Salzmodulation und optimierte CHO-Medien im Fokus von Studien zur Antikörper-Bioprozessierung
Mit über 170 weltweit zugelassenen Antikörperprodukten zielen Bioprozessstudien darauf ab, die Herstellung zu verbessern. Optimierte OPM-CHO-Medien steigerten die Fed-Batch-Produktivität um über 40 %, während die Salzzugabe zur Verbesserung der Filterbarkeit von Antikörper-Pools bewertet wurde.
Antikörperbasierte Produkte sind die größte Klasse rekombinanter Proteintherapeutika, und Antikörpertherapeutika werden in der Onkologie, Immunologie, Hämatologie und bei Infektionskrankheiten eingesetzt. Bis Ende 2023 hatten mehr als 170 Antikörperprodukte weltweit eine kommerzielle Zulassung erhalten. Zwei Studien untersuchen Strategien zur Verbesserung der Antikörperherstellung: Eine konzentriert sich auf die Optimierung von Zellkulturmedien für Chinese-Hamster-Ovarialzellen (CHO-Zellen), um die Fed-Batch-Produktivität zu steigern, und die andere untersucht die Verwendung von Salzen zur Verbesserung der Filterbarkeit von Antikörper-Pools.
Für die Upstream-Verarbeitung werden die meisten rekombinanten Proteintherapeutika in Säugetier-Zellkulturen produziert, wobei CHO-Zellen die dominierende Produktionsplattform darstellen. Monospezifische Immunglobulin-G(IgG)-Moleküle machen etwa 74 % aller zugelassenen Antikörpertherapeutika aus. Typische mAb-Expressionstiter lagen in den späten 1990er Jahren oft bei 1–2 g/L oder weniger, während Titer von 5–8 g/L heute Routine sind. Die Optimierung von Zellkulturmedien und Feed bleibt einer der bedeutendsten und skalierbarsten Ansätze zur Verbesserung der Effizienz der Upstream-Verarbeitung.
In einer Demonstration der Leistungsfähigkeit von OPM-CHO-Medien wurden CHOZN GS–/– Wirtszellen, die für die stabile Expression eines bekannten IgG4-Biosimilar-mAbs entwickelt wurden, in Fed-Batch-Schüttelkulturen kultiviert. Die Zellen wurden mit 1,0 × 10^6 Zellen/mL in Basalmedium inokuliert, wobei die Glukosekonzentration bei >1 g/L gehalten wurde. Kombinationen aus OPM-Medien und Feeds unterstützten höhere Wachstumsprofile und maximale lebensfähige Zelldichten (VCDs) als zwei globale Konkurrenzprodukte, während die Zellviabilitäten ähnlich oder besser blieben. Bei Verlängerung des Prozesses bis Tag 16 blieben die Zellviabilitäten von OPM 1-2, 2-1 und 2-2 nahe oder über 90 %. Die endgültigen Titerbestimmungen an Tag 16 zeigten eine überlegene Leistung der OPM-Produkte mit einer >40-prozentigen Steigerung der volumetrischen Produktivität. Die analytische Charakterisierung des gereinigten Produkts aus der Gruppe OPM 1-1 zeigte eine begrenzte Produktfragmentierung und -aggregation sowie eine ähnliche Verteilung der Ladungsvarianten im Vergleich zum Referenzmolekül.
Für die Downstream-Verarbeitung wird Filtration häufig während der Antikörper-Ernteprozesse und in Zwischenreinigungsschritten eingesetzt, und ein frühes Fouling der Filter kann zu einer verlängerten Gesamtprozesszeit und verringerter Ausbeute führen. Zu den Fouling-Mechanismen gehören Porenverengung, Porenblockierung und Kuchenbildung, die durch Proteinaggregate, Protein-Protein-Wechselwirkungen und/oder Protein-Verunreinigungs-Wechselwirkungen verursacht werden. Eine Strategie zur Abschwächung des Membranfoulings besteht in der Verdünnung des Filterbelastungsmaterials, aber dieser Ansatz könnte durch anlagenbedingte Einschränkungen limitiert sein. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Ionenstärke von Prozessflüssigkeiten Protein-Protein-Wechselwirkungen reduzieren kann, die aus elektrostatischen Wechselwirkungen bei hohen und niedrigen Proteinkonzentrationen entstehen. Salze bewirken eine Ladungsabschirmung und unterbrechen Protein-Protein-Wechselwirkungen. In Ultrafiltrations-/Diafiltrationsprozessen reduziert eine erhöhte Ionenstärke in einem Diafiltrationspuffer die Lösungsviskosität und verbessert dadurch den Prozessdruck und die Fähigkeit, hohe Konzentrationen zu erreichen. Sowohl Arginin als auch Natriumchlorid haben gezeigt, dass sie die Viskosität von Proteinlösungen bei pH 7,5 und pH 5,0 reduzieren.
Um zu bewerten, ob eine Erhöhung der Ionenstärke durch Zugabe verschiedener Salze die Filterbarkeit von Antikörper-Pools durch einen Zwischenmembranfilter verbessern könnte, verwendete eine Studie zwei Immunglobulin-G1(IgG1)-Moleküle: einen konventionellen Antikörper (Ab1) mit einem isoelektrischen Punkt (pI) von 7,4 und einen multispezifischen Antikörper (Ab2) mit einem pI von 8,4. Jedes Salz wurde zu einem glycinbasierten Protein-A-Elutionspuffer hinzugefügt, und das gepoolte Eluat wurde auf pH 3,4 eingestellt und zwei Stunden lang gehalten, was einen Niedrig-pH-Virusinaktivierungsschritt widerspiegelt. Bei der höchsten Salzzusatzkonzentration wies das vortitrierte Eluat-Pool einen etwas niedrigeren pH-Wert (4,0) auf als andere Eluat-Pools (4,3), was zu einer Abweichung von ≈1 % v/v bei der Menge des verwendeten Niedrig-pH-Titrationsmittels führte.