ОПТИМИЗИРОВАННЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДНК, КОДИРУЮЩИЕ ЛЕГКУЮ И ТЯЖЕЛУЮ ЦЕПИ МОНОКЛОНАЛЬНОГО АНТИТЕЛА, СВЯЗЫВАЮЩЕГО ФАКТОР НЕКРОЗА ОПУХОЛИ АЛЬФА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ БИОСИНТЕЗА АНТИТЕЛА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИТЕЛА ПОСРЕДСТВОМ РЕКОМБИНАНТНОЙ КЛЕТОЧНОЙ ЛИНИИ CHO-S Российский патент 2014 года по МПК C12N15/00 

Изобретение относится к фармацевтической субстанции терапевтического моноклонального антитела, нейтрализующего активность ФНО-α человека. Представлены оптимизированная последовательность ДНК, способ биосинтеза антитела на основе рекомбинантной клеточной линии CHO-S с описанием важных параметров конечного продукта. Изобретение может быть использовано для создания фармацевтического препарата, применяемого при аутоиммунных заболеваниях, в частности ревматоидного артрита, болезни Крона, язвенного колита, анкилозирующего спондилита, псориатического артрита и др.

Антитела (иммуноглобулины) - класс биологических молекул, синтезируемых В-лимфоцитами иммунной системы. Они обладают свойством высокоспецифично связываться с чужеродными объектами, тем самым нейтрализуя и индуцируя их уничтожение клетками-киллерами. С развитием гибридомных клеточных технологий и молекулярно-биологических методов появилась возможность искусственно создавать и производить антитела, специфичные только к заданной молекулярной мишени (моноклональные антитела). В настоящее время это свойство моноклональных антител активно используется для лечения различных онкологических и аутоимунных заболеваний. Аутоиммунные заболевания, среди которых доминирует ревматоидный артрит, представляет собой тяжелую социальную и экономическую проблему. Золотым стандартом лечения ревматоидного артрита является использование рекомбинантных препаратов на основе моноклональных антител к фактору некроза опухоли (ФНО). Блокирование моноклональными антителами связывания ФНО с иммунокомпетентными клетками обеспечивает противовоспалительный эффект таких лекарств и стойкую ремиссию у больных.

С целью промышленной продукции белков, имеющих фармацевтическое значение, в частности моноклональных антител, широко используются клетки СНО. Важным свойством клеток СНО для использования в клеточной биотехнологии является их широкая приспособляемость к разнообразным условиям культивирования и высокая генетическая пластичность, что позволяет с относительной легкостью проводить с данными клетками различные генетические манипуляции. Кроме того, эти клетки способны к росту при очень высокой клеточной плотности в больших крупногабаритных ферментерах объемом до 10 тыс. литров. Более того, клетки СНО соответствуют принципам биологической безопасности, поскольку подавляющее большинство патогенных вирусов человека, включая вирусы иммунодефицита, полиомиелита, гриппа и герпеса, неспособно в них размножаться.

Вышеупомянутые качества сделали клетки СНО главной клеточной культурой в мировой биотехнологии. В настоящее время около 70% рекомбинантных фармацевтических биопрепаратов производится именно на основе клеток СНО.

Уже существующий на рынке препарат на основе моноклонального антитела к ФНО-α человека моноклональное антитело (Ремикейд®) до сих производится в клеточной линии мышиной меланомы SP2/0, разработанной около 20 лет назад, в то время как разработанный штамм-продуцент моноклонального антитела к ФНО-α человека производится в CHO-S клетках, являющихся на сегодня «золотым стандартом» по соотношению эффективности и безопасности в производстве биофармацевтических препаратов, и позволяет минимизировать риски загрязнения продукта эндогенными вирусами и белками клетки-продуцента в процессе производства. Очевидно, переход на принципиально новую клеточную систему экспрессии требует создания и отработки каждой стадии нового технологического процесса - от культивирования до стадий финальной очистки и получения ГЛФ.

Для эффективной экспрессии требуется оптимизация последовательности ДНК целевого белка. Показано, что на эффективную экспрессию влияют такие факторы, как процент содержания G-пар, вторичная структура РНК, наличие внутренних сигналов сплайсинга, наличие коротких рамок считывания, длинных гомополимерных последовательностей, использование кодонов и пар кодонов с разной степенью встречаемости. Было показано, что для антител оптимизация последовательности ДНК может значительно повысить уровень экспрессии. Таким образом, последовательности ДНК, кодирующие тяжелую и легкую цепи моноклонального антитела к ФНО, были оптимизированы для получения высокого уровня экспрессии.

