ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И/ИЛИ НИЗКОГО pН В КУЛЬТУРЕ КЛЕТОК
USE OF LOW TEMPERATURE AND/OR LOW pH IN CELL CULTURE

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно Предварительной Заявке США сер. №60/913,382, поданной 23 апреля, 2007, включенной в текст настоящей заявки в полном объеме посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники
[0002] Настоящее изобретение относится к способам улучшения продуцирования белков культивируемыми клетками, в частности клетками млекопитающих. В частности, данное изобретение относится к способам получения белкового(ых) продукта(ов), например, гликопротеинового(ых) продукта(ов), в которых характеристики белкового продукта контролируют путем манипуляций с условиями, в которых находится культура клеток. Изобретение также относится к способам повышения терапевтической эффективности и/или иммуногенности белкового(ых) продукта(ов), например, гликопротеинового продукта(ов), продуцируемых клетками млекопитающих, например, путем управления гликозилированием белков и снижения агрегации и неправильного сворачивания белка за счет снижения температуры и/или рН клеточной культуры.
Уровень техники
[0003] Большую часть продуктов биотехнологии как коммерчески доступных, так и находящихся на стадии разработки, составляют белковые терапевтические средства. Существует значительная и продолжающая расти потребность в получении белка в культуре клеток животных, а также в улучшенных способах такого получения. Такие улучшенные способы нужны, поскольку клеточный аппарат клетки животного, как правило, должен вырабатывать много форм белковых лекарственных средств, таких как белки, подвергшиеся посттрансляционной модификации, в частности гликозилированные белки.
[0004] Обычной проблемой, возникающей при применении способов крупномасштабного получения терапевтических белков, является то, что значительную часть белкового продукта получают в неправильно свернутой или агрегированной форме, т.е. в форме агрегатов высокой молекулярной массой («HMWA»). Например, повышенная рекомбинантная экспрессия полипептидов в клетках может вызвать перегрузку аппарата эндоплазматического ретикулума (ЭР), что приводит к тому, что повышенное количество неправильно свернутых и/или агрегированных белков ускользает от механизма разрушения и выходит из ЭР. Таким образом, современные способы получения белка могут давать большую долю продукта, являющегося агрегированным, нефункциональным и, следовательно, бесполезного. Присутствие неправильно свернутого и/или агрегированного белка нежелательно, поскольку это может привести к неблагоприятным явлениям после введения, включая, но не ограничиваясь, возможную иммуногенность при введении (например, активацию комплемента или анафилаксию). Таким образом, избыточное неправильное сворачивание и/или агрегация терапевтического белка может привести к неудаче, например, в клинических испытаниях. В связи с этим, в данной области существует необходимость в новых способах ограничения или снижения неправильного сворачивания и/или агрегации белка.
[0005] Гликозилирование белков является обычным процессом посттрансляционной модификации, в ходе которого к поверхности белка в ЭР под действием ряда специализированных ферментов, гликотрансфераз и гликозидаз, присоединяются фрагменты сложных сахаров. Этот процесс может регулировать правильную укладку новосинтезированных полипептидов таким образом, чтобы только правильно свернутые белки могли покинуть ЭР, а неправильно свернутые подвергались расщеплению (разрушению). Характер гликозилирования белков влияет на нацеливание белков на их мишени, структуру, термодинамическую стабильность и ферментативную активность (см., напр., Solá et al. (2007) Cell. Mol. Life Sci. 64:2133-52; Solá and Griebenow (2006) FEBS Lett. 580:1685-90). Например, сиалирование N-гликанов связано с увеличением периода полужизни гликопротеинов, поскольку такие гликопротеины не распознаются рецепторами асиалогликопротеинов, которые направленно расщепляют несиалированные белки (см., напр., Bork et al. (2007) FEBS Letters 581:4195-98). Таким образом, изменения гликозилирования белков могут влиять на качество и эффективность продукта.
[0006] Более того, нарушенное гликозилирование белков может стать причиной иммуногенности конечного терапевтического белкового продукта. К белкам, продуцируемым в неприродных, субоптимальных условиях, могут присоединяться сахара и комбинации сахаров, не встречающиеся в природе на поверхности белков человека, что может привести к возникновению у пациента иммунной реакции (Jefferis (2006) Biotechnol. Prog. 21:11-16). Такое неприродное гликозилирование особенно часто встречается в таких белковых терапевтических средствах, как терапевтические средства на основе антител, например, терапевтические средства, содержащие белки слияния, содержащие Fc, например, терапевтические средства, содержащие белки слияния, содержащие растворимый Fc-рецептор.
[0007] По этим причинам Федеральное Управление по Лекарственным Средствам (FDA) требует, чтобы профили гликоформ терапевтических белков поддерживались в строгих рамках. Таким образом, в фармацевтической промышленности существует необходимость в способе получения терапевтических белков в культуре клеток, который позволял бы контролировать уровень гликозилирования белков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Таким образом, настоящее изобретение представляет собой способ получения белка в культуре клеток, включающий не менее одного из: (а) выращивание клеток в культуре клеток при пониженной температуре; и (b) выращивание клеток в культуре клеток при пониженном рН; что обеспечивает снижение образования неправильно свернутых и/или агрегированных белков. Как вариант, клетки выращивают в культуре клеток при пониженной температуре и при пониженных значениях рН.
[0009] В предпочтительных вариантах реализации настоящее изобретение относится к изменению параметров рН и температуры, обеспечивающему снижение образования неправильно свернутых и/или агрегированных белков в культуре клеток млекопитающего, и в частности, в культуре клеток яичника китайского хомячка («СНО»). В предпочтительных вариантах реализации культура клеток продуцирует белок («получаемый белок», «продуцируемый белок»), представляющий собой растворимый рецептор, например, помимо прочих, белки TNFR-Fc или sIL-13R. В этих предпочтительных вариантах реализации пониженная температуре может лежать в диапазоне от 27.0°С до менее 30.0°С. В других предпочтительных вариантах реализации пониженный рН лежит в диапазоне от 6.80 до менее 7. Также можно использовать комбинацию рН и температуры в указанных выше диапазонах.
[0010] Согласно другому аспекту, изобретение представляет собой способ получения белка в культуре клеток, причем уровень гликозилирования получаемого белка регулируют путем изменения температуры и/или рН культуры клеток. Таким образом, уровень гликозилирования, например, без ограничения, сиалирование N-гликанов, можно повысить путем повышения температуры и/или рН или снизить путем понижения температуры и/или рН.
[0011] Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение представляет собой способ получения терапевтического белка при контроле параметров, указанных выше. Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение представляет собой фармацевтическую композицию, содержащую терапевтический белок, полученный описанным выше способом, и фармацевтически приемлемый носитель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
9
*
[0012] На ФИГ.1А представлены общие значения числа жизнеспособных клеток (ось Y; IVC [нормированные е клеток день/л]), нормированные по средним значениям IVC в день сбора клеток, клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при 27.0°С [♦], 28.0°С [], 29.0°С [] или при 30.0°С [○], в зависимости от времени (ось X; время культивирования в днях [d]); ФИГ.1В представляет жизнеспособность клеток (ось Y) для тех же клеток в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0013] На ФИГ.2А представлен профиль остаточной глюкозы (ось Y; глюкоза [г/л]) в культуре клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при 27.0°С [♦], 28.0°С [], 29.0°С [] или при 30.0°С [○], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]); ФИГ.2В представляет профиль глютамина (ось Y; глютамин [мМ]) для тех же клеток в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
4
+
[0014] На ФИГ.3А представлена концентрация лактата в средах (ось Y; лактат [г/л]) в культуре клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при 27.0°С [♦], 28.0°С [], 29.0°С [] или при 30.0°С [○], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]); ФИГ.3В представляет профиль аммония (ось Y; NH  [мМ]) для тех же клеток в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
9
[0015] На ФИГ.4А изображены значения удельной продуктивности клеток, представленные как интегральное среднее Qр (ось X; Инт. Ср. Qp [нормированное мг/еклеток/день]), приведенные к интегральным средним Qp среднего дневного урожая клеток, для культуры клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при 27.0°С [♦], 28.0°С [], 29.0°С [] или при 30.0°С [○], в зависимости от времени (ось X; время культивирования в днях [d]); ФИГ.4В представляет титр TNFR-Fc (ось X; титр продукта [нормированные мг/л]), нормированный по средним значениям титра в день сбора, для тех же клеток в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0016] Влияние изменения температуры при получении (ось X; [°С]) в культуре клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, на продуцирование неправильно свернутого и/или агрегированного TNFR-Fc (ось Y; % неправильно свернутого/агрегированного продукта) представлено на ФИГ.5А; а влияние температуры на продукцию HMWA (ось Y; % продукта высокой молекулярной массы) представлено на ФИГ.5В.
[0017] Влияние изменения температуры получения (ось X; температура [°С]) в культуре клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, на процентную долю общего сиалирования (сиалирование N- и O-связанных гликанов) TNFR-Fc (ось Y; процентная доля общего сиалирования контрольного материала) показано на ФИГ.6А. В качестве контрольного материала использовали определенные аликвоты TNFR-Fc с известным и предпочтительным характером (паттерном) гликозилирования, с которым можно сравнить результаты теста. На ФИГ.6В показано влияние изменения температуры получения (ось X; температура [°С]) в культуре тех же клеток на общую процентную долю сиалированных () или процентную долю несиалированных (●) N-связанных гликанов (ось Y; Процент Общего Числа N-связанных Гликанов).
[0018] На ФИГ.7 показано влияние выращивания клеток при разной температуре (27.0°С [♦], 28.0°С [], 29.0°С [] или 30.0°С [○]) на рН культуры клеток СНО (ось Y) в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
9
*
[0019] На ФИГ.8А представлены интегрированные значения числа жизнеспособных клеток (ось Y; IVC [нормированные е клеток день/л]), нормированные по средним значениям IVC в день сбора клеток, для клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при заданных значениях рН, равных 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [] в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]); а на ФИГ.8В показана жизнеспособность тех же клеток (ось Y) в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0020] На ФИГ.9А представлен профиль глюкозы (ось Y; глюкоза [г/л]) культуры клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при заданных значениях рН, равных 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]); а на ФИГ.9В представлен профиль глютамина (ось Y; глютамин [мМ]) для одних и тех же клеток в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
4
+
[0021] На ФИГ.10А представлена концентрация лактата в средах (ось Y, лактат [г/л]) культуры клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при заданных значениях рН, равных 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [], в зависимости от времени (ось X, время культивирования [d]); на ФИГ.10В представлен профиль аммония (ось Y; NH  [мМ]) тех же клеток в зависимости от времени (ось X, время культивирования [d]).
[0022] На ФИГ.11А представлено отклонение рН клеточной культуры от заданных значений рН (ось X, рН культуры) для клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращиваемых при заданных значениях рН, равных 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [], в зависимости от времени (ось X, время культивирования [d]). На ФИГ.11В представлена осмоляльность (ось X; осмоляльность [мОсм/кг]) для одних тех же клеток, выращенных при заданных значениях рН, равных 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [], в зависимости от времени (ось X, время культивирования [d]).
