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Células CHO na bioprodução: aplicações e inovações

Derivada do ovário de um hamster chinês, a linhagem celular CHO é um elemento fundamental na pesquisa médica e biológica, com sua ampla gama de aplicações. Essa linhagem celular de mamífero oferece possibilidades infinitas, desde a produção de proteínas recombinantes até a expressão gênica, triagem de toxicidade, nutrição e estudos genéticos.

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BSL-1
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Nosso artigo mergulha no fascinante mundo das células CHO, explorando como essas células revolucionaram a pesquisa biofarmacêutica e abriram caminho para terapias que salvam vidas. Prepare-se para desvendar os segredos das poderosas células CHO e descobrir como elas impulsionam avanços revolucionários na medicina e em outras áreas! Você aprenderá tudo o que precisa saber antes de começar, incluindo:

O que é a linhagem celular CHO?

Desde sua criação em 1957 por Theodore T. Puck, as células de ovário de hamster chinês (CHO) tornaram-se um elemento essencial na pesquisa biológica e médica devido ao seu rápido crescimento e alta produção de proteínas. Essas células epiteliais, derivadas do ovário do hamster chinês, são amplamente utilizadas em biofabricação, genética, triagem de toxicidade, nutrição e estudos de expressão gênica.

As células CHO podem produzir proteínas com modificações pós-traducionais (PTMs) semelhantes às encontradas em humanos. Elas também apresentam deficiência na síntese de prolina e não expressam o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), o que as torna ideais para a investigação de várias mutações no EGFR.

Na biofabricação, as células CHO são amplamente utilizadas para a produção de anticorpos monoclonais, proteínas recombinantes e vacinas. Mais de 60 proteínas terapêuticas produzidas com células CHO foram aprovadas para produção, e seu uso continua a se expandir. Nosso artigo analisa as propriedades notáveis e as diversas aplicações das células CHO, destacando seu papel crucial na promoção de avanços na biomedicina e em outras áreas. Prepare-se para explorar o fascinante mundo das células CHO e descobrir seu potencial inigualável na pesquisa biomédica!

Chinese hamster

Células CHO: a escolha preferida da indústria biofarmacêutica para a produção de proteínas recombinantes

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

Embora você talvez não saiba, as células de ovário de hamster chinês (CHO) podem ser as responsáveis se você já passou por uma terapia com anticorpos monoclonais. Essas células adaptáveis são frequentemente utilizadas pela indústria biofarmacêutica para produzir proteínas recombinantes empregadas em pesquisas biomédicas, diagnósticos e uma variedade de terapêuticas. Terapêuticas à base de proteínas, chamadas de anticorpos monoclonais (mAbs), são utilizadas para tratar diversas doenças, como câncer, doenças autoimunes e doenças infecciosas. Como sofrem modificações pós-traducionais semelhantes às das células humanas, as células CHO são frequentemente utilizadas na produção de mAbs. Essas modificações são necessárias para que essas terapêuticas funcionem adequadamente.

As proteínas criadas por meio da engenharia genética são conhecidas como proteínas recombinantes. Além de servirem como reagentes de pesquisa, elas também podem ser utilizadas como terapêuticas e diagnósticos. Como podem sofrer modificações pós-traducionais e apresentam 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, alta expressão proteica e capacidade de produzir grandes quantidades de proteína. Com rendimentos que variam de 3 a 10 gramas por litro de cultura, a linhagem celular CHO é uma revolução no setor biofarmacêutico, graças à sua capacidade inigualável de produzir proteínas terapêuticas em massa. As células CHO são hoje um componente vital da biomedicina contemporânea graças à otimização genética, que aumenta sua capacidade de gerar grandes quantidades de proteínas recombinantes.

Vacinas são produtos biofarmacêuticos utilizados para prevenir e tratar infecções causadas por vírus e bactérias. As vacinas contra a COVID-19 estão entre as produzidas com células CHO. Os cientistas desenvolveram diversas técnicas, incluindo engenharia genética, otimização de meios de cultura e desenvolvimento de processos, para aprimorar o desempenho das células CHO na produção de produtos biofarmacêuticos. Essas técnicas resultaram na criação de sistemas de cultura de alto rendimento e baixo custo para a produção de produtos biofarmacêuticos utilizando células CHO. A ampla gama de aplicações das células CHO inclui:

Unidade de produção farmacêutica.

Células CHO na produção biofarmacêutica

As células CHO são utilizadas para produzir diversos produtos bioterapêuticos, incluindo proteínas recombinantes e anticorpos monoclonais empregados no tratamento de doenças como câncer, distúrbios autoimunes e doenças infecciosas. A adoção das células CHO na indústria biofarmacêutica deve-se, em grande parte, à sua capacidade de realizar modificações pós-traducionais semelhantes às das células humanas, tornando-as hospedeiras mamíferas ideais para a produção de proteínas terapêuticas compatíveis com o ser humano. A compreensão abrangente dos perfis proteicos das células-hospedeiras CHO e a implementação de técnicas de ELISA para 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 consolidaram sua posição como uma plataforma multifuncional na indústria de biotecnologia.