Разработка клеточной линии-продуцента моноклонального антитела к ФНО-α человека включала в себя следующие этапы:

- оптимизация последовательностей ДНК, кодирующих легкую и тяжелую цепь антитела (фиг.1);

- создание двух экспрессионных конструкций, кодирующих тяжелую и легкую цепи рекомбинантного моноклонального антитела (фиг.2);

- проведение трансфекции клеток СНО полученными экспрессионными плазмидами;

- отбор клонов и создание клеточного банка штамма-продуцента.

Были сконструированы экспрессионные плазмиды v240 и v241, содержащие кДНК, кодирующие рекомбинантное моноклональное антитело к ФНО-α человека, под контролем цитомегаловирусного промотора. Экспрессионные плазмиды были синтезированы с использованием стандартных молекулярно-биологических методов.

Была проведена трансфекция клеточной линии CHO-S химическим методом. Успешно трансфецированные клетки были отобраны с применением антибиотиков: зеоцин и бластицидин. Для отбора клонов, имеющих максимальную продуктивность по антителу, был использован метод предельных (лимитирующих) разведений с последующей оценкой концентрации моноклонального антитела с помощью ИФА. Отобранные клоны амплифицировали в условиях нормального клеточного роста и создали клеточные банки.

Техническим результатом изобретения является максимизация продуктивности клеток и оптимизация пострансляционных модификаций антитела, в частности гликозилирования тяжелых цепей антитела. В результате проделанной работы были разработаны несколько условий, позволяющие получить моноклональное антитело с высокой продуктивностью и различным гликозилированием тяжелой цепи в зависимости от условий культивирования.

Примеры

В качестве основной среды для культивирования была выбрана среда ActiCHO P CD (GE Healthcare) с добавлением 6 мМ L-глутамин и 0,1% Pluronic F-68. В качестве добавок использованы UMG (300 мМ уридин, 1500 мМ галактоза, 0,6 mM MnCl₂), ActiCHO FeedA CD (GE Healthcare) совместно с ActiCHO FeedB CD (GE Healthcare) (в объемном соотношении 10:1, добавляются по отдельности) глюкоза 250 г/л и FunctionMAX Titer Enhancer (Life Technologies). Разработанные схемы культивирования, описывающие порядок внесения различных компонентов, представлены в таблице 1. Клетки культивировали в шейкерных колбах на орбитальном шейкере при ~110 об/мин при 36,5°С, 5% CO₂ в инкубаторе. Для культивирования использовали клетки, депонированные во Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером Н-145.

Таблица 1 Схема внесения компонентов при культивировании Компоненты День 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ActiCHO Feed-A+B 1,76% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% 1,7 6% FM   3,5%   3,5%   3,5%     3,5%         UMG 4х 4х 4х 4х 4х 4х              

Было экспериментально выяснено, что добавление NaCl до концентрации 0,5 М и 1М увеличивает выход целевого антитела после первой стадии аффинной очистки. В качестве аффинного сорбента использовали Mab Select (GE Healthcare). Для оптимизации условий использовали 5 мл сорбента. Перед нанесением образцов колонну уравновешивали 4-5 объемами (относительно объема колонны) буфера Mab 1 (20 mM PhNa, 0,5 М NaCl, pH 7,0). Элюцию с колонны осуществляют 4-5 объемами буфера Mab 2 (100 mM Gly-HCl, pH 3,5). Выход оценивали по количеству белка, измеренным спектрофотометрически, после элюции. Было доказано, что внесение хлорида натрия перед стадией аффинной хроматографии в концентрации 0,5М и 1М увеличивает выход антитела (таблица 2). Было решено добавлять хлорид натрия к культуральной жидкости в концентрации 0,5М непосредственно до стадии фильтрации культуральной жидкости.