9
[0023] На ФИГ.12А изображена удельная продуктивность клеток, представленная интегральным средним Qp (ось X; Инт. Ср. Qp [нормированное значение в мг/е клеток/день]), интегральное среднее Qp, нормированное по среднему значению в день сбора клеток для клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, выращенных при заданных значениях рН 7.20 [◊], 7.10 [], 7.00 [♦], 6.90 [●] или 6.80 [] в зависимости от времени (ось X, время культивирования [d]); а на ФИГ.12В представлен титр TNFR-Fc (ось X; титр продукта [нормированное значение в мг/л]), нормированный по среднему титру в день сбора для тех же клеток в зависимость от времени (ось X, время культивирования [d]).
[0024] На ФИГ.13А показано влияние изменения заданных значений рН культуры (ось X, рН) клеток СНО, трансфецированных TNFR- Fc, на продуцирование неправильно свернутого/агрегированного TNFR-Fc (ось Y; % неправильно свернутого/агрегированного продукта).На ФИГ.13В изображено влияние изменения заданных значений рН культуры (ось X, рН) на продуцирование HMWA (ось Y; % продукта высокой молекулярной массы).
[0025] Влияние изменения заданных значений рН (ось X; рН) в культуре клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, на процентную долю общего сиалирования TNFR-FC (ось Y; процентная доля общего сиалирования контрольного материала) показано на ФИГ.14А. ФИГ.14В представляет влияние изменения заданных значений рН клеточной культуры (ось X, рН) в культуре одних и тех же клеток, на общий процент сиалированных () или несиалированных (●) N-связанных гликанов (ось Y; процент общего количества N-связанных гликанов).
[0026] На ФИГ.15 изображен типичный профиль флюоресценции (ось Y; флюоресценция, измеренная в мВ) в зависимости от времени удерживания (ось X; минуты), описывающий сиалирование N-гликанов, которое определяли путем исследования освобожденных от меченых гидрозина 2-аминобензамидом-(2АВ) гликоформ белка с помощью Нормальной Фазовой Хроматографии.
[0027] На ФИГ.16 показаны профили флюоресценции (ось Y; мВ) в зависимости от времени удержания (ось X; минуты), описывающие сиалирование N-связанных гликанов, что наблюдалось благодаря исследованию освобожденных от гидразина 2-аминобензамид-(2АВ)-меченых гликоформ белка с помощью Нормальной Фазовой Хроматографии культуры клеток СНО, трансфецированных TNFR-Fc, при различных заданных значениях рН культуры.
9
*
[0028] На ФИГ.17 представлены: (А) плотность жизнеспособных клеток (ось Y; клеток/мл), (В) общая плотность клеток, включающая как жизнеспособные, так и не жизнеспособные клетки (ось Y; клеток/мл), (С) жизнеспособность клеток (ось Y) и (D) интегрированные значения числа жизнеспособных клеток (IVC) (ось Y; [е клеток день/л]) для культуры клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенных при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ [] в течение определенного времени (ось X; время культивирования [d]).
[0029] На ФИГ.18 представлен титр sIL-13R как в форме димеров, так и в HMWA форме (ось Y; sIL-13R [мг/л]) для клеточных культур с повышенной экспрессией sIL-13R, выращиваемых при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ (комнатной температуре) [], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
9
9
[0030] На ФИГ.19А представлена скорость продукции sIL-13R (ось Y; Qp [мг/еклеток/d]) в течение разных временных интервалов (ось X) для культур клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращиваемых при 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, 31.0°С, 29.0°С или RT. На ФИГ.19В представлены интегральные средние удельной продуктивности клеток (ось Y; Инт. Ср. Qp [мг/е клеток/день]) в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]) для культур клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращиваемых при 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, 31.0°С, 29.0°С или КТ.
9
[0031] На ФИГ.20 представлен дневной удельный уровень потребления глюкозы (ось Y; Qglc [г/е клеток/ d]) для различных интервалов времени (ось X) для культур клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенных при 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, 31.0°С, 29.0°С или КТ.
9
[0032] На ФИГ.21 представлен дневной удельный уровень потребления глютамина (ось Y; Qgln [ммоль/е клеток/ d]) для различных интервалов времени (ось X) для культур клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенных при 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, 31.0°С, 29.0°С или КТ.
[0033] На ФИГ.22 представлена концентрация лактата (ось Y; лактат[г/л]) в культуральных средах культуры клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенных при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ [] в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0034] На ФИГ.23 представлена концентрация аммония (ось Y; аммоний [мМ]) в культуральных средах культуры клеток с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенных при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ [] в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0035] На ФИГ.24 представлено влияние температуры культуры клеток (ось X; температура продукции [°С]) на продуцирование HMWA (ось Y; % Продукта высокой молекулярной массы) на 9 день культивирования клеток, сверхэкспрессирующих sIL-13R.
[0036] На ФИГ.25 представлено влияние температуры культуры клеток (ось X; температура продуцирования [°С]) на продуцирование HMWA (ось Y; % Высокомолекулярные Продукты) в день 18 культивирования клеток с повышенной экспрессией sIL-13R.
[0037] На ФИГ.26А представлена процентная доля димера sIL-13R (ось Y; % димера sIL-13R), выделенного из общего белка sIL-13R, полученного в кондиционированной среде клетками с повышенной экспрессией sIL-13R, выращенными при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ [], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]). На ФИГ.26В представлена процентная доля HMWA (ось Y; % Продукта высокой молекулярной массы) относительно общего sIL-13R в кондиционированной среде клеток с повышенной экспрессией sIL-13R в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
[0038] На ФИГ.27 представлен титр димера sIL-13R (ось Y; только sIL-13R [мг/л в кондиционированной среде клеток, выращенных при 37.0°С [♦], 33.0°С [], 32.0°С [●], 31.0°С [◊], 29.0°С [∆] или КТ [], в зависимости от времени (ось X; время культивирования [d]).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0039] Превалирующей точкой зрения в получении лекарственных белков в культуре клеток млекопитающего является то, что температура в ходе фазы продуцирования должна быть, по крайней мере, 30.0°С, и значение рН должно составлять по меньшей мере 7. Однако выращивание клеток в культуре клеток при температуре фазы продуцирования продукта около 30.0°С и значениях рН около 7 может вести к повышенной агрегации белков (также упоминаемой здесь как агрегаты высокой молекулярной массы HMWA), и неправильному сворачиванию белков, и, таким образом, к выработке меньшего количества функционального и пригодного к использованию белка.
[0040] Согласно настоящему изобретению предложен новый способ получения белка в культуре клеток, который обеспечивает снижение неправильного сворачивания белка и снижение агрегации белков. Согласно другому аспекту изобретения предложены способы контроля уровня гликозилирования белка.
Белки, полученные способами согласно настоящему изобретению
[0041] Фразы «полипептид» или «полипептидный продукт» в настоящем описании являются синонимами терминов «белок» или «белковый продукт» соответственно и, в соответствии со значением, принятым в данной области, обозначают по меньшей мере одну цепь аминокислот, соединенных последовательными пептидными связями. В некоторых вариантах осуществления, «целевой (целевой) белок» или «целевой полипептид» и подобные соединения представляют собой белок, кодируемый молекулой экзогенной нуклеиновой кислоты, введенной путем трансфекции или трансформации в клетку-хозяина, напр., временно или постоянно трансфецированный или трансформированный в клетку-хозяина. В некоторых вариантах осуществления, в которых экзогенная ДНК, которой трансфецируют или трансформируют клетку-хозяина, кодирует "целевой белок", при этом последовательность нуклеиновой кислоты экзогенной ДНК определяет последовательность аминокислот. Такая последовательность может представлять собой последовательность, встречающуюся в природе, или, как вариант, последовательность, созданную человеком. В некоторых вариантах реализации, «целевой белок» представляет собой белок, кодируемый молекулой нуклеиновой кислоты, являющейся эндогенной для клетки-хозяина. Экспрессия такого эндогенного целевого белка может быть изменена путем трансфецирования клетки-хозяина экзогенной молекулой нуклеиновой кислоты, которая может, например, содержать одну или более регуляторных последовательностей и/или кодировать белок, усиливающий экспрессию целевого белка. В вариантах осуществления настоящего изобретения целевой полипептид получают в культуре клеток, например, для последующей очистки.
[0042] Термин «гликопротеин», «гликозилированный белок» и им подобные относятся в белкам, содержащим остатки сахаров, например, олигосахаридные фрагменты, присоединенные к боковым цепям аспарагина (N-гликозилирование), либо к боковым цепям серина и/или треонина (O-гликозилирование). Например, одним из обычных типов N-гликозилирования белков является сиалирование белков (также известное как сиалирование N-гликанов). Гликозилирование большинства секреторных и мембранных белков (в том числе мембранных рецепторов) происходит в ЭР и/или аппарате Гольджи. Известно, что гликозилирование контролирует сворачивание и выход белков из ЭР. Кроме того, многие стадии процесса гликозилирования/дегликозилирования осуществляются в аппарате Гольджи. Современные представления о процессах гликозилирования как в ЭР, так и в аппарате Гольджи рассмотрены в Helenius et al. (2001) Science 291:2364-69; Parodi (2000) Biochem. J. 348:1-13; и Parodi (2000) Annu. Rev. Biochem. 69:69-93. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, целевой полипептид представляет собой целевой гликопротеин, а целевой гликопротеин получают в культуре клеток, например, для последующей очистки. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения целевой гликопротеин представляет собой рецептор и в т.ч. может представлять собой растворимый рецептор.
[0043] Способы и композиции согласно настоящему изобретению можно использовать для получения любого целевого белка, включая, но не ограничиваясь белками, обладающими фармацевтическими, диагностическими, сельскохозяйственными и/или любыми другими свойствами, полезными для коммерческого, экспериментального и другого использования. Кроме того, целевой белок может представлять собой белковое терапевтические средство. Конкретно, белковое терапевтическое средство (или терапевтический белок) представляет собой белок, оказывающий биологическое воздействие на участок тела, на который он непосредственно воздействует, или на участок тела, на который он воздействует удаленно через интермедиаты. В некоторых вариантах осуществления, белки, получаемые с использованием способов и/или композиций согласно настоящему изобретению, могут быть переработаны или модифицированы перед введением их пациенту в качестве терапевтических белков.
[0044] Настоящее изобретение может быть использовано для культивирования клеток для улучшенного получения любых терапевтических белков, таких как фармацевтические или коммерчески значимые ферменты, рецепторы, гибридные рецепторы, растворимые рецепторы, растворимые гибридные рецепторы, антитела (например, моноклональные и/или поликлональные антитела), антигенсвязывающие фрагменты антител, белки слияния, содержащие Fc, SMIP (низкомолекулярные блочные иммунотерапевтические средства), цитокины, гормоны, регулирующие факторы, факторы роста, факторы коагуляции/факторы свертывания крови, или антигенсвязывающие агенты. Приведенный выше перечень белков приведен лишь в качестве примера и не является исчерпывающим перечислением. Среднему специалисту будут известны и другие белки, которые могут быть получены в соответствии с настоящим изобретением, и он будет иметь возможность использовать способы, раскрытые в настоящем описании, для получения таких белков.
