摘要:在生物制药领域中国仓鼠卵巢(CHO)细胞是核心的宿主细胞。随机转基因整合(RTI)技术已成为产生稳定 CHO 产细胞系的黄金标准。但该方法会增加诱发细胞系不稳定性的等风险。近年来,特异位点基因组整合技术,使CHO 细胞系开发迈入 “精准化” 时代。本文深入分析各技术的工业应用场景,探讨技术优化策略与未来发展趋势,为生物制药行业的细胞系开发提供全面参考。
开篇:为啥CHO 细胞是生物药的 “王牌工厂”?
CHO 细胞的地位简直无可替代!它有着易生长、密度高、“类人化修饰”和耐受人致病性病毒等优点。让它拥有了3430亿美元生物药市场。
那么如何让CHO 细胞稳定产药呢?关键在于转基因整合,目的基因插入后,需要保证其稳定性和高产。这事儿,过去和现在的玩法可太不一样了!
传统玩法:RTI 技术,靠 “盲盒” 碰运气
早期,咱们都用随机转基因整合(RTI)技术。原理特简单:把带目的基因的质粒线性化,转进 CHO 细胞,让它随机插进基因组,再靠筛选压力挑出阳性细胞(图 2)。
这个技术简单,缺点也十分明显!首先是克隆异质性极强,只有1%-2%的克隆能达到工业生产要求。其次稳定性差,线性化质粒容易传代多次后丢失基因且产量下降。。
为了提高效率,行业内也一直在在优化:用 GS 筛选系统把开发周期从 30 周缩到 20 周,从跳过中间步骤,再配上微滴式高通量筛选平台,总算让这老技术还能发光发热
进阶阶段:STI 技术,半精准导航直击痛点
转座酶介导的半靶向整合(STI)避免了RTI 的 “盲目性”!运用转座酶带着转座子(含目的基因),专门往基因组的转录活跃区域插(比如带 TTAA 基序的位点)。
现在主流的转座酶系统有三个:Sleeping Beauty、PiggyBac和Leap-In®。其中Leap-In®1在新冠期间用于制备新冠中和抗体,转染后 3 个月就做出 GMP 级产品,8 个月就放大到 12000L 规模,产量还能到 5g/L!
STI 的好处很多:细胞池均一性高,不用筛太多克隆;稳定性强,75 代传代产量几乎不跌;开发周期直接砍半,应急生产、早期临床样品都靠它。唯一小遗憾是,好的转座酶系统授权费不便宜,有点门槛。
终极阶段:SSI 技术,精准定位零误差
将 STI 比作“半精准导航”,位点特异性整合(SSI)则是“精准定位”!可以把目的基因插入进转录活跃、不致癌、不影响宿主基因的区域,保证高产且稳定。
SSI 有两种方式:一种是重组酶介导的盒式交换(RMCE),比如 Cre-loxP、Flp-FRT 系统;另一种是核酸酶介导的HDR 修复,用 CRISPR/Cas9、TALEN。
目前 CHO 细胞里验证过的安全港位点有Hprt1、Fer1L4、C12orf35,其中用的最多的是Hprt1。用 SSI 技术做出来的细胞系,克隆一致性极高,产物质量变异系数不到 5%,很适合商业化生产。
任何技术又会有缺点,SSI也不例外:整合效率偏低(一般不到 30%),得敲除 DNA 连接酶 IV 这类基因来提升;前期构建 “着陆垫” 细胞系要花 6-8 个月,前期投入不小。但长远来看,精准度带来的质量优势,绝对值回票价!
技术大比拼& 未来趋势
三种技术各有千秋,应急生产、早期临床选 STI,快准稳;商业化大生产选 SSI,质量可控;低成本项目选优化后的 RTI,性价比高。
如何做技术融合是未来发展的方向。例如将CRISPR 和转座酶拼一起,既有 Cas9 的精准定位,又有转座酶的高效整合,完美解决 SSI 效率低、STI 靶向性不足的问题。还有稳定细胞池直接用于临床生产,新冠期间已经验证过可行性,未来监管机构大概率会放宽政策。
结尾:技术革新,最终惠及患者
从 RTI 的 “盲盒时代”,到 STI 的 “半精准时代”,再到 SSI 的 “精准时代”,CHO 细胞系开发技术的每一步进步,都在让生物药更便宜、更易获取。新冠抗体能快速量产,复杂双特异性抗体能稳定生产,背后都是这些技术在发力。
作为科研人,看着这些技术从实验室走进工厂,真的很感慨~ 未来还会有更多新工具、新位点被发现,咱们生物药人的 “武器库” 会越来越强,最终受益的,还是千千万万的患者呀!
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