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 fornecer terapias direcionadas para diversas 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 proteínas humanas. A produção de anticorpos com células CHO evoluiu com aprimoramentos nas técnicas de cultura celular e na engenharia de células CHO, levando ao desenvolvimento de células CHO de alta qualidade, essenciais para o desenvolvimento de produtos biofarmacêuticos. Abordagens biotecnológicas abrangentes, incluindo tecnologia de DNA e métodos sofisticados de cultura celular, têm sido aplicadas para otimizar os sistemas de células CHO, visando aumentar a eficiência na produção de anticorpos.

Biologia Molecular e Engenharia de Células CHO

A fusão de técnicas de biologia molecular com o cultivo de células CHO levou à criação de linhagens de células CHO transgênicas e à manipulação de mutantes de células de hamster chinês para obter as características desejadas. Esses avanços na engenharia celular e na tecnologia de DNA facilitaram o desenvolvimento de células CHO capazes de produzir proteínas recombinantes específicas com alta eficácia. A exploração de abordagens de cultura de células eucarióticas, incluindo células CHO e HeLa, contribuiu para uma melhor compreensão dos mecanismos celulares e para a otimização de culturas de células de mamíferos para a produção de proteínas terapêuticas.

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

  • Triagem de toxicidade: as células CHO são utilizadas para avaliar a toxicidade de medicamentos, incluindo agentes terapêuticos anticâncer e antivirais. Por exemplo, um estudo explorou a atividade específica contra o câncer de mama dos ácidos graxos derivados de microalgas antárticas, utilizando células CHO como linha celular de controle.
  • Expressão gênica: as células CHO são utilizadas para expressar genes de forma estável e transitória, para estudos de função gênica ou produção direcionada de proteínas. Ferramentas de edição gênica são utilizadas para desenvolver modelos de knock-in e knockout em linhagens celulares CHO.

Perspectivas futuras na pesquisa com células CHO

A pesquisa e o desenvolvimento em andamento nos sistemas de células CHO estão focados em aumentar a eficiência e a versatilidade dessas células na produção biofarmacêutica. Como as células CHO permanecem na vanguarda das terapias com proteínas recombinantes, 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 os benefícios das poderosas células CHO

Aqui estão algumas vantagens-chave da linhagem celular CHO que a tornam uma ferramenta de pesquisa atraente.

  1. Facilidade de cultura: Os procedimentos e condições de cultura da linha celular CHO não são exigentes. Essas células são resistentes e capazes de tolerar variações de temperatura e alterações de pH. Portanto, são ideais para cultura em larga escala.
  2. Modificações pós-traducionais: Essas 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.
  3. Alta produtividade: As células CHO são amplamente utilizadas para a produção de altos rendimentos de proteínas recombinantes. A otimização genética da linhagem celular CHO resultou em aproximadamente 3 a 10 gramas de proteína por litro de cultura.
  4. Expressão gênica: As células CHO são fáceis de transfectar; portanto, são frequentemente utilizadas para estudos de expressão transitória e estável. Além disso, diversas ferramentas genéticas são empregadas para desenvolver modelos de knock-in e knockout gênico utilizando a linhagem celular CHO.
  5. Aprovações governamentais: as células CHO têm sido utilizadas em quase 50 produtos bioterapêuticos aprovados nos EUA e na UE.
  6. Baixa suscetibilidade a vírus: Devido à origem em hamsters, o risco de propagação de vírus humanos é reduzido, diminuindo as perdas de produção e aumentando a biossegurança.

Principais características das células CHO

  • Morfologia: As células CHO apresentam uma aparência semelhante à das células epiteliais, com formato alongado e semelhante ao dos fibroblastos. São aderentes e, normalmente, crescem em monocamadas.

  • Tamanho celular: O diâmetro médio das células CHO está entre 12 e 14 μm.

  • Genoma e ploidia: As células CHO são aneuploides, possuindo 21 cromossomos, o que difere do número euploide de cromossomos encontrado no hamster chinês. O cariótipo das células CHO é caracterizado por múltiplos rearranjos estruturais, incluindo a perda parcial do cromossomo 2 e de material do cromossomo X. 