[0045] Термин "антитело" включает в себя белки, включающие по меньшей мере одну, а как правило две области VH (вариабельная область тяжелой цепи) или их части, и/или по меньшей мере одну, а как правило две области VL (вариабельная область легкой цепи) или их части. В других вариантах реализации, антитело представляет собой тетрамер, состоящий из двух тяжелых цепей иммуноглобулина и двух легких цепей иммуноглобулина, где тяжелые и легкие цепи иммуноглобулинов связаны друг с другом, например, дисульфидными связями. Антитела или их части могут быть получены из любого источника, включая, но не ограничиваясь, антитела грызунов, приматов (человека и других приматов), животных семейства верблюжьих, акул, а также рекомбинантным путем, например, химерные, гуманизированные и/или созданные in vitro, например, при помощи способов, хорошо известных специалистам.
[0046] Настоящее изобретение также охватывает "антигенсвязывающие фрагменты антител", включая (I) фрагмент Fab, моновалентный фрагмент, состоящий из областей VL, VH, CL и CH1; (II) F (ab')2-фрагмент, бивалентный фрагмент, включающий два Fab-фрагмента, связанных дисульфидным мостиком в шарнирной области; (III) фрагмент Fd, состоящий из областей VH и CH1; (IV) фрагмент Fv, состоящий из областей VL и VH одного плеча антитела, (V) фрагмента dAb, который состоит из области VH; (VI) вариабельная область животного смейства верблюдовых или камелизированная вариабельная область, например, область VHH; (VII) одноцепочечный Fv (ScFv); (VIII) биспецифичное антитело; и (IX) один или более антигенсвязывающих фрагментов иммуноглобулина, связанных с участком Fc. Кроме того, хотя две области Fv-фрагмента, VL и VH, кодируются различными генами, они могут быть соединены рекомбинантными методами, при помощи синтетического линкера, позволяющего объединить их в одну белковую цепь, в которой области VL и VH объединяются СС образованием моновалентных молекул (известных как одноцепочечный Fv (scFv), см., например, Bird et al. (1988) Science 242:423-26; Huston et al. (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85:5879-83). Такие одноцепочечные антитела также подпадают под определения термина "антигенсвязывающий фрагмент" антитела. Эти фрагменты антител получают при использовании обычных методов, известных специалистам в данной области, и эти фрагменты оценены за функционирование по тому же принципу, что и интактные антитела.
[0047] Настоящее изобретение также включает однодоменные антитела. Однодоменные антитела могут включать антитела, гипервариабельные участки которых являются частью однодоменного полипептида. Примеры включают, но не ограничиваются, следующими: тяжелые цепи антител, природные антитела, лишенные легких цепей, однодоменные антитела, полученные из обычных четырехцепочечных антител, искусственно созданные антитела и однодоменные скаффолды, отличные от полученных из антител. Однодоменные антитела могут быть любыми из уже известных антител или антител, которые станут известны в будущем. Однодоменные антитела могут быть получены из любого вида, включая, но не ограничиваясь, перечисленными: мышь, человек, верблюд, лама, коза, кролик, корова и акула. Согласно одному аспекту изобретения, однодоменные антитела согласно настоящему изобретению представляют собой природные однодоменные антитела, известные как тяжелоцепочечные антитела, лишенные легких цепей. Такие однодоменные антитела описаны, например, в WO 9404678. Для ясности, эта вариабельная область, полученная из тяжелоцепочечного антитела, естественным образом лишенного легких цепей, называется в настоящем описании VHH или нанотелом, чтобы отличить его от обычной VH четырехцепочечных иммуноглобулинов. Такая молекула VHH может быть получена из антител, вырабатываемых животными семейства Верблюдовых, например, верблюд, лама, дромадер, альпака и гуанако. Другие виды, помимо Верблюдовых, могут вырабатывать тяжелоцепочечные антитела, естественным образом лишенные легких цепей; такие VHH входят в объем изобретения. Однодоменные антитела также включают IgNAR акулы, см., например, Dooley et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 103:1846-1851 (2006).
[0048] Антитела, отличные от "биспецифичных" или "бифункциональных" антител, представляют собой антитела, все сайты связывания которых идентичны. "Биспецифичное " или "бифункциональное антитело" представляет собой искусственно созданное гибридное антитело, содержащее две различные пары тяжелых/легких цепей и два различных сайта связывания. Биспецифичные антитела могут быть получены с помощью различных методов, включая слияние гибридом или соединение Fab-фрагментов. См., например, Songsivilai & Lachmann, Clin. Exp. Immunol. 79:315-321 (1990); Kostelny et al., J. Immunol. 148, 1547-1553 (1992).
[0049] В тех вариантах осуществления изобретения, в которых белок представляет собой антитело или фрагмент антитела, белок может содержать по меньшей мере одну или две полноразмерные тяжелые цепи и по меньшей мере одну одну или две легкие цепи. В альтернативном варианте, антитела или фрагменты антител могут содержать только антигенсвязывающий фрагмент (например, Fab, F(ab')2, Fv или одноцепочечный фрамент Fv). Антитела или фрагменты антител могут представлять собой моноклональные или моноспецифичные антитела. Антитела или фрагменты антител могут представлять собой антитела человека, химерные антитела, антитела с привитыми CDR (гипервариабельными участками) или созданные in vitro антитела. Кроме того, существуют варианты осуществления, в которых антитело содержит константную область тяжелой цепи, выбранную из, например, IgG1, IgG2, IgG3 или IgG4. В еще одном варианте реализации, антитело содержит легкую цепь, выбранную из, например, легких цепей каппа и лямбда. В одном из вариантов осуществления изобретения, константная область изменена, например, путем мутации, что обеспечивает изменение свойств антитела (например, увеличить или снизить одно или более из следующих свойств: связывание Fc-рецептора, гликозилирование антител, число остатков цистеина, функционирование эффекторной клетки или как компонентов системы комплемента). Обычно, антитела или фрагменты антител специфичным образом связываются с заранее определенным антигеном, например, с антигеном, связанным с каким-либо нарушением в организме (нейродегенеративным, метаболическим, воспалительным, аутоиммунным и/или злокачественным заболеванием).
[0050] Описанные в настоящей заявке белки дополнительно возможно включают фрагмент, усиливающий одно или более из следующих свойств: стабильность, функцию эффекторной клетки или связывание комплемента. Например, антитело или антигенсвязывающий возможно дополнительно содержит пегилированный фрагмент, альбумин или константную область тяжелой и/или легкой цепи.
[0051] Обычно антитела получают при помощи традиционных гибридомных технологий (Kohler et al., Nature 256:495 499 (1975)), методов рекомбинантной ДНК (патент США №4,816,567) или методик фагового дисплея с использованием библиотек антигенов (Clackson et al., Nature 352:624 628 (1991); Marks et al., J. Mol. Biol. 222:581 597 (1991)). Информацию о других разнообразных технологиях получения антител см. Antibodies: A Laboratory Manual, eds. Harlow et al.. Cold Spring Harbor Laboratory, 1988.
[0052] Кроме того, антитела можно снабдить детектируемой или функциональной меткой. Такие метки включают радиоактивные метки (например, 131I или 99Тс), ферментные метки (например, пероксидаза хрена или щелочная фосфатаза) и другие химические вещества (например, биотин).
[0053] «Низкомолекулярные блочные иммунотерапевтические средства» (SMIP™) (Trubion Pharmaceuticals, Seattle, WA) представляют собой одноцепочечные полипептиды, состоящие из связывающего домена для распознавания структуры антигена, лиганда (контррецептора) или подобной структуры, шарнирного участка полипептида, или включающего один остаток цистеина, или не содержащего остатков цистеина, и областей СН2 и СН3 иммуноглобулина (см. также www.trubion.com). SMIP и области их применения описаны, например, в опубликованных заявках на патенты США №2007/002159, 2003/0118592, 2003/0133939, 2004/0058445, 2005/0136049, 2005/0175614, 2005/0180970, 2005/0186216, 2005/0202012, 2005/0202023, 2005/0202028, 2005/0202534, и 2005/0238646, и аналогах указанных выше патентов, каждый из которых включен сюда посредством ссылки и в полном объеме.
[0054] В еще одном варианте осуществления, целевой белок представляет собой растворимый рецептор, например, белок слияния, включающий растворимый рецептор. Мембранные белки, в т.ч. рецепторы, обычно представляют собой гликозилированые белки. Соответственно, способы согласно настоящему изобретению являются чрезвычайно полезными в получении неагрегированных, правильно свернутых и гликозилированных белков, относящихся к растворимым рецепторам слияния.
[0055] Растворимые белки, например растворимые рецепторы, можно получать в соответствии с хорошо известными способами. В еще одном варианте реализации настоящего изобретения, растворимый рецептор содержит внеклеточный участок рецептора или его фрагмент. В другом варианте осуществления, растворимый рецептор содержит два полипептида. Первый полипептид включает полноразмерный рецептор; как вариант, первый полипептид включает в себя полноразмерный рецептор, а, например, внеклеточный участок рецептора. В одном из вариантов осуществления, первый полипептид представляет собой полноразмерный цитокиновый рецептор; в альтернативном варианте первый полипептид короче, чем полноразмерный цитокиновый рецептор и представляет собой, например, внеклеточный участок цитокинового рецептора. Такой растворимый рецептор также может содержать дополнительный полипептид, например, последовательность полипептида GST, Lex-A, МВР или цепь, включая, например, иммуноглобулина, Fc-фрагмент, константную область тяжелой цепи различных изотипов, включая: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgM, IgA1, IgA2, IgD и IgE.
[0056] В одном из вариантов осуществления, второй полипептид предпочтительно является растворимым. В некоторых вариантах осуществления, второй полипептид увеличивает время полужизни (в сыворотке или, например, время полужизни в циркулирующей крови) связанного с ним полипептида. В предпочтительных вариантах осуществления второй полипептид включает по меньшей мере участок полипептида иммуноглобулина. Полипептиды слияния, включающие иммуноглобулин, известны в данной области и описаны, например, в патентах США №5,516,964; 5,225,538; 5,428,130; 5,514,582; 5,714,147; и 5,455,165. Известно, что растворимые белки слияния подвержены агрегации в процессе продуцирования и поэтому способы согласно настоящему изобретению дают особенное преимущество при работе с культурами клеток, вырабатывающих белки данного типа.
2
[0057] В некоторых вариантах осуществления, второй полипептид содержит полноразмерный полипептид иммуноглобулина. В альтернативном варианте, второй полипептид содержит участок, меньший, чем полноразмерный полипептид иммуноглобулина, например, тяжелую цепь, легкую цепь, Fab, Fab, Fv или Fc. Второй полипептид содержать тяжелую цепь полипептида иммуноглобулина. Также второй полипептид содержать Fc-фрагмент полипептида иммуноглобулина.
