimenti

Reinhart, D., et al., Bioprocessing of Recombinant CHO-K1, CHO-DG44, and CHO-S: Gli ospiti di espressione CHO favoriscono la produzione di mAb o la sintesi di biomassa. Rivista di biotecnologia, 2019. 14(3): p. 1700686.
Pan, X., et al., Caratterizzazione metabolica di una fase di aumento delle dimensioni delle cellule CHO in colture fed-batch. Microbiologia e biotecnologia applicate, 2017. 101: p. 8101-8313.
Turilova, V.I., T.S. Goryachaya e T.K. Yakovleva, Linea cellulare di ovaio di criceto cinese DXB-11: instabilità cromosomica ed eterogeneità del cariotipo. Citogenetica molecolare, 2021, 14(1): p. 1-12.
Hunter, M., et al., Ottimizzazione dell'espressione proteica in cellule di mammifero. Current protocols in protein science, 2019. 95(1): p. e77.
Nyon, M.P., et al., Ingegnerizzazione di una linea cellulare CHO stabile per l'espressione di un antigene del vaccino MERS-coronavirus. Vaccine, 2018. 36(14): p. 1853-1862.
Pacheco, B.S., et al., Attività citotossica degli acidi grassi delle macroalghe antartiche sulla crescita di cellule di cancro al seno umano. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6: p. 185.
Ryu, J., et al., Sviluppo di una linea cellulare CHO per la produzione stabile di anticorpi ricombinanti contro la MMP9 umana. BMC biotechnology, 2022. 22(1): p. 8.