关键词:
宿主细胞总蛋白
ScFv
覆盖度
抗体扩展
摘要:
制药产业与生物医药产业是现代医药产业的两大支柱,是维系国民正常生产生活的健康基础。由生物技术产业与医药产业共同组成的生物医学工程产业,旨在研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统技术。重组蛋白和重组抗体药物是新兴的大分子药物形式,且多数来源于动物血清依赖的体外培养的中国仓鼠卵巢细胞(CHO,Chinese harvest ovary)表达系统。在重组蛋白等药物纯化过程中,细胞表达系统的宿主细胞总蛋白(Host cell protein,HCP)的残留监控至关重要。
目前市售HCP残留监控,依赖于检测试剂盒,常用的试剂盒,如:CHO HCP酶联免疫试剂盒,所需抗体仅限于山羊,兔子或者豚鼠等动物血清抗体。而且因为动物血清循环抗体的表达与分泌受限于脾脏或淋巴中优势B细胞的增殖作用,所以分泌到血清中的抗体种类相对有限。
为了在抗体原料上将动物成分干扰降低,同时提高抗体库对HCP的覆盖度和抗体产量,本文进行了如下工作:
一.使用梯度降低血清法,结合无血清培养基驯化贴壁CHO-K1(一种CHO细胞系),得到悬浮状态的CHO-K1细胞。富集并鉴定悬浮CHO-K1细胞培养上清成分,进行外泌体提取和HCP质谱特征分析。研究结果显示:无血清驯化培养后,CHO-K1贴壁细胞变为透明规则圆形悬浮细胞。利用商业外泌体提取试剂盒结合电镜检测能从培养上清中分离到完整的外泌体。质谱检测显示外泌体蛋白都包含于上清总蛋白,都含有较多的水解蛋白,如Lipoprotein lipase、Phospholipase B-like2、Protease Cathepsin D 等。
二.评估了悬浮CHO-K1细胞培养上清在生物体内的安全性,使用富集的培养上清免疫动物,检测抗体效价、血液生化指标和十二指肠与胰腺的病理变化,探究上清总蛋白的致病性和免疫特性。结果显示:上清总蛋白与弗氏免疫佐剂能乳化形成油包水微粒,它免疫的兔抗血清效价达到105。另外,实验组对比对照组的十二指肠和胰腺都有明显充血肿大,其中红细胞和血红蛋白升高,血浆容量减少,可能有一定脱水的,即免疫后,上清总蛋白会影响胃肠道消化功能。血液中白细胞/中性粒细胞升高,淋巴细胞下降,增加了细菌感染的可能,即免疫后,上清总蛋白能造成免疫力下降,降低机体对外界的抵抗力。谷丙转氨酶升高,显示肝细胞受损,引起细胞膜通透性增加,这与解剖学观察结果一致,即HCP免疫后,引起肝脏功能受损。淀粉酶降低,这与慢性胰腺炎有关,胰腺组织可能被破坏,导致分泌功能障碍,淀粉酶偏低。解剖学结果也表面,HCP免疫后,胰腺器官肿大,提示对消化道的器官,尤其是胰腺组织有特定损伤。实验组和对照组在血常规检查(白细胞总数和分类,血红蛋白,红细胞压积,平均红细胞体积)和血液生化检查(白球比,淀粉酶,白蛋白,谷丙转氨酶,甘油三酯,无机磷,谷草转氨酶,尿素,尿酐比)的显著性差异,表明HCP免疫损害了动物机体健康。
三.制备针对CHO-K1细胞培养上清抗原的双重抗体。在免疫动物后,一方面收集动物血清制备天然多克隆抗体。实验结果显示:纯化得到天然血清抗体库,纯度>95%。2D电泳免疫印迹对HCP覆盖度达到45.5%。
四.收集脾细胞和外周血单核细胞,分离RNA,进行免疫组库测序分析克隆抗体可变区基因,制备单链抗体可变区(ScFv,Single chain Fragment variable)pComb3Xss噬菌体抗体库,检验双重抗体库丰度和覆盖度。实验结果显示:Ig+脾细胞RNA免疫组库提示重链和轻链可变区种类均在104以上,组合的ScFv可达109种。重链轻链约为450bp,组装成ScFv(约900bp),克隆到噬菌体载体,酶切验证有预期条带1000bp,成功构建了ScFv文库。诱导表达ScFv文库并纯化。WB验证得到15kDa ScFv蛋白。2D-western blot,显示ScFv能够识别60%的HCP蛋白。理论上,天然抗体与单链抗体组成的双重抗体库,对HCP总蛋白的覆盖度能达到70.5%。
为了实现对生物制品杂质残留的安全可控监测,我们创新地开发了包含天然血清抗体库和ScFv重组抗体库在内的HCP双重抗体库技术体系,在保持抗体库均一覆盖度的前提下,将其可控化表达,降低了成本。并且对细胞培养上清的生物安全进行了评估,增加了HCP体内监控项目的多样性。实现了对HCP体内体外影响更全面的监测,并拓展了抗体库在工业生物制品,和所有疾病与健康相关生物标志物的筛选的应用范围,也为进一步制备检测试剂盒奠定了基础。