Células CHO na Bioprodução: Aplicações e inovações

Derivada do ovário de um hamster chinês, alinha de células CHO é uma potência na investigação médica e biológica com a sua vasta gama de aplicações. Esta linha de células de mamíferos oferece infinitas possibilidades, desde a produção de proteínas recombinantes até à expressão de genes, rastreio de toxicidade, nutrição e estudos genéticos.

O nosso artigo mergulha no fascinante mundo das células CHO, explorando a forma como estas células revolucionaram a investigação biofarmacêutica e abriram caminho para terapias que salvam vidas. Prepare-se para desvendar os segredos das poderosas células CHO e descubra como elas impulsionam avanços revolucionários na medicina e não só! Aprenderá tudo o que precisa de saber antes de começar, incluindo:

O que é a linha de células CHO?

Desde a sua criação em 1957 por Theodore T. Puck, as células de ovário de hamster chinês (CHO) tornaram-se um elemento básico na investigação biológica e médica devido ao seu rápido crescimento e elevada produção de proteínas. Estas células epiteliais, derivadas do ovário de hamster chinês, são amplamente utilizadas em estudos de biofabrico, genética, rastreio de toxicidade, nutrição e expressão genética.

As células CHO podem produzir proteínas com modificações pós-traducionais (PTMs) semelhantes às encontradas nos seres humanos. Também são deficientes na síntese de prolina e não expressam o recetor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), o que as torna ideais para investigar várias mutações do EGFR.

No fabrico biológico, as células CHO são amplamente utilizadas para produzir anticorpos monoclonais, proteínas recombinantes e vacinas. Mais de 60 proteínas terapêuticas feitas com células CHO foram aprovadas para produção, e a sua utilização continua a expandir-se. O nosso artigo analisa as propriedades notáveis e as diversas aplicações das células CHO, destacando o seu papel crucial na promoção de avanços na biomedicina e não só. Prepare-se para explorar o fascinante mundo das células CHO e descubra o seu potencial sem paralelo na investigação biomédica!

Células CHO: A solução ideal da indústria biofarmacêutica para a produção de proteínas recombinantes

Na indústria biotecnológica, as células de ovário de hamster chinês (CHO) são frequentemente utilizadas para criar produtos biofarmacêuticos como anticorpos monoclonais, proteínas recombinantes e vacinas.

Embora possa não ter consciência disso, as células de ovário de hamster chinês (CHO) podem ser as culpadas se alguma vez foi submetido a uma terapia com anticorpos monoclonais. Estas células adaptáveis são frequentemente utilizadas pela indústria biofarmacêutica para produzir proteínas recombinantes que são utilizadas na investigação biomédica, no diagnóstico e numa variedade de terapêuticas. As terapêuticas à base de proteínas, denominadas anticorpos monoclonais (mAbs), são utilizadas para tratar uma série de doenças, como o cancro, doenças auto-imunes e doenças infecciosas. Como efectuam modificações pós-traducionais semelhantes às das células humanas, as células CHO são frequentemente utilizadas para produzir mAbs. Estas modificações são necessárias para que estas terapêuticas funcionem corretamente.

As proteínas criadas através da engenharia genética são conhecidas como proteínas recombinantes. Para além de serem reagentes de investigação, podem também ser utilizadas como terapêuticas e diagnósticos. Uma vez que podem sofrer modificações pós-traducionais e têm glicosilações complexas semelhantes às encontradas nas células humanas, as células CHO são especialmente adequadas para a produção de proteínas recombinantes devido ao seu rápido crescimento, elevada expressão proteica e capacidade de expressar grandes quantidades de proteínas. Com rendimentos que variam de 3 a 10 gramas por litro de cultura, a linha de células CHO é um divisor de águas nos produtos biofarmacêuticos, graças à sua capacidade inigualável de produzir proteínas terapêuticas em massa. As células CHO são agora um componente vital da biomedicina contemporânea graças à otimização genética, que aumenta a sua capacidade de gerar grandes quantidades de proteínas recombinantes.

As vacinas são produtos biofarmacêuticos utilizados para prevenir e tratar infecções provocadas por vírus e bactérias. As vacinas contra a COVID-19 estão entre as que são produzidas com células CHO. Os cientistas criaram uma série de técnicas, incluindo engenharia genética, otimização de meios e desenvolvimento de processos, para melhorar o desempenho das células CHO na produção de produtos biofarmacêuticos. Estas técnicas resultaram na criação de sistemas de cultura de elevado rendimento e baixo custo para a produção de produtos biofarmacêuticos utilizando células CHO. A vasta gama de aplicações das células CHO inclui

Instalação de produção farmacêutica.

