Analyse der Zellfunktion zur Bewertung der Klonstabilität in Wirkstoffbioreaktoren
Biologische Wirkstoffe sind für bahnbrechende Behandlungen von Krebs, Herz-Kreislauf- sowie seltenen Erkrankungen sehr vielversprechend. Für die Herstellung solcher Wirkstoffe ist die Auswahl einer Wirtszelle entscheidend, die das therapeutische Molekül in ausreichender Menge und Qualität produziert. Veränderte Zellen zeigen jedoch eine genetische Variabilität auf, was zu unvorhersehbarem Verhalten und dem Verlust der Produktivität führen kann. Daher ist es wichtig, die Mechanismen zu identifizieren und zu verstehen, die über die Leistung biologischer Verfahren bestimmen. Gleichzeitig stellen die hohen Produktionskosten dieser neuen Wirkstoffe Länder mit begrenztem Gesundheitsetat vor eine große Herausforderung.
Innovative Technologie für die Bewertung von zellulärem Stress
Das EU-finanzierte Projekt BIOSIM entwickelte eine Plattformtechnologie, die die schnelle Analyse von zellbasierten Herstellungssystemen ermöglicht. Die Fingerabdruck-Technologie ChemStress wurde vom irischen KMU Valitacell entwickelt. „ChemStress wurde für eine ausführliche, funktionelle Zellanalyse entwickelt, um ein besseres, kontrollierbareres Herstellungssystem zur Verfügung zu stellen – denn gerade für komplexere Moleküle ist es entscheidend, dass wir die Veränderungen in der Zellmaschinerie, die die Leistung der biologischen Verfahren antreibt, identifizieren und verstehen“, erklärt Jerry Clifford, Projektkoordinator und Geschäftsführer von Valitacell. ChemStress® ist eine Platte mit 96 Wells, die mehrere chemische Stoffe enthält, welche ausgewählt wurden, da sie die Fähigkeit besitzen, zelluläre Signalwege, die die Produktion steuern, anzuregen oder entscheidende Stresszustände bei den biologischen Verfahren zu simulieren. Statische Zellkulturen werden drei Tage lang auf ChemStress®-Platten platziert. Während dieser Zeit regen die Chemikalien die Zellen an. Zelluläre Antworten auf diese Stimuli werden auf für den Nutzer oder die Nutzerin relevante Ergebnisse, z. B. die entwicklungsfähige Zelldichte, untersucht. Insgesamt geben die daraus resultierenden Antworten auf die verschiedenen Chemikalien Aufschluss über charakteristische „Fingerabdrücke“ der tiefen Zellfunktion.
Leistung von ChemStress und künftige Perspektiven
BIOSIM arbeitete mit vier Unternehmen zusammen, um die Ergebnisse der ChemStress-Technologie gegen die Zellleistung, die mit traditionellen Methoden beobachtet wurde, zu validieren. Die Ergebnisse legen nahe, dass traditionelle Methoden, die sich auf äußere Merkmale konzentrieren, tieferliegende Zellveränderungen überdecken, was dazu führt, dass instabile Klone für die Herstellung ausgewählt werden. Die ChemStress®-Analyse wurde verwendet, um die Ähnlichkeit in der Zellfunktion zu bewerten und Zellklone je nach der Stabilität ihrer Funktion einzustufen. Die am höchsten eingestuften Klone hatten die stabilsten Zellfunktion-Fingerabdrücke, was eine neuartige orthogonale Stabilitätsmetrik bietet, die einen tieferen Einblick in die Zellfunktion erlaubt als Titer allein. Dieser Ansatz bietet eine rationale Grundlage, auf der instabile Klone im frühen Stadium der Versuche entfernt werden können und die große Menge an verarbeiteten Zellkulturen verringert werden kann. „Die Finanzierung durch BIOSIM war entscheidend für Valitacell, um in den globalen Biopharma-Markt einsteigen zu können“, betont Clifford. Das Unternehmen begann das Produkt zunächst durch ein Frühanwender-Programm zu verkaufen, bis es eine Anzahl von bestimmten Endnutzern erreicht hat und die Anwendung für eine vollständige Markteinführung bereit ist. ChemStress ist eine schnelle Analyse zur Bewertung der Zellfitness für die Bioverarbeitung durch die Nutzung der Zellantwort auf eine stressreiche Umgebung. Weitere Anwendungsbereiche für ChemStress® auf dem Gebiet der biotechnologischen Herstellung umfassen die Qualitätskontrolle von Zellkulturmedien und Zelllinien, die funktionelle Beurteilung der Zelltechnik sowie das Design von Zellkulturmedien. Angesichts der strengen regulatorischen Anforderungen für die Wirkstoffentdeckung und die Zelllinienentwicklung ist Clifford zuversichtlich, dass „die Markteinführung von ChemStress die detaillierte funktionelle Analyse der Zelltechnik ermöglichen wird.“
Schlüsselbegriffe
BIOSIM, Stress, ChemStress, Zelllinie, Assay