CHO cells mid confluent and at a high confluency

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

Comparação entre as linhagens celulares CHO e CHO-K1

Desde que a linhagem celular CHO original foi descrita em 1956, muitas variações dessa linhagem foram criadas 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 posteriormente produzida por meio de mutagênese com metanossulfonato de etila. No entanto, sua utilidade era limitada devido à capacidade de reverter à atividade da DHFR quando submetidas à mutagênese. Posteriormente, as células CHO foram submetidas à mutagênese por radiação gama para produzir a CHO-DG44, na qual ambos os alelos da DHFR foram totalmente eliminados. Essas linhagens deficientes em DHFR requerem glicina, hipoxantina e timidina para o crescimento e são amplamente utilizadas na produção industrial de proteínas. Desde então, outros sistemas de seleção tornaram-se populares, e demonstrou-se que células-hospedeiras como CHO-K1, CHO-S e CHO-Pro minus produzem altos níveis de proteínas. Devido à instabilidade genética, essas linhagens celulares são frequentemente cultivadas em meios livres de componentes de origem animal ou quimicamente definidos, em biorreatores de cultura em suspensão. As complexidades da genética das células CHO e da derivação clonal também foram discutidas.

Unlock breakthroughs with our CHO cells

Ten Tips for Culturing CHO Cells

  1. The CHO cell line is a low-maintenance cell line that is easy to culture.
  2. CHO cells have a fast population-doubling time of 14–17 hours.
  3. CHO cells are adherent and grow as monolayers or can be adapted to grow in suspension.
  4. Subculture CHO cells at 80–90% confluency using Accutase.
  5. Seed CHO cells at 1 x 104 cells/cm2 cell density to yield a confluent monolayer in around 4 days.
  6. For optimal culturing, use a 50:50 DMEM and Ham's F12 mixture supplemented with 5% FBS and L-glutamine.
  7. Renew the growth medium 2-3 times a week.
  8. Cultivate CHO cells in a humidified incubator supplemented with 5% CO2 gas at 37°C.
  9. Store CHO cells in liquid nitrogen's vapor or liquid phase (-196°C).
  10. Follow the Biosafety Level 1 guideline for handling and culturing the CHO cell line.

Protocols, Videos and Recent Publications on CHO Cells

Here are some excellent resources to explore for learning about CHO cell line culturing and maintenance.

  1. An extensive cell culture protocol on CHO cells: This link can help you learn all about CHO cell subculturing and transfection.
  2. CHO cells: This site will provide basic cell culture information about the CHO cell line, including splitting, storage, freezing, and thawing of cells, etc.
  3. Thawing CHO cells: This video shows an exemplary thawing protocol for frozen CHO cells.

Transfection protocols for CHO cell line

CHO cells are highly amenable to both transient and stable transfection of genes. Here are some resources providing helpful information about CHO cell line transfection protocols.

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Conteúdo: 1.5 milliliter

Preços sem impostos, mais custos de envio

cryovial
Número do produto: 603479

Interesting Research Publications using CHO Cells

The following are summaries of various studies that have utilized CHO cells:

  1. Study: "Rapid, high-yield production of full-length SARS-CoV-2 spike ectodomain by transient gene expression in CHO cells" (2021)

    • Purpose: To express the SARS-CoV-2 spike ectodomain in CHO cells using three transient transfection methods for high productivity.
    • Methodology: CHO cells were transfected with plasmids encoding the full-length SARS-CoV-2 spike ectodomain using three transient transfection methods. Protein expression was assessed by ELISA and Western blot.
    • Key Findings: All three transient transfection methods showed high levels of protein expression, with the highest yield obtained by the polyethylenimine method.

  2. Study: "Engineering a stable CHO cell line for the expression of a MERS-coronavirus vaccine antigen" (2018)

    • Purpose: To produce MERS-coronavirus antigen in CHO cells for use as a future candidate vaccine.
    • Methodology: CHO cells were transfected with a plasmid encoding the MERS-coronavirus antigen and selected for stable expression using geneticin. Protein expression was assessed by ELISA and Western blot.
    • Key Findings: The stable CHO cell line showed high levels of protein expression and stability over multiple passages.

  3. Study: "Cytotoxic activity of fatty acids from Antarctic macroalgae on the growth of human breast cancer cells" (2018)

    • Purpose: To use CHO cells as a control to assess the toxicity of anti-cancer agents against normal cells.
    • Methodology: CHO cells were cultured and treated with fatty acids from Antarctic macroalgae, and cell viability was assessed using the MTT assay.
    • Key Findings: Fatty acids from Antarctic macroalgae showed no cytotoxic effects on CHO cells, suggesting potential use as an anti-cancer agent with selectivity for cancer cells.

  4. Study: "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)

    • Purpose: To genetically manipulate CHO cells to improve the expression of recombinant proteins.
    • Methodology: The caspase-7 gene was knocked out in CHO cells using CRISPR/Cas9 technology, and protein expression was assessed by Western blot and fluorescence microscopy.
    • Key Findings: Knockout of the caspase-7 gene in CHO cells resulted in improved protein expression, likely due to the G2/M phase cell cycle arrest caused by the loss of caspase-7.