Células CHO na produção biofarmacêutica

As células CHO são utilizadas para produzir vários bioterapêuticos, incluindo proteínas recombinantes e anticorpos monoclonais utilizados no tratamento de doenças como o cancro, doenças auto-imunes e doenças infecciosas. A adoção de células CHO em produtos biofarmacêuticos deve-se em grande parte à sua capacidade de realizar modificações pós-traducionais semelhantes às células humanas, tornando-as hospedeiras ideais de mamíferos para a produção de proteínas terapêuticas compatíveis com o ser humano. A compreensão exaustiva dos perfis proteicos das células hospedeiras CHO e a implementação de técnicas ELISA para as proteínas das células hospedeiras são essenciais para garantir a pureza e a segurança dos produtos biofarmacêuticos produzidos em sistemas de células CHO. Como resultado, as células CHO solidificaram a sua posição como uma plataforma multifuncional na indústria biotecnológica.

Avanços na produção de anticorpos com base em células CHO

As células CHO são amplamente utilizadas na produção de anticorpos monoclonais, que revolucionaram o campo da biomedicina ao proporcionar terapias direcionadas para várias doenças. As células CHO tornaram-se a pedra angular na expressão de anticorpos recombinantes e na produção de proteínas terapêuticas devido à sua capacidade de dobrar, montar e modificar corretamente as proteínas humanas. A produção de anticorpos a partir de células CHO evoluiu com o aperfeiçoamento das técnicas de cultura celular e da engenharia de células CHO, conduzindo a células CHO de elevada qualidade que são fundamentais para o desenvolvimento de produtos biofarmacêuticos. Foram aplicadas abordagens biotecnológicas abrangentes, incluindo a tecnologia de ADN e métodos sofisticados de cultura de células, para otimizar os sistemas de células CHO e aumentar a eficiência da produção de anticorpos.

Biologia Molecular e Engenharia de Células CHO

A fusão de técnicas de biologia molecular com a cultura de células CHO levou à criação de linhas de células CHO transgénicas e à manipulação de mutantes de células de hamster chinês para obter as caraterísticas desejadas. Estes avanços na engenharia celular e na tecnologia do ADN facilitaram o desenvolvimento de células CHO capazes de produzir proteínas recombinantes específicas com elevada eficácia. A exploração de abordagens de cultura de células eucarióticas, incluindo as células CHO e HeLa, contribuiu para uma melhor compreensão dos mecanismos celulares e para a otimização das culturas de células de mamíferos para a produção de proteínas terapêuticas.

Mas isso não é tudo! As células CHO têm outras aplicações fascinantes na investigação biomédica, incluindo

Rastreio de toxicidade: As células CHO são utilizadas para avaliar a toxicidade dos medicamentos, incluindo agentes terapêuticos anti-cancro e anti-virais. Por exemplo, um estudo explorou a atividade específica anti-cancro da mama dos ácidos gordos derivados de microalgas da Antárctida, utilizando as células CHO como linha celular de controlo.
Expressão génica: As células CHO são utilizadas para a expressão estável e transitória de genes para estudos da função genética ou para a produção de proteínas específicas. As ferramentas de edição de genes são utilizadas para desenvolver modelos de "knock-in" e "knockout" de genes em linhas de células CHO.

Perspectivas futuras na investigação com células CHO

A investigação e o desenvolvimento em curso nos sistemas de células CHO centram-se no aumento da eficiência e da versatilidade destas células na produção biofarmacêutica. Como as células CHO continuam na vanguarda da terapêutica com proteínas recombinantes, o seu papel no futuro da medicina e da biotecnologia é significativo, prometendo novos avanços no desenvolvimento de anticorpos e na produção de tratamentos que salvam vidas.

Descubra as vantagens das poderosas células CHO

Aqui estão algumas das principais vantagens da linha de células CHO que a tornam uma ferramenta de investigação atractiva.

Facilidade de cultura: Os procedimentos e condições de cultura da linha de células CHO não são exigentes. Estas células são resistentes e capazes de tolerar variações de temperatura e de pH. Assim, são ideais para culturas em grande escala.
Modificações pós-tradução: Estas células são semelhantes às células humanas e capazes de produzir modificações pós-traducionais semelhantes. Assim, as células CHO podem ser utilizadas para produzir produtos biológicos biocompatíveis com excelente atividade farmacêutica.
Elevada produtividade: As células CHO são amplamente utilizadas para a produção de elevados rendimentos de proteínas recombinantes. A otimização genética da linha de células CHO resultou em aproximadamente 3-10 gramas de proteína por litro de cultura.
Expressão génica: As células CHO são fáceis de transfectar; por isso, são frequentemente utilizadas para estudos de expressão transitória e estável. Além disso, são utilizadas muitas ferramentas genéticas para desenvolver modelos de "knock-in" e "knockout" de genes utilizando a linha celular CHO.
Aprovações governamentais: As células CHO foram utilizadas em quase 50 bioterapêuticas aprovadas nos EUA e na UE.
Baixa suscetibilidade a vírus: Devido à origem hamster, o risco de propagação de vírus humanos é menor, reduzindo a perda de produção e aumentando a biossegurança.