Таблица 2 Выход антитела к ФНО-α с MabSelect в зависимости от концентрации хлорида натрия в культуральной жидкости Концентрация NaCl в культуральной жидкости, М Емкость сорбента MabSelect, мг/мл 0 17,7 0,5 26,28 1 26,3

Перед очисткой антитела культуральную жидкость размораживают, добавляют NaCl до конечной концентрации 0,5М и фильтруют. Первую стадию очистки проводят при температуре 2-8°С. Условия очистки такие же, как и описаны выше с учетом большего объема сорбента. В процессе элюции белковый раствор титруют до значений рН 5,5±0,2 раствором 1 М Трис-HCl рН 8,0. Вторую стадию очистки моноклонального антитела проводят на сорбенте Fractogel SO₃ (Merck) при температуре 2-8°С. Колонну уравновешивают буфером Frac 1 (20 mM NaAc, рН 5,5). Раствор моноклонального антитела разводят уравновешивающим буфером Frac 1 (20 mM NaAc, рН 5,5) до значения проводимости не выше 5 mS/cm (кратность разведения 3-4 раза), доводят рН до значения 5,5±0,2 0,25 М уксусной кислотой, наносят на колонну. Колонну промывают 300 мл буфера Frac 1. Элюцию с колонны осуществляют ступенчатым градиентом 20% буфера Frac 2 (20 mM NaAc, 1 М NaCl, рН 5,5) в буфере Frac 1 (20 mM NaAc, рН 5,5). Начиная с оптической плотности 10 mAU (UV 280 нм), собирают фракции и анализируют методом ГФ-ВЭЖХ. По результатам анализа объединяют фракции с чистотой 98,5% и выше. Полученный раствор белка фильтруют через насадку фильтрующую на флакон Стеритоп 0,22 мкм. Затем раствор антитела концентрируют, используя мембраны для тангенциальной фильтрации с пределом отсечения 50 кДа, уравновешенную буфером ГЛФ (5 mM натрия гидрофосфат, 1,6 mM натрия дигидрофосфат, 142 mM сахарозы, 0,05% полисорбат-80). Далее раствор подвергается последней стадии - гель-фильтрующей хроматографии на сорбенте Sephadex G25 (GE Healthcare). Процесс проводят при температуре 2-8°С. На колонну, предварительно уравновешенную буфером ГЛФ, наносили раствор моноклонального антитела, элюцию с колонны проводили в буфере ГЛФ объемом. Полученный раствор антитела фильтруют через фильтр на 0,2 мкм и при -20°С.

Выявлен состав стабильной фармацевтической композиции в виде лифилизата, куда входят, мг: разработанное антитело против ФНО-α человека - 100; натрия гидрофосфат дигидрат - 6,1; натрия дигидрофосфат моногидрат - 2,2; сахароза - 500 и полисорбат - 80-0,5. Для получения данной композиции были использованы следующие условия сушки:

Замораживание - 2 часа при -30 - -40°С,

Сублимация при -20°С, 6 часа, 70-110 мТорр,

Ступенчатый переход на десорбцию - от -20 до +25°С в течение 2 часов при 70-110 мТорр,

Десорбция при +25°С, 5 часов, 70-110 мТорр.

Для оценки биологической активности были проведены in vitro и in vivo исследования. В частности, был проведен ряд исследований для комплексной оценки связывания антитела с антигеном: методом ИФА было изучено связывание с человеческим ФНО-α в растворимой мономерной и тримерной формах, методом сортировки флуоресцентно-активированных клеток было изучено связывание с трансмембранным нерастворимым ФНО-α на поверхности клеток и, более того, с помощью метода поверхностного плазменного резонанса были определены константы диссоциации (для комплекса антитела с мономерной и тримерной формой ФНО-α). Для оценки биологической активности было проведено исследование нейтрализующей активности по отношению к WEHI-164. Результаты представлены в таблице 3. Данные подтверждают наличие биологической активности полученного антитела in vitro.