  5. Study: "Development of a CHO cell line for stable production of recombinant antibodies against human MMP9" (2015)

    • Purpose: To produce monoclonal antibodies against the human MMP9 protein in CHO cells.
    • Methodology: CHO cells were transfected with plasmids encoding the antibody against human MMP9 and selected for stable expression using geneticin. Protein expression was assessed by ELISA and Western blot.
    • Key Findings: The stable CHO cell line showed high levels of antibody expression and stability over multiple passages, suggesting potential use in therapeutic applications targeting human MMP9.
CHO (Chinese Hamster Ovary) cells are a type of cell line derived from the ovary of the Chinese hamster. They are extensively used in biological and medical research for various purposes, including the production of recombinant proteins, the study of gene function, and the development of therapeutic drugs.
CHO cells are preferred for protein production due to their ability to perform post-translational modifications similar to those in human cells. This makes the proteins produced by CHO cells more likely to be similar to human proteins in structure and function, important for therapeutic applications.
CHO cells are amenable to transfection, the process of introducing foreign DNA into cells, because they readily take up and express foreign genes. This makes them ideal for gene expression studies and the production of recombinant proteins.
CHO cells are commonly used for antibody production because they can be engineered to produce high levels of antibodies and can carry out human-like post-translational modifications, ensuring the antibodies are functional and less likely to be recognized as foreign by the human immune system.
CHO cells are important in biotechnology and pharmaceutical research because of their versatility in expressing a wide range of proteins, compatibility with human protein processing, and scalability in production processes, making them a cornerstone in the development of biopharmaceuticals.
CHO cells have become common due to their stable genetics, ease of cultivation, high productivity, and ability to accurately replicate human protein modifications, making them a reliable and efficient choice for industrial-scale protein production.
CHO cells produce lactate as a byproduct of anaerobic glycolysis, a metabolic pathway that provides energy under low oxygen conditions or when energy demand exceeds the capacity of oxidative phosphorylation. Lactate production is also influenced by the cells' metabolic engineering to optimize growth and production rates.
Advantages of CHO cells include their ability to carry out complex post-translational modifications, high scalability, and robustness in various cultivation conditions. Disadvantages may include the risk of viral contamination, the complex and costly downstream processing required, and potential differences from human glycosylation patterns.
CHO cells need glutamine as a critical nutrient for energy production, biosynthesis of proteins and nucleotides, and as a carbon source in the TCA cycle, supporting cell growth and maintenance.
CHO cells are eukaryotic, capable of post-translational modifications, and used for complex protein production. E. coli cells are prokaryotic, used for simpler, high-yield protein production but lack the machinery for advanced post-translational modifications.
HEK 293 cells are human embryonic kidney cells known for high transfection efficiency and human-like protein processing, while CHO cells are derived from hamster ovary cells and favored for their robust growth and scalability in protein production.
CHO cells often require serum in their growth medium for optimal growth and productivity, providing necessary hormones, growth factors, and nutrients, although serum-free media have been developed for specific applications.
CHO cells can be engineered to be recombinant, meaning they have been genetically modified to express foreign genes, making them a key tool in the production of recombinant proteins for therapeutic use.
Yes, CHO cells can be engineered to secrete high levels of antibodies, making them a primary choice for the production of therapeutic monoclonal antibodies.
Cells convert pyruvate to lactate under anaerobic conditions or when energy demands exceed the capacity of mitochondrial oxidative phosphorylation, allowing glycolysis to continue producing ATP and NAD.

References

  1. Reinhart, D., et al., Bioprocessing of Recombinant CHO‐K1, CHO‐DG44, and CHO‐S: CHO Expression hosts favor either mAb production or biomass synthesis. Biotechnology journal, 2019. 14(3): p. 1700686.
  2. Pan, X., et al., Metabolic characterization of a CHO cell size increase phase in fed-batch cultures. Applied microbiology and biotechnology, 2017. 101: p. 8101–8313.
  3. 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.
  4. Hunter, M., et al., optimization of protein expression in mammalian cells. Current protocols in protein science, 2019. 95(1): p. e77.
  5. Nyon, M.P., et al., Engineering a stable CHO cell line for the expression of a MERS-coronavirus vaccine antigen. Vaccine, 2018. 36(14): p. 1853–1862.
  6. Pacheco, B.S., et al., Cytotoxic activity of fatty acids from Antarctic macroalgae on the growth of human breast cancer cells. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6: p. 185.
  7. Ryu, J., et al., development of a CHO cell line for stable production of recombinant antibodies against human MMP9. BMC biotechnology, 2022. 22(1): p. 8.

 

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