Principais caraterísticas das células CHO

Morfologia: As células CHO exibem uma aparência semelhante à das células epiteliais com uma forma alongada e semelhante à dos fibroblastos. São aderentes e crescem normalmente em monocamadas.
Tamanho das células: O diâmetro médio das células CHO situa-se entre 12-14 μm.
Genoma e Ploidia: As células CHO são aneuplóides, possuindo 21 cromossomas, o que difere do número de cromossomas euplóides encontrados no hamster chinês. O cariótipo das células CHO é caracterizado por múltiplos rearranjos estruturais, incluindo a perda parcial do cromossoma 2 e do material X.

Imagens microscópicas de células CHO: em alta confluência (esquerda) e em cerca de 50% de confluência (direita).

Comparação entre a linha celular CHO e a linha celular CHO-K1

Desde que a linha celular CHO original foi registada em 1956, foram criadas muitas variações da linha celular para diversos fins. A CHO-K1 foi gerada a partir de um único clone de células CHO em 1957, e a CHO-DXB11 (também conhecida como CHO-DUKX) foi subsequentemente criada através de mutagénese com metanossulfonato de etilo. No entanto, a sua utilidade era limitada devido à sua capacidade de reverter para a atividade da DHFR quando mutagenizada. Mais tarde, as células CHO foram mutagenizadas com radiação gama para produzir CHO-DG44, em que ambos os alelos DHFR foram totalmente eliminados. Estas estirpes deficientes em DHFR necessitam de glicina, hipoxantina e timidina para crescer e são amplamente utilizadas para a produção industrial de proteínas. Desde então, outros sistemas de seleção tornaram-se populares e células hospedeiras como CHO-K1, CHO-S e CHO-Pro minus demonstraram produzir níveis elevados de proteínas. Devido à instabilidade genética, estas linhas de células são frequentemente cultivadas em meios sem componentes animais ou quimicamente definidos em bioreactores de cultura em suspensão. Foram também discutidas as complexidades da genética das células CHO e da derivação clonal.

Desbloquear descobertas com as nossas células CHO

Dez dicas para a cultura de células CHO

A linha de células CHO é uma linha de células de baixa manutenção que é fácil de cultivar.
As células CHO têm um rápido tempo de duplicação da população de 14-17 horas.
As células CHO são aderentes e crescem em monocamadas ou podem ser adaptadas para crescer em suspensão.
Subcultura de células CHO a 80-90% de confluência utilizando Accutase.
Semear células CHO a 1 x¹⁰⁴ células/cm2 de densidade celular para obter uma monocamada confluente em cerca de 4 dias.
Para uma cultura óptima, utilizar uma mistura 50:50 de DMEM e Ham's F12 suplementada com 5% de FBS e L-glutamina.
Renovar o meio de cultura 2-3 vezes por semana.
Cultivar as células CHO numa incubadora humidificada suplementada com 5% de gás CO2 a 37°C.
Armazenar as células CHO na fase de vapor ou líquida do azoto líquido (-196°C).
Seguir as diretrizes de Nível de Biossegurança 1 para o manuseamento e cultura da linha de células CHO.

Protocolos, vídeos e publicações recentes sobre células CHO

Aqui estão alguns recursos excelentes para explorar para aprender sobre a cultura e manutenção da linha de células CHO.

Um extenso protocolo de cultura celular sobre células CHO: Esta ligação pode ajudá-lo a aprender tudo sobre subcultura e transfecção de células CHO.
Células CHO: Este sítio fornece informações básicas sobre cultura de células da linha de células CHO, incluindo divisão, armazenamento, congelamento e descongelamento de células, etc.
Descongelação de células CHO: Este vídeo mostra um protocolo de descongelação exemplar para células CHO congeladas.

Protocolos de transfecção para a linha de células CHO

As células CHO são muito adequadas para a transfecção transitória e estável de genes. Aqui estão alguns recursos que fornecem informações úteis sobre os protocolos de transfecção de linhas celulares CHO.

Transfecção de células CHO: Este artigo publicado fornece um protocolo de transfecção transitória para a linha de células CHO utilizando polietilenoimina linear (PEI).
Métodos de transfecção para células CHO: Este artigo explica diferentes estratégias para a transfecção eficiente de linhas de células CHO utilizando diferentes reagentes de transfecção.
Transfecção transiente de células CHO: Este vídeo utiliza ilustrações para explicar conceitos básicos relativos a estudos de expressão transiente em células CHO.