[0058] В одном из вариантов осуществления изобретения, растворимый рецепторный белок слияния содержит ингибитор фактора некроза опухолей. В некоторых вариантах осуществления, ингибиторы фактора некроза опухолей представляют собой фактор некроза опухолей альфа или бета (TNFR-1; ЕР 417,563, опубликованная 20 мap. 1991; и TNFR-2, ЕР 417,014, опубликованная 20 мap. 1991, каждая из которых включена в настоящее описание посредством ссылки и в полном объеме) экспрессируются согласно системам и способам настоящего изобретения (для обзора, см. Naismith and Sprang, J. Inflamm. 47(1-2): 1-7, 1995-96, помещено сюда посредством ссылки и в полном объеме). Согласно некоторым вариантам осуществления, ингибитор фактора некроза опухолей содержит растворимый рецептор TNF (фактора некроза опухолей). В некоторых вариантах осуществления, ингибиторы TNF согласно настоящему изобретению представляют собой растворимые формы TNFRI и TNFRII. В некоторых вариантах осуществления, ингибиторы TNF согласно настоящему изобретению представляют собой растворимые TNF-связывающие белки. В некоторых вариантах осуществления ингибиторы TNF согласно настоящему изобретению представляют собой белки слияния, содержащие TNFR, например, TNFR-Ig или TNFR-Fc. В настоящем описании термин «этанерцепт» обозначает TNFR-Fc, который представляет собой димер, состоящий из двух молекул внеклеточной области р75 рецептора TNF-альфа, при этом каждая из молекул состоит из Fc-фрагмента IgG1 человека длиной 235 аминокислот. Согласно настоящему изобретению, клетки, экспрессирующие TNFR-Fc, выращивают в культуре клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН, что обеспечивает снижение количества неправильно свернутого белка и/или высокомолекулярных агрегатов в процессе получения (продуцирования) TNFR-Fc. Согласно некоторым вариантам осуществления, клетки, экспрессирующие TNFR-Fc, выращивают в культуре клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН, что позволяет регулировать уровень гликозилирования в процессе продуцирования TNFR-Fc.
[0059] В другом варианте осуществления настоящего изобретения, растворимым рецепторным белком слияния является sIL-13R. В настоящем описании растворимый рецептор IL-13 (sIL-13R) относится к рекомбинантным белкам слияния, содержащим внеклеточный домен (ECD) рецептора интерлейкина человека (IL)-13-альфа2 и Fc-фрагмент тяжелой цепи IgG1 человека. sIL-13R состоит из двух идентичных полипептидных цепей (т.е. представляет собой димер из полипептидных цепей), по-видимому, соединенных внутримолекулярными дисульфидными связями. Растворимый рецепторный белок слияния sIL-13R и его применение раскрыты в патенте США №. 5,710,023, включенном в настоящее описание в полном объеме посредством ссылки.
[0060] В некоторых вариантах осуществления, второй полипептид обладает более слабой эффекторной функцией, чем Fc-фрагмент тяжелой цепи иммуноглобулина дикого типа. К эффекторным функциям Fc-фрагмента относятся, например, связывание Fc-рецептора, связывание комплемента, Т-клеточная цитотоксичность (см., например, патент США №6,136,310). Методы анализа Т-клеточной цитотоксичности, эффекторной функции Fc-фрагмента, стабильности антител, известны. В одном из вариантов осуществления, второй полипептид не обладает сродством к Fc-рецептору. В альтернативном варианте осуществления, второй полипептид обладает слабым сродством или не обладает сродством к белку системы комплемента C1q.
[0061] Белки слияния, например растворимые рецепторные белки слияния, могут дополнительно иметь в своем составе линкерную последовательность, соединяющую растворимый белок или его фрагмент со второй молекулой. Например, белок слияния содержит пептидный линкер, например, пептидный линкер длиной от 2 до 20, более предпочтительно от 5 до 10 аминокислот.
[0062] В других вариантах осуществления, дополнительные последовательности аминокислот могут быть присоединены к N- или С-концу белка слияния, что облегчает экспрессию, детектирование и/или выделение и очистку. Например, растворимый рецепторный белок слияния может быть соединен с одной или более дополнительных молекул, включая GST, метку His6, метку FLAG. Например, белок слияния может быть дополнительно связан с белком слияния GST, при этом последовательности белка слияния присоединены к С-концу GST (т.е. глутатион S-трансферазы). Такие белки слияния могут улучшать растворимость, т.е. способствовать правильному сворачиванию белка, и таким образом облегчать очистку белка слияния.
Способы получения белка в культуре клеток
[0063] Термины "культура" и "клеточная культура" («культура клеток») в настоящем описании относятся к популяции клеток, которая находится в контакте с культуральной средой в условиях, подходящих для выживания и/или роста популяции клеток. В настоящем описании, эти термины могут относится к комбинации, содержащей популяцию клеток (например, культура клеток животного), и среду, с которой находится в контакте указанная популяция.
[0064] Клетки, используемые в настоящем изобретении, могут представлять собой рекомбинантные клетки-хозяева, например, эукариотические клетки-хозяева, т.е. клетки, трансфецированные экспрессионной конструкцией, содержащей нуклеиновую кислоту, кодирующую целевой полипептид, и клетки животных. Значение фразы "клетки животных" включает беспозвоночных, позвоночных, не являющихся млекопитающими (например, птиц, рептилий и амфибий), а также клетки млекопитающих. Неограничивающими примерами клеток беспозвоночных являются следующие клетки насекомых: Spodoptera frugiperda (гусеница), Aedes aegypti (комар), Aedes albopictus (комар), Drosophila melanogaster (плодовая мушка) и Bombyx mori (шелковичный червь/тутовый шелкопряд). В предпочтительных вариантах осуществления культура клеток представляет собой культуру клеток млекопитающего.
[0065] Ряд линий клеток млекопитающих являются подходящими клетками-хозяевами для рекомбинантной экспрессии целевых полипептидов. Линии клеток-хозяев млекопитающих включают, например: COS, PER.C6, ТМ4, VERO076, MDCK, BRL-3A, W138, Нер G2, ММТ, MRC 5, FS4, СНО, 293Т, А431, 3Т3, CV-1, С3Н10Т1/2, Соlо205, 293, HeLa, клетки L, BHK, HL-60, FRhL-2, U937, НаК, Джуркат клетки, Rat2, BaF3, 32D, FDCP-1, PC12, M1x, миеломы мыши (например, SP2/0 и NS0) и С2С12 клетки, а также линии трансформированных клеток приматов, гибридомы, нормальные диплоидные клетки и штаммы клеток, полученные из культуры первичной ткани и первичных эксплантов in vitro. Любая эукариотическая клетка, которая обладает способностью к экспрессии целевого полипептида, может быть использована в предложенных способах. Многочисленные линии можно получить в коммерческих источниках, таких как Американская Коллекция Типовых Культур (АТСС). В одном из вариантов осуществления изобретения, культура клеток, например, крупномасштабная культура клеток, включает клетки СНО.
[0066] Хотя в некоторых вариантах осуществления культура клеток включает клетки млекопитающих, специалисту в данной области будет понятно, что рекомбинантным путем возможно получить целевые полипептиды низших эукариот, таких как дрожжи, или прокариот, таких как бактерии. Для специалиста в данной области будет очевидно, что условия культивирования для культуры клеток дрожжей и бактерий будут отличаться от условий культивирования клеток животных, и будет известно, как эти условия должны следует скорректировать для оптимизации роста клеток и/или продуцирования белка.
[0067] Подходящие штаммы бактерий включают Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium или любой штамм бактерий, обладающий способностью к экспрессии целевого полипептида. Экспрессия в бактерии может привести к образованию включений, содержащих рекомбинантный белок. Таким образом, для того чтобы получить активный или более активный продукт, может быть необходим рефолдинг рекомбинантного белка. Специалистам в данной области известно несколько способов получения правильно свернутого гетерологичного белка из бактериальных включений. Эти способы, как правило, включают солюбилизацию белка из включений, а затем полную денатурацию белка с помощью хаотропного агента. В случае, если в первичной последовательности аминокислот белка присутствуют остатки цистеина, часто необходимо осуществить рефолдинг в среде, обеспечивающей правильное образование дисульфидных связей (окислительно-восстановительная система). Основные способы рефолдинга известны специалистам в данной области и описаны, например, в Kohno (1990) Meth. Enzymol. 185:187-95, EP 0433225 и в Патенте США №5399677.
[0068] Штаммы дрожжей, подходящие для продуцирования полипептидов, включают штаммы Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris, Kluyveromyces, Candida или любой штамм дрожжей, способный экспрессировать целевой полипептид.
[0069] Под термином "биореактор" в настоящем описании понимают любой сосуд, используемый для выращивания культуры клеток эукариот, например культуры клеток животных (например, культуры клеток млекопитающих). Биореактор может быть любого размера, подходящего для культивирования клеток, например клеток млекопитающих. Обычно объем биореактора будет составлять по меньшей мере 30 мл, или возможно по меньшей мере 1, 10, 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000, 8000, 10000, 12000 литров или более, включая любые промежуточные значения объемов. Обычно в ходе культивирования контролируют внутренние условия в биореакторе, включая, рН и температуру, но не ограничиваясь ими. Термин "производственный биореактор" в настоящем описании обозначает конечный биореактор, используемый для продуцирования целевых полипептидов или белков. Объем производственного биореактора для крупномасштабного культивирования клеток обычно больше чем 100 мл и как правило составляет по меньшей мере около 10 литров или возможно 500, 1000, 2500, 5000, 8000, 10000, 12000 литров или более, или объем может иметь любые промежуточные значения. Подходящий биореактор или производственный биореактор может быть выполнен из любого материала, который подходит для поддержания культур клеток, суспендированных в среде, в условиях культивирования согласно настоящему изобретению и способствующего росту клеток и их жизнеспособности, включая стекло, пластик или металл; при это материал(ы) не должен оказывать нежелательного влияния на процесс экспрессии или стабильность производимого продукта, например лекарственного белкового продукта. Специалист в данной области будет знать о биореакторах и сможет выбрать подходящий для реализации настоящего изобретения.
[0070] Термины «среда», «среда культуры клеток» и «культуральная среда» в настоящем описании относятся к раствору, содержащему питательные вещества, обеспечивающие рост клеток животного, например клеток млекопитающего, и также может относиться к среде в комбинации с клетками. Термин «среда для посева» (инокулят) относится к среде, используемой для формирования культуры клеток. Среда для посева может отличаться либо не отличаться по составу от среды, используемой в ходе остальной фазы клеточного роста. Обычно, растворы питательных сред содержат, помимо прочего, заменимые и незаменимые аминокислоты, витамины, источники энергии, липиды и следовые элементы, необходимые клетке для по меньшей мере минимального роста и/или выживания. Раствор также может содержать компоненты, усиливающие рост и/или выживание относительно минимального уровня, включая гормоны и факторы роста. Раствор, желательно, готовят таким образом, что он имеет рН и концентрации солей, оптимальные для выживания и пролиферации клеток. По меньшей мере в одном варианте осуществления, среда является определенной питательной средой. Определенная питательная среда - это среда, химический состав всех компонентов которой известен. В других вариантах осуществления изобретения, питательная среда может содержать аминокислоту(ы), полученную(ые) из любого источника способом, известным в данной области, включая, но не ограничиваясь, аминокислотой(ами), полученной(ыми) как из добавки(ок) одной аминокислотной(ых), так и из добавки(ок) гидролизованных пептона(ов) или белка(ов) гидролизатной(ых) (включая животные и растительные источники). В других вариантах осуществления, питательная среда, используемая для фазы роста клеток, может включать концентрированную среду, т.е. среду, содержащую повышенные концентрации питательных веществ, обычно являющихся необходимыми и обычно добавляемыми в растущую культуру. Специалистам в данной области известно, какая культуральная среда, среда для посева, и т.д. подходит для культивирования конкретных клеток, например клеток животного происхождения (например, СНО клетки), а также известны количества глюкозы и других питательных веществ (например, глютамина, ионов металлов, следовых D элементов), или агентов, предназначенных для контроля других параметров культуры (например, пенообразования, осмоляльность), которыми должна характеризоваться питательная среда (см., например, Mather, J.P., et al. (1999) "Culture media, animal cells, large scale production," Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysis, and Bioseparation, Vol.2:777-85; опубликованную заявку на патент США №2006/0121568; оба источника включены в настоящее описание в полном объеме посредством ссылки). Настоящее изобретение также включает варианты таких известных сред, включая, например, обогащенные питательными веществами варианты таких сред. Термин «плотность клеток» в настоящем описании означает количество клеток, присутствующее в данном объеме среды. Термин «плотность жизнеспособных клеток» в настоящем описании относится к числу жизнеспособных клеток, присутствующих в данном объеме среды при данном наборе условий эксперимента.
