E.coli HCP 产品性能对比分析

  E.coli HCP 产品性能对比分析   
CELLGENE BIOSCIENCE

背景

      纵观生物药物生产的历史，从药物终产物中，有效地去除和检测HCP杂质，有着大量的研究和发现。这些杂质的存在，对临床病人的安全和药物稳定性有着广泛的影响。

       目前，常见的蛋白药物表达系统，有原核表达系统，如Escherichia coli ，E.coli；植物表达系统；真菌表达系统，如毕赤酵母，酿酒酵母；昆虫表达系统，如Spodoptera frugiperda cells，SF9昆虫细胞；哺乳动物细胞表达系统，如中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary cells, CHO)，非洲绿猴肾细胞（African green monkey kidney cells，Vero）等。其中哺乳动物细胞表达系统，在临床药物的生产中，使用较为广泛，但是价格昂贵。产量最高，价格低廉，用途最广泛的是E.coli表达系统。

       E.coli表达系统是目前使用领域最多元的表达系统，由于其培养简单，转化效率高，成本低，产量高等特点，而被广泛应用。诸如不需要修饰的人胰岛素和生长激素，同时自然状态下需要糖基化修饰，但可以不糖基化修饰的蛋白，如 α-,β-和 γ-干扰素，以及白介素2和肿瘤坏死因子，仍具有生物学活性^[1,2]。

       对HCP的检测和鉴定方法，通常的金标准是ELISA和LC-MS法。其中，前者可以高通量定量，且价格低廉，后者可以定量定性，但是价格昂贵，且通量较低。两者需要正交搭配使用，来对药物中的HCP进行定性和定量。

       有较多文献报道，不同药物的相同纯化工艺，或者相同药物不同工艺的HCP残留均有较大差别，因此，国内外的药物HCP定量结果不尽相同^[3]。

E.coli HCP与CHO HCP有较大的差别

大致可以分为以下几类：

1、黏附素（Adhesins）：Curli (CsgA) ，形成淀粉样纤维，促进生物膜形成；

2、毒素（Toxins）：α-溶血素(HlyA), 孔形成毒素，溶解红细胞和上皮细胞；

3、侵袭素（Invasins）：OmpA, 促进E. coli侵袭血脑屏障（NMEC），抵抗补体杀伤；

4、免疫逃逸相关蛋白： LPS（脂多糖）, 诱导炎症，但逃避免疫识别；

5、分泌系统效应蛋白：EspC(自转运蛋白酶)，破坏上皮屏障；

6、宿主互作效应蛋白：NleH, 宿主NF-κB通路，减少炎症；

7、噬菌体/质粒编码毒力蛋白：Colibactin, 基因毒素，诱导DNA损伤。

      Jones等报道，残留的HCP不仅会有免疫原性，而且还有药物辅料降解的功能。对宿主菌/细胞高风险因子基因做基因敲除，或使用空载HCP模拟药物生产和纯化流程，如深层过滤、亲和纯化、阴阳离子纯化产物中的HCP残留分析尤为重要。在优化药物优化纯化过程中，不乏有较难去除的HCP。Zhu等报道过，E.coli表达的malaria vaccine在纯化过程中的HCP含量范围在90 ng or <1100 ppm/剂。但是临床能接受不形成慢性疾病的HCP含量范围仅仅<100 ppm/剂^[4,5,6]。

      所以，对HCP需要应检尽检，防止漏检，不断提升检测灵敏度和覆盖度。

赛唐产品检测结果

     赛唐生物新开发E.coli HCP(6S) ELISA/EH-E0022-3与美国Cygnus/F410产品作比较。从标曲范围、样本相对变化率、样本检测浓度和本底四个方面进行比较。

优势具体表现为:

1. 本底相对更低，可以排除更多非特异性结合；

2. 样本相对变化率更稳定，检测区间广泛；

3. 样本检测浓度更高。见下表：

                                  Figure.1                                                                                                 Figure.2

                                       Figure.3                                                                                            Figure.4

                                                      Figure.5

参考文献：

[1] F. R.Schmidt. Recombinant expression systems in the pharmaceutical industry[J]. Appl Microbiol Biotechnol. 2004. 65:363-372.

[2] Saskia R. et al. The production of biopharmaceuticals in plant systems[J]. Biotechnology Advances. 2009. 27(6):879-894.

[3] Chase E. Herman et al. Behavior of host-cell-protein-rich aggregates in antibody capture and polishing chromatography[J]. J Chromatogr A. 2023. 1702: 464081.

[4] Jones, M., et al. High-risk host cell proteins (HCPs): A multi-company collaborative view[J].Biotechnology and Bioengineering. 2021. 118, 2870-2885

[5] Reiter, K., et al. Host cellprotein quantification of an optimized purification method by massspectrometry[J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2019. 174,650-654.

[6] Chiu, J., et al. Knockout of a difficult-to-remove CHO host cell protein,lipoprotein lipase, for improved polysorbate stability in monoclonalantibody formulations[J]. Biotechnology and Bioengineering. 2017. 114, 1006-1015.

赛唐生物

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       公司是由海归科学家与业内资深教授专家为首并组建的一支稳定且拥有关键的核心技术的科研队伍，拥有蛋白库/cDNA库产品制备和验证、重组蛋白生产制备和鉴定技术、体外诊断检测试剂等多个研发平台，为生命科学和生物制药的药物设计、药物筛选、药物生产以及药物质量验证提供全方位的服务。

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