Таблица 3 Результаты оценки биологической активности in vitro моноклонального антитела к ФНО-α человека Исследование Значение Стандартное отклонение Связывание с растворимым ФНО-а человека в мономерной форме, ЕС50 (нМ) 0.1335 0.0262 Связывание с растворимым ФНО-а человека в гомотримерной форме, ЕС50 (нМ) 0.0251 0.0037 Связывание с трансмембранным ФНО-а человека, ЕС50 (нМ) 5.632 0.5928 Нейтрализующая активность по отношению к клеткам WEHI-164, ЕС50 (нМ) 0.4854 0.0888

Эффективность разработанного моноклонального антитела к ФНО-α человека была доказана in vivo на трансгенных мышах Tg197 с гиперэкспрессией ФНО-α человека, приводящей к развитию полиартрита, начиная с 3-4-й недели жизни животного. Была проведена оценка терапевтической эффективности разработанного антитела в предотвращении проявления симптомов артрита у генетически модифицированных мышей Tg197. Для проведения данного исследования мыши (12 мышей в каждой группе, равное количество самцов и самок) получали исследуемое антитело болюсно, однократно (в дозировках 10 мг/кг и 30 мг/кг), внутрибрюшинно на четвертой неделе жизни после появления проявлений артрита, но до развития данных проявлений, а затем проводили оценку состояния данных мышей в возрасте более 5 недель до достижения 9-й недели жизни. Как показали результаты исследования, лечение исследуемым препаратом при дозировке 10 мг/кг оказывало подавляющее действие на развитие проявления полиартрита, однако не обеспечивало полную защиту от развития данного заболевания. В случае дозировки 30 мг/кг исследуемый препарат оказывал подавляющее действие на развитие проявления полиартрита и сохранял их статистически единообразными по сравнению с мышами в возрасте 3 недель из контрольной группы, не получавших препарат. В таблицах 4-6 приведены данные исследования эффективности разрабатываемого препарата на мышах Tg197.

Таблица 4 Средняя масса тела в группе Средняя масса тела (г) Неделя 4 Неделя 5 Неделя 6 Неделя 7 Неделя 8 Неделя 9 Возраст 4 недели, контрольная группа, не получавшая препарат 10,93 - - - - - G1-PRM-002 10 мг/кг 12,24 15,28 16,62 17,36 18,02 18,88 G2-PRM-002 30 мг/кг 12,27 15,75 17,51 18,21 19,78 20,86 G3-физиологический 12,26 14,34 15,23 15,58 15,71 16,40

Таблица 5 Средняя оценка артрита, in-vivo Средняя оценка артрита в условиях in-vivo Неделя 4 Неделя 5 Неделя 6 Неделя 7 Неделя 8 Неделя 9 Возраст 4 недели, контрольная группа, не получавшая препарат 0,38 - - - - - G1-PRM-002 10 мг/кг 0,40 0,43 0,66 0,71 0,82 0,91 G2-PRM-002 30 мг/кг 0,38 0,28 0,36 0,32 0,35 0,45 G3-физиологический раствор 0,29 0,70 0,88 0,99 1,27 1,25

Таблица 6 Средняя гистопатологическая оценка уровня развития артрита, ех-vivo Средняя гистопатологическая оценка уровня развития артрита Неделя 4 Неделя 9 Возраст 4 недели, контрольная группа, не получавшая препарат 1,50 - G1-PRM-002 10 мг/кг - 2,83 G2-PRM-002 30 мг/кг - 1,42 G3-физиологический раствор - 3,27

Изобретение относится к биохимии, в частности к молекулярной биологии, биотехнологии, генной инженерии. Изобретение представляет собой оптимизированные последовательности ДНК, кодирующие легкую и тяжелую цепь моноклонального антитела, предназначенные для синтеза антитела в рекомбинантных CHO-S клетках, и способ получения данного антитела в указанных клетках. Изобретение позволяет максимизировать продуктивность клеток и оптимизировать пострансляционные модификаций антитела, в частности гликозилирования тяжелых цепей антитела. В результате проделанной работы были разработаны несколько условий, позволяющих получать моноклональное антитело с высокой продуктивностью. 3 н. п. ф-лы, 2 ил., 6 табл.

1. ДНК, кодирующая тяжелую цепь антитела, связывающего человеческий ФНО-α, представленная SEQ ID:1 и предназначенная для синтеза данного антитела в рекомбинантных CHO-S клетках.

2. ДНК, кодирующая легкую цепь антитела, связывающего человеческий ФНО-α, представленная SEQ ID:2 и предназначенная для синтеза данного антитела в рекомбинантных CHO-S клетках.

3. Способ получения моноклонального антитела, связывающего человеческий ФНО-α, включающий введение ДНК по пп.1 и 2 в рекомбинантные CHO-S клетки, их культивирование и последующую очистку антитела к ФНО-α.