Forscher am Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology, Indien, haben die Auswirkungen von oxidativem Stress auf die Produktion von monoklonalen Antikörpern (mAbs) untersucht und untersucht, wie Antioxidantien diesen Stress lindern können, um ihre Leistung zu verbessern.
mAbs sind eine Art von Antikörpern, die im Labor hergestellt werden, um auf bestimmte Proteine abzuzielen, die an schädlichen Prozessen im Körper beteiligt sind (z. B. Antigene auf der Oberfläche von Krebszellen). Sie aktivieren das körpereigene Immunsystem, um das spezifische Ziel anzugreifen, auf die gleiche Weise, wie vom Körper produzierte Antikörper eindringende Krankheitserreger identifizieren und ihnen entgegenwirken.
Der Forscher Professor Anurag Rathore erklärte: „Die signifikant hohe Halbwertszeit (aufgrund ihrer Größe), relativ wenige Nebenwirkungen und eine unglaubliche Spezifität haben zur Popularität von mAbs beigetragen.“
mAbs werden unter anderem zunehmend in Therapien für eine Vielzahl von Krebsarten und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. Aufgrund dieser hohen Nachfrage ist es notwendig, die Proteinexpression in Zellkulturen für eine effiziente Produktion von Antikörpern zu optimieren.
In diesem Papier, veröffentlicht in Zeitschrift für Chemische Technologie und Biotechnologie Am 7. Februar werden die schädlichen Auswirkungen von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die in Zellen unter erhöhten Proteinexpressionsbedingungen erzeugt werden, beschrieben, was zeigt, dass hoher oxidativer Stress, der durch eine Ansammlung von ROS verursacht wird, die Zellmaschinerie beeinflusst und die Lebensfähigkeit der Zellen verringert.
Prof. Rathore erklärt: „ROS löst Veränderungen an allosterischen Stellen innerhalb von Enzymen und Proteinen aus, indem sie das Thiolatanion zur Sulfenform oxidiert und so ihre Funktion verändert. Wenn dies nicht behandelt wird, kann dies erhebliche Auswirkungen auf den Prozess und das Produkt haben.“
Die Studie untersucht die Auswirkungen von antioxidativen ROS-Scavengern auf Zellkulturen, insbesondere im Hinblick auf die Regulierung des mitochondrialen Membranpotentials, der ROS-Erzeugung und der Apoptose (eine Art Zelltod), sowie die Auswirkungen auf die Antikörperproduktion und -qualität.
Die Forscher fanden heraus, dass in Eierstockzellen des chinesischen Hamsters (CHO), die einen rekombinanten Antikörper igG1 exprimieren, die Zugabe von antioxidativen ROS-Scavengern wie Glutathion, N-Acetylcystein (NAC) und Ascorbinsäure zu Zellkulturen Zellen vor Schäden durch oxidativen Stress und DNA rettete Fragmentierung während der Produktionsphase.
Es gab eine 52-prozentige Abnahme der ROS-Spiegel, eine 69-prozentige Abnahme der Apoptose (eine Art Zelltod) und eine 38-prozentige Steigerung der Antikörperproduktion. Umgekehrt führte die Behandlung mit Oxidationsmitteln zu einer um 47 % verringerten Antikörperproduktion und zu einer Zunahme der sauren Spezies um 18 %.
Die Autoren schlussfolgern, dass eine Medienergänzung mit einer Kombination von Antioxidantien während der Antikörperproduktionsphase in Zellkulturen daher die Antikörperproduktion steigern kann. Derzeit werden die Auswirkungen von ROS in der Industrie nicht überwacht, und Prof. Rathore merkt an, dass eine Analyse, wie sich oxidativer Stress auf die Antikörperproduktion auf einer Produkt-für-Produkt-Basis auswirkt, nützlich wäre, um festzustellen, wo eine Supplementierung mit Antioxidantien von Vorteil wäre:
„Die Auswirkung von ROS auf Produktivität und Produktqualität ist wahrscheinlich von Produkt zu Produkt unterschiedlich; in Fällen, in denen dies ein Problem darstellt, wäre eine angemessene Berücksichtigung hilfreich.“
Während dieses Papier die potenziellen Vorteile der Linderung von oxidativem Stress zur Steigerung der Antikörperproduktion deutlich gemacht hat, sind vor der kommerziellen Umsetzung weitere Forschungen erforderlich. Dazu gehören eine Bewertung der Auswirkungen auf die Prozessökonomie und „eine detaillierte Untersuchung der Metabolomik der Zellen, wenn Antioxidantien hinzugefügt werden“, bemerkt Prof. Rathore.
Mehr Informationen:
Rajinder Kaur et al., Rolle von oxidativem Stress bei der Modulation der Leistung von CHO-Zellkulturen: Einfluss auf Titer und Qualitätsattribute eines Therapeutikums für monoklonale Antikörper, Zeitschrift für Chemische Technologie und Biotechnologie (2022). DOI: 10.1002/jctb.7280
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