[0071] Термин «жизнеспособность клеток» в настоящей заявке относится к способности клеток выживать в данных условиях культивирования или при экспериментальных изменениях. В настоящем описании этот термин также относится к отношению доли клеток, которые остаются живыми в течение определенного промежутка времени, к общему количеству живых и мертвых клеток в культуре в течение этого промежутка времени.
[0072] Термины «общая (интегрированная) плотность жизнеспособных клеток», «общее (интегрированное) число жизнеспособных клеток» или «IVC» в настоящем описании означают средние значения плотности жизнеспособных клеток в ходе цикла культивирования, умноженные на продолжительность культивирования. Если количество продуцированного белка пропорционально числу жизнеспособных клеток, присутствующих в ходе культивирования, интегрированная плотность жизнеспособных клеток является удобным инструментом оценки количества белка, продуцируемого в ходе культивирования.
[0073] Способы согласно настоящему изобретению можно применять к клеткам, выращиваемым в культуре периодическим способом (в «периодической культуре»), периодическим способом с подпиткой (в периодической культуре с подпиткой), выращиваемым в проточной культуре, модифицированной культуре с подпиткой (см. предварительную заявку США №60/954,922), периодической культуре с или для любого сочетания перечисленных выше способов культивирования.
[0074] Термин «периодическое культивирование» (периодическая культура) в настоящей заявке относится к способу культивирования клеток, в котором все компоненты, которые в конечном итоге будут использоваться при культивировании клеток, в том числе среду, а также сами клетки, вводят вначале процесса культивирования. Обычно периодическую культуру останавливают в некоторой точке и клетки и/или компоненты питательной среды собирают и, возможно, очищают.
[0075] Термин «периодическое культивирование с подпиткой» (периодическая культура с подпиткой, культура с подпиткой) в настоящем описании относится к способу культивирования клеток, в котором дополнительные компоненты вводят в культуру после начала культивирования. Вводимыми компонентами обычно являются питательные добавки для клеток, количество которых уменьшилось в ходе культивирования. Культуру с подпиткой обычно останавливают в некоторой точке и клетки и/или компоненты питательной среды собирают и, возможно, очищают.
[0076] Термин «проточное культивирование» (проточная культура) в настоящем описании относится к способу культивирования клеток, который предполагает добавление свежей питательной среды, либо непрерывно в течение определенного периода времени либо с перерывами также в течение определенного периода времени, к культуре (после начала культивирования) и одновременное удаление использованной среды. Свежая среда обычно обеспечивает питательные добавки для клеток, количество которых в ходе культивирования уменьшилось. Полипептидный продукт, который может присутствовать в использованной среде возможно подвергают очистке. Способ проточного культивирования также предусматривает удаление продуктов жизнедеятельности клеток (промывку) культуры клеток, выращиваемой в биореакторе.
[0077] Термин «модифицированное периодическое культивирование с подпиткой» в настоящем описании относится к способу культивирования клеток, сочетающему в себе способы культивирования с подпиткой и проточного культивирования. Способ модифицированного культивирования с подпиткой описан в предварительной заявке США №60/954,922, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки и в полном объеме.
[0078] Настоящее изобретение также можно использовать в процессах периодического культивирования с повторяющейся подпиткой. Считается, что уменьшение рН обеспечит лучший контроль, позволяя снизить неправильное сворачивание белка и/или агрегацию и модификацию гликозилирования в этом типе культуры клеток.
[0079] В одном варианте осуществления изобретения, способ включает первоначальную инокуляцию клеток в среду для посева во время фазы роста и одновременное переключение клеток на фазу продуцирования, и при этом температура и/или рН культуры клеток понижены. Фаза роста в настоящем описании относится к стадии культивирования клеток, на которой клетки выращивают до достижения плотности клеток, являющейся оптимальной для продуцирования белка.
[0080] В другом варианте осуществления, после фазы роста клетки возможно переводят в фазу продуцирования, которую возможно проводят при значениях температуры и/или рН, отличных от значений для фазы роста, например, при пониженной температуре и/или рН. В различных вариантах осуществления, культура клеток может быть переведена из фазы роста в фазу продуцирования на следующий день после посева. В других вариантах осуществления, культура клеток может быть переведена из фазы роста в фазу продуцирования продукта через пять дней после посева. При переводе культуры клеток из фазы роста в фазу продуцирования продукта переход может быть относительно постепенным. В альтернативном варианте, переход может быть резким. При постепенном переходе, температуру и/или рН можно постоянно изменять, например снижать. В альтернативном варианте, температуру и/или рН можно изменять с дискретными интервалами.
[0081] Фаза продуцирования при культивировании клеток - это стадия культивирования клеток, в ходе которой клетки выращивают в условиях, оптимальных для продуцирования целевого полипептида, например лекарственного полипептида. В ходе фазы продуцирования, пониженные значения температуры и/или рН можно выбрать, исходя из значений температуры и/или рН, при которых клетки остаются жизнеспособными, и уровень вырабатываемого белка наиболее высок, и при этом образование и накопление продуктов метаболизма, например молочной кислоты и аммиака, минимально, и при этом качество белкового продукта соответствующим образом контролируют, и/или любой комбинации перечисленных выше или других факторов, которые специалист сочтет важными.
[0082] В альтернативном варианте осуществления, способ согласно настоящему изобретению включает инокуляцию (посев) культуры клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН, благодаря чему не требуется изменения значений температуры и/или рН в начале фазы продуцирования. Специалистам известно, каким образом контролировать значения температуры и/или рН культуры клеток, чтобы значения температуры и/или рН не отклонялись от установленных заданных значений. Например, специалистам известны способы использования основания, например, карбоната натрия, для предотвращения снижения рН относительно заданного значения.
[0083] В приведенных ниже примерах культивирование клеток начинали при значениях рН среды более высоких, чем целевые заданные значения, и никаких специальных изменений не производили. Однако для специалистов также очевидно, что также можно использовать корректировку рН в ходе культивирования. Начало культивирования при низкой температуре без корректировки также возможно. Например, способ может состоять только из фазы продуцирования.
[0084] «Пониженная температура» в настоящем описании относится к значениям температуры, ниже обычно применяемых для выращивания клеток значений (для данного типа клеток). Например, в вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых клетки представляют собой клетки млекопитающих, предпочтительные значения температуры культуры клеток в фазе продуцирования находятся в промежутке от 24.0°С до менее 30.0°С, а более предпочтительно от 27.0°С до менее чем 30.0°С. К примеру, пониженная температура культуры клеток равна 24.0°С, 24.5°С, 25.0°С, 25.5°С, 26.0°С, 26.5°С. 27.0°С, 27.5°С, 28.0°С, 28.5°С, 29.0°С, 29.5°С, 29.6°С, 29.7°С, 29.8°С, и 29.9°С. В наиболее предпочтительном варианте осуществления пониженная температура культуры клеток равна примерно 29.5°С. Средний специалист сможет определить значения пониженной температуры для типов клеток, отличных от клеток млекопитающих, для каждого отдельного.
[0085] «Пониженный рН» в настоящем описании относится к значениям рН, которые ниже значений, обычно применяемых для выращивания клеток (для конкретного типа клеток). В вариантах реализации настоящего изобретения, в которых клетки представляют собой клетки млекопитающих, предпочтительные значения рН культуры клеток в фазе продуцирования ниже 7.00. В различных вариантах осуществления изобретения, пониженные значения рН культуры клеток лежат в промежутке от 6.50 до менее 7.00, предпочтительно, от 6.80 до менее 7.00. Например, пониженные значения рН культуры клеток равны 6.80, 6.85, 6.90, 6.95, 6.96, 6.97, 6.98, и 6.99. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления пониженное значение рН культуры клеток равно примерно 6.95. Специалист сможет определить значения пониженного рН для типов клеток, отличных от клеток млекопитающих, для каждого отдельного случая.
[0086] Специалисту в данной области понятно, что, в зависимости от типа культуры клеток, значения температуры и рН, обычно применяемые для роста клеток (в отличие от пониженных температуры и рН), будут различаться. Например, значения температуры и рН, обычно применяемые для выращивания клеток млекопитающих, например, клеток СНО, выше 30.0°С (например, 37.0°С) и выше 7.00 (например, 7.20) соответственно. Также специалисту в данной области понятно, что, поскольку значения температуры и рН, обычно применяемые для роста клеток другого типа, например, клеток насекомых, будут отличаться от обычных значений для клеток млекопитающих, для таких клеток в способах согласно настоящему изобретению будут применять другие значения пониженной температуры и пониженного рН.
[0087] В нескольких вариантах осуществления изобретения, практикующий специалист может счесть полезным или необходимым периодически проверять определенные условия роста культуры клеток. Неограничивающие примеры параметров, которые будет полезно или необходимо отслеживать, включают следующие: температура, рН, растворенный кислород, плотность клеток, жизнеспособность клеток, интегрированное число жизнеспособных клеток, уровни лактата, уровни аммония, уровни глюкозы, уровни глютамина, осмоляльность, титр экспрессируемого полипептида и т.д. Специалистам в данной области известны многочисленные методики измерения указанных условий/параметров. Например, плотность клеток можно измерить при помощи гемоцитометра, автоматического устройства для подсчета количества клеток (например, счетчик Коултера, Beckman Coulter Inc., Fullerton, CA) или контроля плотности клеток (например, CEDEX, Innovatis, Malvern, PA). Плотность жизнеспособных клеток можно определить с помощью окрашивания образца клеток трипановым синим. Уровни лактата, аммония, глюкозы и глютамина, а также растворенный кислород и рН можно измерить, например, при помощи Химического Анализатора Bioprofile 400 (Nova Biomedical, Waltham, MA), который осуществляет измерения ключевых питательных веществ, метаболитов и газов в культуральной среде. Растворенный кислород и рН также можно измерить, используя анализатор газов крови (например, анализатор рН/газов крови Bayer Rapidlab 248 (Bayer HealthCare LLC, East Walpole, MA)). Температуру, рН и растворенный кислород также можно измерять при помощи различных методов исследования in-situ. Осмоляльность культуры клеток возможно измерить, например, с помощью осмометра точки замерзания. Также можно применять ВЭЖХ для определения, например, уровней лактата, аммония, или экспрессируемого полипептида, или белка. В одном варианте осуществления изобретения, уровень экспрессируемого полипептида можно определить, используя, например, ВЭЖХ с белком А. В качестве альтернативы, уровень экспрессируемого полипептида или белка можно определить при помощи стандартных методик, таких как окрашивание кумасси полиакриламидных гелей с додецилсульфатом натрия, Вестерн-блоттинг, анализ по Брэдфордау, метод Лоури, биуретовую реакцию и поглощение УФ. Может потребоваться контроль посттрансляционных модификаций экспрессируемого полипептида или белка, например гликозилирования. Также может быть полезен контроль других посттрансляционных модификаций экспрессируемого белка, например, фосфорилирования, и т.д. Для отслеживания определенных условий культивирования может потребоваться брать небольшие аликвоты культуры для анализа. Специалист в данной области поймет, что такое удаление может потенциально представлять опасность загрязнения культуры клеток и примет соответствующие меры для снижении риска такой контаминации.
