Chomik, a dokładniej linia komórkowa pochodząca od chomika chińskiego, ma zaskakująco istotny związek z jednym z leków stosowanych w pulmonologii, jakim jest preparat Pulmozyme (dornaza alfa).
Medycyna i biotechnologia dawno nauczyła się wykorzystywać organizmy zwierzęce, w tym komórki ssaków, do produkcji wyrafinowanych i trudnych do wytworzenia białek rekombinowanych, które nie tylko wspierają, ale wręcz kształtują dzisiejszą terapię wielu chorób. W tym przypadku komórki jajnika chomika chińskiego (CHO, Chinese Hamster Ovary) odgrywają kluczową rolę w procesie wytwarzania dornazy alfa, aktywnego składnika Pulmozyme, który stosowany jest głównie u pacjentów z mukowiscydozą i pierwotną dyskinezą rzęsek w celu rozrzedzenia gęstej wydzieliny płucnej.
Subtelne oddziaływanie nauki i natury czyni z chomika chińskiego nie tyle ciekawostkę, co istotny element globalnej sieci produkcji farmaceutyków opartych na inżynierii genetycznej. Współczesna biotechnologia polega często na rozwiązaniach, w których komórki ssacze, ze względu na swoją zdolność do właściwego fałdowania białek, glikozylacji i zapewnienia im odpowiedniej struktury, są nieocenione.
Biotechnologia
Chociaż mikroorganizmy, takie jak bakterie czy drożdże, od dawna są wykorzystywane do wytwarzania prostszych białek terapeutycznych, to w przypadku bardziej skomplikowanych cząsteczek białkowych, które wymagają specyficznej glikozylacji lub innych modyfikacji potranslacyjnych, konieczne jest zastosowanie organizmów ssaczych. Komórki ssacze – w szczególności komórki CHO – stały się złotym standardem w produkcji wielu białek rekombinowanych, w tym przeciwciał monoklonalnych oraz enzymów terapeutycznych.
Niewątpliwą zaletą wykorzystania komórek CHO jest ich genetyczna stabilność, możliwość łatwej adaptacji do hodowli w zawiesinie, a także zdolność do ekspresji złożonych białek w formie biologicznie aktywnej. W procesie tym plazmidy lub inne wektory genetyczne z genem kodującym docelowe białko (tu: dornazę alfa) są wprowadzane do komórek jajnika chomika chińskiego. Następnie wyselekcjonowane klony komórek zdolne do wysokiej ekspresji białka prowadzi się w bioreaktorach, kontrolując ściśle warunki środowiska hodowlanego (pH, temperatura, skład pożywki), aby uzyskać możliwie najwyższą jakość i wydajność produkcji białka.
Pulmozyme i dornaza alfa
Pulmozyme, którego substancją czynną jest dornaza alfa, to rekombinowana endorybonukleaza deoksyrybonukleinowa (rhuDNaza). Enzym ten działa poprzez rozkładanie zewnątrzkomórkowego DNA w plwocinie pacjentów np. z mukowiscydozą, w ten sposób zmniejszając lepkość śluzu i ułatwiając pacjentom oddychanie. Mukowiscydoza powoduje nagromadzenie w drogach oddechowych gęstego i lepkiego śluzu, co utrudnia skuteczne usuwanie patogenów i sprzyja przewlekłym infekcjom oraz postępującej niewydolności płuc. Zastosowanie dornazy alfa odgrywa kluczową rolę we wspomaganiu terapii tej choroby, pozwalając na redukcję zalegania śluzu i ułatwiając jego odkrztuszanie.
Rola komórek CHO w produkcji biotechnologicznej
Komórki CHO od ponad 30 lat są jednym z najczęściej wykorzystywanych „narzędzi” w biotechnologii farmaceutycznej. Ich popularność wynika z połączenia kilku cech: stabilności genetycznej, łatwości manipulacji genetycznych, a także zdolności do osiągania wysokich poziomów ekspresji białek rekombinowanych. Mają one zdolność do zapewniania białkom odpowiedniej struktury drugorzędowej, trzeciorzędowej, a nawet czwartorzędowej, oraz właściwej glikozylacji, co jest kluczowe dla działania wielu leków białkowych.
