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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.

Descubra inovações com nossas células CHO

Dez dicas para o cultivo de células CHO

  1. A linhagem celular CHO é uma linhagem de baixa manutenção e fácil de cultivar.
  2. As células CHO apresentam um tempo de duplicação populacional rápido, de 14 a 17 horas.
  3. As células CHO são aderentes e crescem em monocamadas ou podem ser adaptadas para crescer em suspensão.
  4. Faça a subcultura das células CHO quando atingirem 80–90% de confluência, utilizando Accutase.
  5. Semeie as células CHO a uma densidade de 1 x 10⁴ células/cm² para obter uma monocamada confluente em cerca de 4 dias.
  6. Para uma cultura ideal, use uma mistura 50:50 de DMEM e Ham’s F12 suplementada com 5% de FBS e L-glutamina.
  7. Renove o meio de crescimento 2 a 3 vezes por semana.
  8. Cultive as células CHO em uma incubadora umidificada, suplementada com 5% de gás CO₂ a 37 °C.
  9. Armazene as células CHO na fase de vapor ou líquida do nitrogênio líquido (-196 °C).
  10. Siga as diretrizes do Nível 1 de Biossegurança para o manuseio e a cultura da linhagem celular CHO.

Protocolos, vídeos e publicações recentes sobre células CHO

Aqui estão alguns recursos excelentes para explorar e aprender sobre o cultivo e a manutenção da linhagem celular CHO.

  1. Um protocolo abrangente de cultura celular com células CHO: este link pode ajudá-lo a aprender tudo sobre subcultura e transfecção de células CHO.
  2. Células CHO: este site fornece informações básicas sobre cultura celular da linhagem de células CHO, incluindo divisão, armazenamento, congelamento e descongelamento das células, etc.
  3. Descongelamento de células CHO: este vídeo mostra um protocolo exemplar de descongelamento para células CHO congeladas.

Protocolos de transfecção para a linhagem celular CHO

As células CHO são altamente receptivas tanto à transfecção transitória quanto à estável de genes. Aqui estão alguns recursos que fornecem informações úteis sobre protocolos de transfecção da linhagem celular CHO.

US$ 395,00*

Conteúdo: 1.5 milliliter

Preços sem impostos, mais custos de envio

cryovial
Número do produto: 603479

Publicações de pesquisa interessantes que utilizam células CHO

A seguir, apresentamos resumos de vários estudos que utilizaram células CHO:

  1. Estudo: “Produção rápida e de alto rendimento do ectodomínio completo da proteína spike do SARS-CoV-2 por meio de expressão gênica transitória em células CHO” (2021)

    • Objetivo: Expressar o ectodomínio da proteína spike do SARS-CoV-2 em células CHO utilizando três métodos de transfecção transitória para obter alta produtividade.
    • Metodologia: As células CHO foram transfectadas com plasmídeos que codificam o ectodomínio completo da proteína spike do SARS-CoV-2 utilizando três métodos de transfecção transitória. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
    • Principais resultados: Todos os três métodos de transfecção transitória apresentaram altos níveis de expressão proteica, sendo que o maior rendimento foi obtido pelo método da polietilenimina.

  2. Estudo: “Engenharia de uma linhagem celular CHO estável para a expressão de um antígeno de vacina contra o coronavírus MERS” (2018)

    • Objetivo: Produzir o antígeno do coronavírus MERS em células CHO para uso como futura candidata a vacina.
    • Metodologia: As células CHO foram transfectadas com um plasmídeo que codifica o antígeno do coronavírus MERS e selecionadas para expressão estável utilizando geneticina. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
    • Principais resultados: A linhagem celular CHO estável apresentou altos níveis de expressão proteica e estabilidade ao longo de múltiplas passagens.

  3. Estudo: “Atividade citotóxica de ácidos graxos de macroalgas antárticas no crescimento de células de câncer de mama humano” (2018)

    • Objetivo: Utilizar células CHO como controle para avaliar a toxicidade de agentes anticâncer contra células normais.
    • Metodologia: As células CHO foram cultivadas e tratadas com ácidos graxos de macroalgas antárticas, e a viabilidade celular foi avaliada por meio do ensaio MTT.
    • Principais conclusões: Os ácidos graxos de macroalgas antárticas não apresentaram efeitos citotóxicos nas células CHO, sugerindo seu potencial uso como agente anticâncer com seletividade para células cancerosas.

  4. Estudo: “A inativação do gene da caspase-7 melhora a expressão da proteína recombinante na linhagem celular CHO por meio da parada 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 inativado em células CHO utilizando a tecnologia CRISPR/Cas9, e a expressão da proteína foi avaliada por Western blot e microscopia de fluorescência.
    • Principais conclusões: A inativação do gene da caspase-7 nas células CHO resultou em melhor expressão da proteína, provavelmente devido à parada do ciclo celular na fase G2/M causada pela perda da caspase-7.