[0088] В одном варианте осуществления, специалист будет отслеживать интегрированное число жизнеспособных клеток при пониженной температуре культивирования клеток и/или пониженном рН. Желательно, чтобы в результате культивирования клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН интегрированное число жизнеспособных клеток снижалось не более чем на 20%, более предпочтительно, не более чем на 20% (например, 15%). В другом варианте осуществления, практикующий специалист отслеживает жизнеспособность клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН. Желательно, чтобы в результате культивирования клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН, жизнеспособность клеток снижалась не более чем на 15%, более предпочтительно, не более чем на 5%.
[0089] Глюкоза является основным источником энергии для культуры клеток. Значительные отклонения в потреблении глюкозы культурой клеток могут указывать на негативное влияние условий культивирования клеток на состояние культуры клеток. Так, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН приводит к минимальному изменению, например, снижению, потребления глюкозы культурой клеток.
[0090] Глютамин является альтернативным источником энергии для культуры клеток и представляет собой важный источник азота для различных молекул, например аминокислот, в культуре клеток. Так, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН становится результатом минимального изменения, например, снижения, употребления глютамина культурой клеток.
[0091] В другом варианте осуществления изобретения, практикующий специалист отслеживает выработку продуктов метаболизма, например выработку лактата и аммония, культурой клеток. Так, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН обеспечивает минимальные изменения, например, увеличение, выработки лактата и аммония культурой клеток. В некоторых вариантах осуществления, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН может привести к минимизации выработки лактата и аммония культурой клеток.
[0092] Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, выращивание клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН приводит к минимальным изменениям интегрального среднего продуктивности и титра продукта. Термин «титр» в настоящем описании означает общее количество целевого полипептида, например целевого гликопротеина, вырабатываемого культурой клеток (например, культурой клеток животного), деленное на данный объем питательной среды; таким образом, «титр» означает концентрацию. Титр обычно выражают в единицах миллиграммов полипептида на литр питательной среды. Желательно, чтобы любое снижение продуктивности клеток и титра продукта, наблюдаемое в культуре, уравновешивалось уменьшением продукции неправильно свернутого и/или агрегированного белка, например снижением продукции HMWA.
[0093] В настоящем описании термин «агрегированный белок» относится к структурам из белков, т.е. агрегатам высокой молекулярной массы, которые представляют собой нефункциональный, субоптимальный или нежелательный продукт. Термин «неправильно свернутый белок» относится к белку, который подвергся неправильному сворачиванию, часто такой белок не может проявлять нормальную биологическую активность, например нормальную ферментативную активность. Специалисту известно, что белковые агрегаты могут содержать как правильно, так и неправильно свернутые белки. Агрегированные или неправильно свернутые белки часто образуются в культуре с повышенной экспрессией, например в культуре клеток с повышенной экспрессией целевого белка, например, целевого гликопротеина. Агрегацию могут вызвать, например, неспецифичные гидрофобные взаимодействия несвернутых цепей полипептида или взаимодействия интермедиатов сворачивания. В одном варианте осуществления изобретения, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН обеспечивает снижение агрегации/образования неправильно свернутого белка по меньшей мере на 50%, предпочтительно, на 60%. Специалисту известны методики, необходимые для контроля за неправильным сворачиванием/агрегацией белка, например, ВЭЖХ гидрофобных взаимодействий.
[0094] Термин «агрегат высокой молекулярной массы» (HMWA) относится к нежелательному побочному продукту продуцирования белка, образующемуся в результате взаимодействия, по меньшей мере, двух белков. «Агрегат высокой молекулярной массы» может быть комплексом из двух одинаковых белков или целевого белка и других белков, находящихся в культуре клеток, например, белков клеток-хозяев. Ассоциация может осуществляться по любому механизму, включая, но не ограничиваясь перечисленными, ковалентное, нековалентное, дисульфидное, образование невосстанавливаемых поперечных связей. Специалисту понятно, что если белок активен в форме мультимера (например, в форме димера), т.е. когда для активности белка требуется более одной полипептидной цепи, термин «агрегат высокой молекулярной массы» относится к комплексу из двух или более таких мультимеров. В одном варианте осуществления изобретения, белок, активный в форме мультимера, представляет собой рецептор, например цитокиновый рецептор (например, sIL-13R). Еще в одном варианте осуществления, культивирование клеток при пониженной температуре и/или пониженном рН обеспечивает снижение содержания агрегатов высокой молекулярной массы на по меньшей мере 10%, предпочтительно на 40%, более предпочтительно на 50%, а наиболее предпочтительно 80% или, или снижение, равное любым промежуточным значениям. Специалисту в данной области известны методики слежения за образованием агрегатов высокой молекулярной массы, например высокоэффективная жидкостная гель-хроматография (гель-ВЭЖХ).
[0095] В еще одном варианте осуществления изобретения, температуру и рН в культуре клеток используют для изменения гликозилирования белков, например, сиалирования белков до определенного уровня. Например, понижение рН и/или температуры культуры клеток может привести к уменьшению как N-, так и O-связанного гликозилирования, например, к уменьшению сиалирования N-гликанов. Изменение гликозилирования белка (например, сиалирования) может влиять на стабильность, ферментативную активность, время существования в циркулирующей крови и иммуногенность терапевтического белка. Специалист может отслеживать степень гликозилирования (например, сиалирования), чтобы гарантировать, что изменение температуры и рН обеспечивает желаемые тип и уровень гликозилирования. Для мониторирования гликозилирования белкового продукта можно применять методы хроматографии, например хроматографию с нормальными фазами (НФХ).
[0096] В конце фазы продуцирования клетки собирают, а целевой полипептид собирают и очищают. В предпочтительном варианте в конце фазы продуцирования наблюдают сокращение уровня неправильного сворачивания и/или агрегации целевого белка при сохранении приемлемого рисунка гликозилирования. В одном из вариантов осуществления изобретения целевой полипептид в конце процесса образования находится в растворимой форме (например, целевой полипептид представляет собой растворимый рецептор, например цитокиновый растворимый рецептор). Такие растворимые формы полипептида можно очищать от кондиционированной среды.

[0097] Мембраносвязанные формы полипептида можно очистить путем приготовления общей фракции мембран из экспрессирующих клеток и экстрагирования мембран неионным детергентом, таким как TRITON X-100 (EMD Biosciences, San-Diego, CA, США). Белки цитозоля или белки ядра можно приготовить путем лизирования целых клеток (механическим путем, в сосуде Парра, путем обработки ультразвуком, детергентом, и т.д.), удаляя фракцию мембран клеток центрифугированием и сохраняя супернатант.

[0098] Полипептид можно очистить, используя и другие известные другие методы. Например, полипептид, полученный способами, раскрытыми в данном описании, можно концентрировать с помощью коммерчески доступного фильтра для концентрирования белков, например аппарата для ультрафильтрации производства AMICON или PELLICON (Millipore, Billerica, MA). После стадии концентрирования, концентрат можно нанести на подложку для очистки, например, на материал для гель-фильтрации. В качестве альтернативы можно применить анионообменную смолу (например, колонку MonoQ, Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, США); такая смола содержит матрицу или субстрат, дополнительно имеющий в своем составе группы диэтиламиноэтила (ДЭАЭ) или полиэтиленимина (ПЭИ). Для очистки можно использовать акриламидные, агарозные, декстрановые, целлюлозные или другие типы матриц, обычно применяемые для очистки белков. В качестве альтернативы, для очистки белков можно использовать катионообменную стадию. Подходящие катионообменные материалы включают различные нерастворимые матрицы, имеющие в своем составе сульфопропильные или карбоксиметильные группы (например, колонки S-SEPHAROSE, Sigma-Aldrich, St. Louis, МО).

[0099] Очистка полипептида из супернатанта культуры также может включать одну или более стадий с использованием колонки с аффинными смолами, такими как конкавалин А - агароза, AF-HEPARIN650, гепарин-TOYOPEARL или Цибакрон синий 3GA SEPHAROSE (Tosoh Biosciences, San Francisco, CA, США); колонок гидрофобной хроматографии с использованием таких смол, как фенилэфирная, бутилэфирная или пропилэфирная; или иммуноаффинных колонок, в которых используются антитела к меченому белку. Наконец, для последующей очистки белка можно применить одну или более стадий ВЭЖХ с использованием гидрофобной ВЭЖХ среды, например, силикагеля, содержащего дополнительные метильные или другие алифатические группы (например, Ni-NTA колонки). В качестве альтернативы, полипептиды можно экспрессировать рекомбинантным путем в форме, облегчающей очистку. Например, полипептиды можно экспрессировать в форме белков слияния с такими белками, как белок, связывающий мальтозу (МВР), глутатион-S-трансфераза (GST) или тиоредоксин (TRX); наборы для экспрессии и очистки таких белков коммерчески доступны в New England BioLabs (Beverly, MA), Pharmacia (Piscataway, NJ, США) и Invitrogen (Carlsbad, CA, США) соответственно. Белки также можно пометить небольшим эпитопом (например, метками His, myc или Flag) и затем идентифицировать или очистить с использованием антитела, специфичного к выбранному эпитопу. Антитела к обычно используемым эпитопам доступны в многочисленных коммерческих источниках. Некоторые из упомянутых выше стадий очистки в различных комбинациях или в комбинации с другими известными методами можно применять для очистки целевого полипептида, например, терапевтического белка, полученного способами согласно настоящему изобретению.
Фармацевтические композиции
[00100] В некоторых вариантах осуществления изобретения белки, полученные в соответствии с одним или несколькими способами согласно настоящему изобретению, могут быть полезны в изготовлении фармацевтических средств. Белки, полученные в соответствии с одним или несколькими способами согласно настоящему изобретению, можно вводить пациенту или можно сначала приготовить для приема любым доступным путем, включая, например, парентеральный (например, внутривенный), внутрикожный, подкожный, оральный, назальный пути, введение через бронхи или глаза, чрескожный (наружное), введение через слизистую оболочку, ректальный и вагинальный пути, но не ограничиваясь перечисленными. Фармацевтические композиции согласно настоящему изобретению обычно включают очищенный белок, экспрессируемый линией клеток млекопитающих, средство доставки (например, катионный полимер, переносчик пептидных молекул, поверхностно-активное вещество и т.д., как описано выше) в сочетании с фармацевтически приемлемым носителем. Формулировка "фармацевтически приемлемый носитель" в настоящем описании включает нетоксичные материалы, которые не оказывают негативного влияния на эффективность биологической активности действующего компонента(ов), например растворители, дисперсную среду, оболочки, антибактериальные и противогрибковые агенты, изотонические и задерживающие всасывание агенты, и подобные средства, подходящие для фармацевтического введения. Характеристики носителя будут зависеть от пути введения. Дополнительные активные соединения могут быть также включены в композиции.