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Publicações de investigação interessantes que utilizam células CHO

Seguem-se resumos de vários estudos que utilizaram células CHO:

Estudo: "Produção rápida e de alto rendimento do ectodomínio da espícula do SARS-CoV-2 de comprimento total por expressão genética transiente em células CHO" (2021)
- Objetivo: Expressar o ectodomínio da espícula do SARS-CoV-2 em células CHO utilizando três métodos de transfecção transiente para obter uma elevada produtividade.
- Metodologia: As células CHO foram transfectadas com plasmídeos que codificam o ectodomínio completo da espícula do SARS-CoV-2 utilizando três métodos de transfecção transiente. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
- Principais conclusões: Todos os três métodos de transfecção transiente mostraram níveis elevados de expressão proteica, com o maior rendimento obtido pelo método da polietilenimina.
Estudo: "Engenharia de uma linha celular CHO estável para a expressão de um antigénio da vacina contra o coronavírus MERS" (2018)
- Objetivo: Produzir o antigénio de MERS-coronavírus em células CHO para utilização como futura vacina candidata.
- Metodologia: As células CHO foram transfectadas com um plasmídeo que codifica o antigénio de MERS-coronavírus e selecionadas para expressão estável usando geneticina. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
- Principais conclusões: A linha celular CHO estável mostrou níveis elevados de expressão proteica e estabilidade ao longo de múltiplas passagens.
Estudo: "Atividade citotóxica de ácidos gordos de macroalgas antárcticas no crescimento de células de cancro da mama humano" (2018)
- Objetivo: Utilizar células CHO como controlo para avaliar a toxicidade de agentes anticancerígenos contra células normais.
- Metodologia: As células CHO foram cultivadas e tratadas com ácidos gordos de macroalgas antárcticas, e a viabilidade celular foi avaliada utilizando o ensaio MTT.
- Principais conclusões: Os ácidos gordos das macroalgas do Antártico não apresentaram efeitos citotóxicos nas células CHO, sugerindo uma potencial utilização como agente anticancerígeno com seletividade para as células cancerígenas.
Estudo: "O nocaute do gene da caspase-7 melhora a expressão da proteína recombinante na linha de células CHO através da paragem do ciclo celular na fase G2/M" (2022)
- Objetivo: Manipular geneticamente células CHO para melhorar a expressão de proteínas recombinantes.
- Metodologia: O gene da caspase-7 foi eliminado em células CHO utilizando a tecnologia CRISPR/Cas9, e a expressão da proteína foi avaliada por Western blot e microscopia de fluorescência.
- Principais conclusões: O knockout do gene da caspase-7 em células CHO resultou numa melhoria da expressão proteica, provavelmente devido à paragem do ciclo celular na fase G2/M causada pela perda da caspase-7.
Estudo: "Desenvolvimento de uma linha de células CHO para a produção estável de anticorpos recombinantes contra a MMP9 humana" (2015)
- Objetivo: Produzir anticorpos monoclonais contra a proteína MMP9 humana em células CHO.
- Metodologia: As células CHO foram transfectadas com plasmídeos que codificam o anticorpo contra a MMP9 humana e selecionadas para expressão estável usando geneticina. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
- Principais conclusões: A linha celular CHO estável mostrou níveis elevados de expressão e estabilidade do anticorpo ao longo de múltiplas passagens, sugerindo uma utilização potencial em aplicações terapêuticas dirigidas à MMP9 humana.

Perguntas frequentes sobre as células CHO

Referências

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Pan, X., et al., Caracterização metabólica de uma fase de aumento do tamanho da célula CHO em culturas em lote alimentado. Microbiologia aplicada e biotecnologia, 2017. 101: p. 8101-8313.
Turilova, V.I., T.S. Goryachaya, e T.K. Yakovleva, Linha celular de ovário de hamster chinês DXB-11: instabilidade cromossómica e heterogeneidade do cariótipo. Molecular Cytogenetics, 2021, 14(1): p. 1-12.
Hunter, M., et al., otimização da expressão de proteínas em células de mamíferos. Protocolos atuais em ciência de proteínas, 2019. 95(1): p. e77.
Nyon, MP, et al., Engenharia de uma linha celular CHO estável para a expressão de um antígeno de vacina contra o coronavírus MERS. Vacina, 2018. 36(14): p. 1853-1862.
Pacheco, B.S., et al., Atividade citotóxica de ácidos graxos de macroalgas antárticas sobre o crescimento de células de câncer de mama humano. Fronteiras em Bioengenharia e Biotecnologia, 2018. 6: p. 185.
Ryu, J., et al., desenvolvimento de uma linha celular CHO para produção estável de anticorpos recombinantes contra MMP9 humano. BMC biotecnologia, 2022. 22(1): p. 8.