Bez udziału tych komórek, produkcja dornazy alfa w postaci gotowej do stosowania klinicznego byłaby znacznie bardziej utrudniona. Proces produkcyjny obejmuje transfekcję komórek CHO plazmidem z genem kodującym dornazę alfa, klonowanie i selekcję stabilnych linii produkujących enzym, a następnie ich hodowlę w dużej skali. Następuje dalej izolacja i oczyszczanie enzymu z pożywki hodowlanej za pomocą złożonych procesów chromatograficznych oraz kontrola jakości, obejmująca zarówno testy aktywności biologicznej, jak i ocenę czystości i struktury cząsteczki.
Bezpieczeństwo zwierząt w produkcji dornazy alfy
Współczesne procesy biotechnologiczne zapewniają, że produkcja dornazy alfa odbywa się bez szkody dla zwierząt. Komórki jajnika chomika chińskiego (CHO) są wykorzystywane jako linie komórkowe, które zostały wyizolowane i ustabilizowane w laboratoriach już w latach 50. XX wieku. Od tego czasu są one hodowane w kontrolowanych warunkach in vitro, co oznacza, że nie ma potrzeby pozyskiwania nowych komórek od zwierząt. Dzięki temu żadne chomiki nie są obecnie wykorzystywane ani krzywdzone w procesie produkcji dornazy alfa.
Historia powstania dornazy alfa i Pulmozyme
Badania nad enzymami zdolnymi do degradacji DNA rozpoczęły się w połowie XX wieku. W latach 80. naukowcy z firmy Genentech, w tym dr Steven Shak, rozpoczęli prace nad rekombinowaną ludzką deoksyrybonukleazą (rhDNazą) jako potencjalnym lekiem dla pacjentów z mukowiscydozą. W 1993 roku dornaza alfa została zatwierdzona przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) jako pierwszy lek mukolityczny oparty na technologii rekombinowanego DNA, pod nazwą handlową Pulmozyme. Od tego czasu Pulmozyme stał się standardem w leczeniu mukowiscydozy, przyczyniając się do poprawy jakości życia wielu pacjentów na całym świecie.
Perspektywy, przełom w mukowiscydozie dzięki modulatorom CFTR
Wraz z rozwojem inżynierii genetycznej oraz metod hodowli komórkowych możemy spodziewać się dalszego doskonalenia procesów biotechnologicznych. Nowe linie komórkowe, modyfikacje genetyczne poprawiające stabilność i ekspresję, a także doskonalenie systemów oczyszczania białek pozwolą na tworzenie jeszcze bardziej zaawansowanych biofarmaceutyków.
Interesującą alternatywą jest wykorzystanie roślin jako bioreaktorów do produkcji białek terapeutycznych. Przykładem są genetycznie modyfikowane liście tytoniu, które mogą wytwarzać białka o znaczeniu farmakologicznym. Badania wykazały, że tioredoksyny obecne w tytoniu mogą zwiększać produkcję białek podobnych do ludzkich albumin, co otwiera nowe możliwości wytwarzania biofarmaceutyków w sposób ekonomiczny i bezpieczny.
W kontekście mukowiscydozy przełomem ostatnich kilku lat stało się wprowadzenie leków przyczynowych, tzw. modulatorów białka CFTR. Leki te, takie jak iwakaftor, lumakaftor czy tezakaftor, działają na poziomie molekularnym, korygując funkcję wadliwego białka CFTR, co prowadzi do poprawy funkcji płuc i jakości życia pacjentów. W Polsce modulatory CFTR są dostępne w ramach programu lekowego, co stanowi znaczący krok naprzód w terapii mukowiscydozy.
Modulatory białka CFTR, poprzez przywracanie funkcji wadliwego białka, prowadzą do poprawy transportu jonów chlorkowych i normalizacji składu śluzu w drogach oddechowych. W efekcie zmniejsza się lepkość śluzu, co ogranicza potrzebę stosowania leków mukolitycznych, takich jak dornaza alfa, które działają poprzez rozkładanie DNA w plwocinie. Dzięki modulatorom możliwe jest bardziej kompleksowe i przyczynowe podejście do leczenia mukowiscydozy, redukując konieczność terapii objawowych.