[00101] Фармацевтические композиции изготавливают таким образом, чтобы они были совместимы с предполагаемым путем введения. Когда лекарственный белок, полученный в соответствии с одним или несколькими способами согласно настоящему изобретению, вводят в форме для орального введения, фармацевтическая композиция будет иметь форму таблетки, капсулы, порошка, раствора или эликсира. При введении внутрь в форме таблеток, фармацевтическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать твердый носитель, такой как желатин, или адъювант. Таблетки, капсулы, порошки будут содержать приблизительно от 5 до 95% связывающего агента, а предпочтительно от приблизительно 25 до 90% связывающего агента. В случае введения в жидком виде могут быть добавлены жидкие носители, такие как вода, углеводороды, масла животного или растительного происхождения, такие как кунжутное масло, арахисовое масло (с учетом возникновения аллергических реакций в популяции), минеральные масла, или синтетические масла, или соевое масло. Жидкие формы фармацевтической композиции могут также содержать физиологический солевой раствор, раствор декстрозы или других сахаридов или гликолей, таких как этиленгликоль, пропиленгликоль или полиэтиленгликоль. При введении в жидком виде, фармацевтическая композиция содержит приблизительно от 0,5 до 90% от массы связывающего агента, а предпочтительно приблизительно от 1 до 50% от массы связывающего агента.
[00102] В случае если терапевтический белок, полученный в соответствии с одним или несколькими способами согласно в настоящему изобретению, вводят путем внутривенной, кожной или подкожной инъекции, указанный терапевтический белок будет иметь форму апирогенного, подходящего для парентерального введения водного раствора. Приготовление таких подходящих для парентерального введения растворов белка с учетом рН изотоничности, стабильности и т.п. находится в рамках компетенции специалистов в данной области. Предпочтительная фармацевтическая композиция для внутривенной, кожной или подкожной инъекции должна содержать, в дополнение к лекарственному белку, изотоническую среду, такую как инъекционный раствор хлористый натрий, инъекционный раствор Рингера, препарат декстрозы, инъекционный раствор декстрозы и хлористого натрия, инъекционный раствор Рингера, содержащий молочную кислоту, или другую среду, известную в данной области. Фармацевтическая композиция согласно настоящему изобретению может также содержать стабилизаторы, консерванты, буферы, антиоксиданты или другие добавки, известные специалистам в данной области.
[00103] Дополнительные лекарственные формы фармацевтических композиций, содержащих лекарственные белки, полученные одним или несколькими способами согласно настоящему изобретению, будут известны специалистам в данной области. Обычному специалисту в данной области также будет известна дозированная лекарственная форма, подходящая для белков, полученных в соответствии с настоящим изобретением.
[00104] Содержимое всех источников, патентов и заявок на патенты, цитируемых в тексте данной заявки, полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРИМЕРЫ
[00105] Следующие Примеры приведены для облегчения понимания изобретения, но никоим образом не предполагают и не предназначены для ограничения объема изобретения. Примеры не включают в себя детального описания стандартных методов, например клонирования, трансфекции, и основных аспектов повышенной экспрессии белков в клеточных линиях. Такие методы известны средним специалистам.
Пример 1
Получение белка TNFR-Fc
Пример 1.1: Влияние Пониженной Температуры на Продуктивность Культуры Рекомбинантных Клеток СНО и на Качество Продукции Белка Слияния TNFR-Fc
Пример 1.1.1: Материалы и Методы
[00106] Клетки Яичника Китайского Хомячка (СНО) с повышенной экспрессией рекомбинантного TNFR-Fc помещали в одинаковых концентрациях и условиях в четыре отдельных лабораторных биореактора при 37.0°С. Клетки выращивали периодическим способом в культуре с подпиткой в течение одного дня, после чего изменяли температуру до 30.0°С, 29.0°С, 28.0°С или 27.0°С соответственно. Нижний предел заданного значения рН был равен 7.00. Из культуры ежедневно отбирали образец клеток для измерения различных параметров культуры клеток, например, общего числа жизнеспособных клеток, жизнеспособность клеток, профиля остаточной глюкозы, профиля остаточного лактата, концентраций лактата и аммония, интегрального среднего значений удельной продуктивности (Qp), титра продукта, уровней неправильно сложенного/агрегированного продукта, уровней агрегатов высокой молекулярной массы, уровней сиалирования и рН.
[00107] Общее число жизнеспособных клеток (IVC) подсчитывали путем измерения плотности клеток с использованием метода анализа плотности клеток (например, CEDEX, Innovatis, Malvern, PA) и нормировали по средним величинам IVC в день сбора клеток. Средние величины IVC в день сбора клеток определяли путем расчета среднего арифметического общей плотности жизнеспособных клеток в день сбора (например, на 10 день) для всех исследованных экспериментальных условий. Затем все индивидуальные значения IVC нормировали по среднему IVC в день сбора клеток и получали нормированные значения.
[00108] Для измерения жизнеспособности клеток применяли окраску Трипановым синим с использованием метода измерения плотности клеток (например, CEDEX, Innovatis, Malvern, PA). Кроме того, измеряли профиль остаточной глюкозы и профиль остаточного глютамина в культуре клеток с использованием Химического Анализатора BioProfile (Nova Biomedical, Waltham, MA). Концентрации продуктов метаболизма, лактата и аммония измеряли с использование химического анализатора BioProfile (Nova Biomedical, Waltham, MA).
[00109] Интегральное среднее продуктивности клеток (Qp) и титр продукта измеряли с использованием ВЭЖХ с белком А и нормировали относительно средних значений в день сбора клеток суммарного среднего Qp и титра. Средний титр в день сбора клеток определяли путем подсчета среднего арифметического титра в день сбора клеток (например, в день 10) для всех исследованных экспериментальных условий. Все индивидуальные значения титра затем приводили к титру среднего в день сбора и получали нормированные значения. Интегральную среднюю Qp среднего дневного урожая определяли путем подсчета среднего суммарного среднего Qp в день сбора для всех исследованных экспериментальных условий. Все индивидуальные значения затем нормировали по титру среднего в день урожая и получали нормированные значения.
[00110] Уровни неправильно свернутого/агрегированного продукта измеряли при помощи ВЭЖХ гидрофобных взаимодействий, а уровни агрегатов высокой молекулярной массы измеряли при помощи гель-ВЭЖХ. Уровни полного и N-связанного сиалирования гликанов измеряли, исследуя 2-аминобензамид-(2-АВ)-меченые гликоформы белка при помощи хроматографии с нормальными фазами (НФХ). Величину полного сиалирования (N- и O-связанного) определяли как отношение процентной доли к величине полного сиалирования контрольного материала, т.е. аликвоты TNFR-Fc с известным и предпочтительным паттерном сиалирования. рН культуры клеток определяли путем измерения в автономном режиме при помощи анализатора газов крови (Bayer Rapidlab 248 рН/ анализатора газов крови (Вауег Healthcare LLC. East Walpole, MA)).
Пример 1.1.2. Результаты
[00111] Выращивание клеток при пониженной температуре оказывало минимальный эффект на значение IVC. В частности, низкие рабочие температуры привели к снижению конечного значения IVC; однако влияние снижения температуры культуры клеток до 27°С было незначительным: наблюдали снижение значения IVC лишь примерно на 20% (ФИГ.1А). Снижение температуры не оказало существенного влияния на выживаемость клеток; при самом низком значении температуры (т.е. 27°) снижение жизнеспособности клеток в день сбора составило 5% (ФИГ.1В).
[00112] Также результатом пониженного температурного режима было повышение профиля остаточной глюкозы, что свидетельствует о сниженном потреблении глюкозы культурой клеток (ФИГ.2А); тем не менее, профили глютамина не изменились значительно при пониженных значениях температуры (ФИГ.2В).
[00113] В некоторых случаях, на поздних стадиях культивирования клеток, культура клеток также может потреблять молочную кислоту и аммиак. Прекращение продукции молочной кислоты и аммиака или потребление молочной кислоты и аммиака способствует выживаемости клеток, продуктивности клеток и может влиять на увеличение титра полипептидного продукта. Результатом выращивания клеток при пониженной температуре было изменение общего потребления лактата во второй половине периодического культивирования с подпиткой (ФИГ.3А). Результатом снижения значений температуры стало также повышение продукции аммиака (ФИГ.3В). Результатом понижения значений температуры было падение значений удельной продуктивности клеток (падение Qp) (ФИГ.4А) и падение значений титра продукта (ФИГ.4В). Падение значений титра продукта является результатом снижения удельной продуктивности клеток и снижения интегрированного числа жизнеспособных клеток. Тем не менее, снижение значений титра продукта и продуктивности клеток компенсировалось значительным снижением доли неправильно свернутого и агрегированного продукта (ФИГ.5А). Более того, снижение температуры культивирования клеток оказывало значительное влияние на снижение доли агрегатов высокой молекулярной массы в культуре клеток (ФИГ.5В). Таким образом, понижение температуры клеток обеспечивало получение улучшенного белкового продукта TNFR-Fc.
[00114] Указанное понижение температуры коррелировало со снижением общего сиалирования продукта (как N-и O-связанного сиалирования) (ФИГ.6А). Действительно, наблюдали прямую зависимость между понижением температуры культуры клеток и снижением содержания сиалированных N-связанных гликанов (ФИГ.6В), что указывало на то, что должна быть выбрана температура продукции, позволяющая уравновесить положительный эффект снижения доли HMWA и неправильно свернутого белка, и нежелательный эффект снижения уровня гликозилирования. Например, культивирование клеток при пониженной до 29.5°С температуре обеспечивало значительное снижение концентрации как неправильно свернутого, так и агрегированного TNFR-Fc, и в то же время оказывало минимальное влияние на уровень гликозилирования TNFR-Fc.
[00115] Различия в суммарном потреблении лактата между культурами клеток, выращиваемыми при разных значениях температур, вели к различиям в значении рН культур клеток во время сбора (ФИГ. 7). Причиной является тот факт, что большее суммарное потребление лактата (молочной кислоты) вело к большему повышению рН культуры в результате снижения содержания кислоты в среде.
Пример 1.2: Влияние пониженного рН на продуктивность культуры рекомбинантных клеток СНО и на качество продуцируемого белка слияния TNFR-Fc
Пример 1.2.1: Материалы и Методы
[00116] Клетки яичника китайского хомячка (СНО) с повышенной экспрессией рекомбинантного TNFR-Fc вносили в одинаковых концентрациях при 37.0°С и заданных значениях рН, равных 7.20, 7.10, 7.00, 6.90 и 6.80. Для предотвращения снижения рН культур ниже заданных значений добавляли гидрокарбонат натрия основной. Средства контроля рН выше заданного значения не использовались. Биореакторы устанавливали на изменение температуры до 30.0°С в день 1 (один день после инокуляции, т.е. через один день после начала эксперимента). Различные параметры культуры клеток измеряли, как описано в Примере 1.1.1.
Пример 1.2.2: Результаты
[00117] Выращивание клеток при заданных значениях рН, отличающихся от значения рН, равного 7.00, на 0.2 единицы рН, приводило к слабому снижению IVC. В частности, выращивание клеток при рН, равном 6.80, приводило к снижению IVC примерно на 15% по сравнению с клетками, культивированными при рН, равном 7.00 (ФИГ.8А). Кроме того, культивирование клеток при рН, равном 7.20, вело к снижению жизнеспособности клеток (ФИГ.8В).