  5. Estudo: “Desenvolvimento de uma linhagem celular 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 utilizando geneticina. A expressão da proteína foi avaliada por ELISA e Western blot.
    • Principais resultados: A linhagem celular CHO estável apresentou altos níveis de expressão do anticorpo e estabilidade ao longo de múltiplas passagens, sugerindo potencial uso em aplicações terapêuticas direcionadas à MMP9 humana.
As células CHO (ovário de hamster chinês) são um tipo de linhagem celular derivada do ovário do hamster chinês. Elas são amplamente utilizadas em pesquisas biológicas e médicas para diversos fins, incluindo a produção de proteínas recombinantes, o estudo da função gênica e o desenvolvimento de medicamentos terapêuticos.
As células CHO são preferidas para a produção de proteínas devido à sua capacidade de realizar modificações pós-traducionais semelhantes às observadas nas células humanas. Isso aumenta a probabilidade de as proteínas produzidas pelas células CHO serem semelhantes às proteínas humanas em termos de estrutura e função, o que é importante para aplicações terapêuticas.
As células CHO são suscetíveis à transfecção — o processo de introdução de DNA estranho nas células —, pois absorvem e expressam genes estranhos com facilidade. Isso as torna ideais para estudos de expressão gênica e para a produção de proteínas recombinantes.
As células CHO são comumente utilizadas para a produção de anticorpos, pois podem ser modificadas geneticamente para produzir altos níveis de anticorpos e são capazes de realizar modificações pós-traducionais semelhantes às do ser humano, garantindo que os anticorpos sejam funcionais e tenham menor probabilidade de serem reconhecidos como estranhos pelo sistema imunológico humano.
As células CHO são importantes na pesquisa biotecnológica e farmacêutica devido à sua versatilidade na expressão de uma ampla gama de proteínas, à compatibilidade com o processamento de proteínas humanas e à escalabilidade nos processos de produção, o que as torna um pilar fundamental no desenvolvimento de produtos biofarmacêuticos.
As células CHO tornaram-se comuns devido à sua estabilidade genética, facilidade de cultivo, alta produtividade e capacidade de reproduzir com precisão as modificações das proteínas humanas, o que as torna uma opção confiável e eficiente para a produção de proteínas em escala industrial.
As células CHO produzem lactato como subproduto da glicólise anaeróbica, uma via metabólica que fornece energia em condições de baixo nível de oxigênio ou quando a demanda energética excede a capacidade da fosforilação oxidativa. A produção de lactato também é influenciada pela engenharia metabólica das células, com o objetivo de otimizar as taxas de crescimento e produção.
As vantagens das células CHO incluem sua capacidade de realizar modificações pós-traducionais complexas, alta escalabilidade e robustez em diversas condições de cultivo. As desvantagens podem incluir o risco de contaminação viral, o processamento pós-cultivo complexo e oneroso necessário e possíveis diferenças em relação aos padrões de glicosilação humanos.
As células CHO precisam da glutamina como nutriente essencial para a produção de energia, a biossíntese de proteínas e nucleotídeos e como fonte de carbono no ciclo de Krebs, contribuindo para o crescimento e a manutenção celular.
As células CHO são eucarióticas, capazes de sofrer modificações pós-traducionais e utilizadas para a produção de proteínas complexas. As células de E. coli são procarióticas, utilizadas para a produção de proteínas mais simples e de alto rendimento, mas não possuem a maquinaria necessária para modificações pós-traducionais avançadas.
As células HEK 293 são células renais embrionárias humanas conhecidas por sua alta eficiência de transfecção e pelo processamento de proteínas semelhante ao humano, enquanto as células CHO são derivadas de células de ovário de hamster e são preferidas por seu crescimento robusto e capacidade de escalabilidade na produção de proteínas.
As células CHO geralmente requerem soro em seu meio de cultivo para um crescimento e produtividade ideais, pois o soro fornece os hormônios, fatores de crescimento e nutrientes necessários, embora tenham sido desenvolvidos meios sem soro para aplicações específicas.
As células CHO podem ser modificadas para se tornarem recombinantes, o que significa que foram geneticamente modificadas para expressar genes estranhos, tornando-as uma ferramenta fundamental na produção de proteínas recombinantes para uso terapêutico.
Sim, as células CHO podem ser modificadas geneticamente para secretar altos níveis de anticorpos, o que as torna a principal opção para a produção de anticorpos monoclonais terapêuticos.
As células convertem o piruvato em lactato em condições anaeróbicas ou quando as demandas energéticas excedem a capacidade da fosforilação oxidativa mitocondrial, permitindo que a glicólise continue produzindo ATP e NAD.

Referências

  1. Reinhart, D., et al., Bioprocessamento de CHO-K1, CHO-DG44 e CHO-S recombinantes: as células hospedeiras de expressão CHO favorecem a produção de anticorpos monoclonais ou a síntese de biomassa. Biotechnology Journal, 2019. 14(3): p. 1700686.
  2. Pan, X., et al., Caracterização metabólica de uma fase de aumento do tamanho das células CHO em culturas em batelada alimentada. Microbiologia Aplicada e Biotecnologia, 2017. 101: p. 8101–8313.
  3. Turilova, V.I., T.S. Goryachaya e T.K. Yakovleva, Linha celular de ovário de hamster chinês DXB-11: instabilidade cromossômica e heterogeneidade do cariótipo. Citogenética Molecular, 2021, 14(1): p. 1–12.
  4. Hunter, M., et al., otimização da expressão de proteínas em células de mamíferos. Protocolos atuais em ciência das proteínas, 2019. 95(1): p. e77.
  5. Nyon, M.P., et al., Engenharia de uma linhagem celular CHO estável para a expressão de um antígeno de vacina contra o coronavírus MERS. Vaccine, 2018. 36(14): p. 1853–1862.
  6. Pacheco, B.S., et al., Atividade citotóxica de ácidos graxos de macroalgas antárticas no crescimento de células de câncer de mama humano. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018. 6: p. 185.
  7. Ryu, J., et al., Desenvolvimento de uma linhagem celular CHO para a produção estável de anticorpos recombinantes contra a MMP9 humana. BMC Biotechnology, 2022. 22(1): p. 8.

 

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