[00118] Кроме того, результатом пониженных заданных рабочих значений рН было снижение потребления глюкозы (ФИГ.9А). Профили глютамина не изменились значительно при культивировании клеток при заданных значениях рН от 6.80 до 7.10 (ФИГ.9В).
[00119] Вполне ожидаемо, что повышенные заданные рабочие значения рН обеспечивали повышение продукции лактата (ФИГ.10А). При заданном значении рН, равном 6.80, общего потребления лактата во второй половине периодического процесса с подпиткой не наблюдалось. Результатом понижения заданных рабочих значений рН было снижение продукции аммиака (ФИГ.10В).
[00120] Различия в общем потреблении лактата во второй половине эксперимента вели к отклонениям значений рН культур от заданных рабочих значений рН, поскольку для поддержания рН использовали только основание, и не использовали кислоту (ФИГ.11А). В результате различий в заданных значениях рН, лактатных профилях и добавлениях титрантов при разных значениях рН различалась также осмоляльность (ФИГ.11В).
[00121] Культивирование клеток при заданных значениях рН, отличающихся от рН, равного 7.00, на 0.2 единицы, вело к небольшому падению удельных продуктивностей клеток (например, Qp) (ФИГ.12А). Результатом применения заданного значения рН, равного 6.80 или 7.20, было снижение титров продукта вследствие снижения как удельных продуктивностей клеток, так и общего числа жизнеспособных клеток (ФИГ.12В).
[00122] Однако результатом снижения заданных рабочих значений рН было снижение неправильного сворачивание продукта и его агрегации (ФИГ.13А). Кроме того, при пониженных заданных значениях рН наблюдали значительное уменьшение доли агрегатов высокой молекулярной массы (ФИГ.13В).
[00123] Результатом снижения заданных рабочих значений рН был пониженный общий уровень сиалирования (как N-, так и O-связанные гликаны) (ФИГ.14А), а также пониженная доля сиалирования N-связанных гликанов (ФИГ.14В). Поскольку величину общего сиалирования (N- и O-связанного) определяли как процентную долю значения общего сиалирования контрольного материала, любые значения ниже 100% отражали снижение уровня общего сиалирования, а значения выше 100% отражали повышение уровня общего сиалирования. Паттерн гликозилирования можно представить как гликановый профиль гликопротеина (ФИГ.15). Результатом культивирования клеток при пониженной температуре было значительное изменение общего профиля гликозилирования (ФИГ.16) Хотя при пониженном рН не обнаружили новых гликоформ, значительно изменилось соотношение уже существующих гликоформ; результатом культивирования клеток при пониженном рН было снижение содержания сложных ди- и моносиалированных гликоформ. Из-за потенциально неблагоприятного влияния пониженного рН на гликозилирование белка рН культуры клеток необходимо выбирать таким образом, чтобы нежелательное влияние на гликозилирование белков было сбалансировано благоприятным влиянием на снижение продукции неправильно свернутого и/или агрегированного белка. Например, культивирование клеток при пониженном рН, равном 6.95, приводило к значительному снижению процентного содержания неправильно свернутого и агрегированного белка TNFR-Fc и при этом оказывало минимальный эффект на гликозилирование.
Пример 1.3: Обсуждение
[00124] Описанные исследования показывают, что температуры в диапазоне от 27.0°С до 30.0°С или рН в диапазоне установленных значений от 6.80 до 7.20 могут оказывать значительное влияние на рост клеток и удельную продуктивность культуры клеток. При этом в то время как изменение температуры всего на 1-2°С и установленных значений рН всего на 0.1-0.2 не оказывает значительного влияния на рост клеток и удельную продуктивность, наблюдали значительные (благоприятные) изменения в сворачивании белков и агрегации белков. Таким образом, небольшие различия в условиях культивирования, не оказывающие значительного влияния на рост, выживаемость или продуктивность клеток, могут в значительной степени изменять качество продукта, например, понижая неправильное сворачивание и агрегацию белка или влияя на процесс гликозилирования.
Пример 2
Влияние температуры на продукцию sIL-13R и оценка новой клеточной линии, продуцирующей sIL-13R
Пример 2.1: Материалы и Методы
5
6
2
2
[00125] Стабильно трансфецированные клетки яичника китайского хомячка (СНО), с повышенной экспрессией рекомбинантного гликопротеина sIL-13R инокулировали в биореакторы Applikon в концентрациях, равных 3×10 клеток/мл, в питательную среду с антивспенивателем Antifoam (Dow Corning Corporation, Midland, MI, США). При необходимости добавляли дополнительный антивспениватель. В качестве среды для культивирования использовали концентрированную питательную среду. Нижний предел заданных значений рН был равен 6.80. Заданное значение dO было равно 23%, с использованием 7% CO/93% газа для продувки, при перемешивании 200 об/мин. Биореакторы устанавливали на изменение температуры с 37.0°С в день 5. Значения температуры фазы продуцирования были равны 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, 28.0°С, или комнатной температуре (КТ; около 24.0°С). Режимы подпитки для условий эксперимента суммированы в Таблице. Объемы подпитки приведены как проценты от объема культуры в биореакторе. Изменение температуры в культуре клеток проводили при концентрации 6×10 клеток/мл.
Режимы подпитки биореактора
Условия эксперимента
37.0°С
33.0°C
32.0°С
31.0°C
29.0°C
КT
ДЕНЬ
3
10.2%
10.2%
10.2%
10.2%
10.2%
10.2%
5
5%
5%
5%
5%
5%
5%
6
5%
7
10.2%
5%
5%
5%
5%
5%
9
10.2%
5%
5%
5%
5%
5%
11
5%
5%
5%
5%
5%
5%
13
5%
5%
5%
5%
5%
16
5%
5%
5%
5%
Пример 2.2. Результаты
6
6
6
6
6
6
[00126] Значения плотности жизнеспособных клеток, достигнутые после изменения температуры, были немного ниже при КТ (примерно 6×10 клеток/мл) и 29.0°С (примерно 7×10 клеток/мл), чем при более высоких значениях температуры (примерно 8×10 клеток/мл) (ФИГ.17А). Аналогично, значения общей плотности клеток после изменения температуры были немного ниже при КТ (примерно 6.5×10 клеток/мл) и 29.0°С (примерно 7.5×10 клеток/мл), чем при более высоких значениях температуры (примерно 8-9×10 клеток/мл) (ФИГ.17В). Выживаемость лучше поддерживали в культуре с подпиткой при низких значениях температуры (ФИГ.17С). Уровень отклонения значений выживаемости варьировал в зависимости от температуры; профили выживаемости культур при КТ и 29.0°С были значительно выше, чем у остальных культур 31.0°С, 32.0°С, 33.0°С и 37.0°С (ФИГ.17С).
[00127] К концу 18-дневного периода культивирования с подпиткой самый высокий титр (суммарный титр димера и HMWA sIL-13R) был достигнут в культуре с температурой 31.0°С, за которой следовала культура при 32.0°С (188 мг/л), 29.0°С культура (178 мг/л) и 33.0°С культура (151 мг/л) (ФИГ.18). КТ и 37.0°С культуры имели значительно более низкие титры. Удельная продуктивность клеток, или ежедневный удельный уровень продукции sIL-13R (Qp), линии клеток, продуцирующей sIL-13R, был значительно ниже при КТ и 37.0°С (ФИГ.19А). Также интегральные средние удельных продуктивностей, или интегральные средние Qp, были ниже при 37.0°С и КТ (ФИГ.19В). Интересен тот факт, что значительные увеличения в значениях удельной продуктивности, наблюдавшиеся к концу культивирования клеток в культурах при 37.0°С, 33.0°С, 32.0°С, и 31.0°С, соответствовали значительным снижениям выживаемости культур (данные не приведены).
[00128] Удельная скорость потребления глюкозы (Qglc) снижалась с понижением температуры (ФИГ.20). Удельная скорость потребления глютамина (Qgln) также, очевидно, уменьшалась с понижением температуры (ФИГ.21). Тем не менее следует отметить, что данные по удельной скорости потребления глютамина не учитывали разрушение глютамина в питательной среде, которое будет происходить тем активнее, чем выше температура. Таким образом, данные по влиянию температуры на удельную скорость потребления глютамина могут быть искажены. Профили концентрации лактата для КТ, 29.0°С, 31.0°С, и 32.0°С культур совпадали с максимальными концентрациями лактата или с концентрациями в день изменения температуры и затем снижались до 0.7 и 2.0 к/л к дню 18 (ФИГ.22). Для 33.0°С и 37.0°С культур профили лактата были такими же, как и у других культур в течение фазы роста, но значительно отличались в течение фазы продуцирования. Для 33.0°С культуры концентрация лактата не снизилась после изменения температуры и фактически осталась постоянной. Для культуры при 37.0°С уровень лактата повышался в течение всего срока периодического культивирования.
[00129] Концентрация аммиака в течение фазы продуцирования изменялась в зависимости от температуры (ФИГ.23). Для культуры при 29.0°С концентрация аммиака достигала пика примерно в день изменения температуры, снижалась в течение промежуточной стадии периодического культивирования, а затем возрастала в течение заключительной стадии периодического культивирования. При увеличении температуры до значения примерно 29.0°С увеличение концентрации аммиака в течение заключительной стадии периодического культивирования возрастало и происходило раньше. Для культуры при 37.0°С концентрация аммиака возрастала в течение всего цикла периодического культивирования с подпиткой. Для культуры при КТ уровни аммиака после изменения температуры оставались практически постоянными.
[00130] Пробы кондиционированной среды из описанных биореакторов исследовали на наличие агрегатов высокой молекулярной массы (HMWA) при помощи эксклюзионной хроматографии (гель-хроматографии) элюатов хроматографии с белком А для каждой культуры. Тенденцией, ставшей очевидной из результатов анализа линии клеток, был относительный рост процентной доли HMWA, присутствующего в кондиционированной среде, при повышении температуры (ФИГ.24 и ФИГ.25). Таким образом, низкие рабочие температуры при культивировании клеток обеспечивают снижение агрегации продукта sIL-13R.
[00131] Снижение процентной доли димера sIL-13R коррелировало с увеличением процентной доли HMWA. (ФИГ.26А и 26В). В КТ культуре наблюдали более низкий % HMWA, чем в других культурах (ФИГ.26В), а также более высокой процент образования димера. (ФИГ.26А). КТ культура и культура при 31.0°С давали одинаковый титр одного димера, а культура при 29.0°С давала самый высокий титр только димера (ФИГ.27).
[00132] Для подтверждения заключений, сделанных по результатам анализа методом гель-хроматографии, образцы кондиционированной среды исследовали, используя Вестерн блот. Наблюдали качественные различия в количествах sIL-13R, существующего в виде HMWA, в сравнении с димерной формой. Вестерн блот продемонстрировал тенденцию к увеличению количества агрегатов HMWA, присутствующих в кондиционированной среде, относительно количества присутствующего димера, с увеличением температуры (данные не приведены).
[00133] Описанные эксперименты демонстрируют важность влияния температурозависимых изменений жизнеспособности и плотности жизнеспособных клеток, удельной продуктивности и образования HMWA на волюметрическую продуктивность димера sIL-13R. Хотя культура при 31.0°С обеспечивала самый высокий титр (измерения включали в себя HMWA и димерную форму), культуры, выращиваемые при более низких температурах (например, 29.0°С), могут обеспечивать сравнимую или лучшую волюметрическую продуктивность, измеряемую как содержание только димера.