A. Mengenal Sel CHO dalam Bioproduksi Modern dan Keunggulannya

Gambar 1. Chinese Hamster Ovary (CHO) Cell Line

Sel Chinese Hamster Ovary (CHO) merupakan sel mamalia yang kerap digunakan untuk pembuatan antibodi monoklonal (mAb) dan protein terapeutik. Saat ini, terdapat 7 dari 10 obat biologis terlaris yang diproduksi menggunakan sel CHO. Dibalik larisnya obat biologi dari sel CHO, terdapat hasil produksi yang rendah dan tingginya biaya produksi. Namun, terdapat kelebihan dari sel CHO yang menjadikan alasan para produsen terus memproduksi dan mengembangkan produk-produk biologis dari sel CHO. Berikut merupakan keunggulan dari sel CHO:

1. Sel CHO memiliki kemampuan untuk tumbuh dalam kultur suspensi bebas serum dengan konsentrasi sel yang tinggi. Hal ini akan lebih cocok untuk kultur skala besar dalam bioreaktor. Kultur fed-batch dijalankan dengan konsentrasi sel maksimum 10-15 juta sel/mL.
2. Produktivitas spesifik sel mamalia yang rendah dapat diatasi melalui amplifikasi gen dalam sel CHO.
3. Kualitas glikoprotein yang berasal dari sel CHO kompatibel dengan manusia dan memiliki modifikasi pasca-translasi yang diinginkan, termasuk glikosilasi. Urutan genom CHO menunjukkan bahwa sekitar 99% gen manusia yang terikat dengan sintesis glikan merupakan homolog dari genom CHO. Sehingga, kualitas glikoprotein dari sel CHO tidak berpengaruh pada aktivitas fungsional dan waktu paruh sirkulasi in vivo, serta tidak memicu respon imun yang tidak diinginkan.
4. Mampu menahan infeksi virus manusia menjadikan CHO sebagai inang produksi yang aman. Hal ini karena sebagian besar gen yang bertanggung jawab atas masuknya virus, seperti molekul adhesi permukaan sel atau protein membran plasma yang terlibat dalam pengenalan virus, tidak diekspresikan dalam sel CHO.

B. Produk yang Dihasilkan Menggunakan Sel CHO

Hingga saat ini banyak produk yang dihasilkan menggunakan sel CHO. Produk tersebut antara lain antibodi monoklonal (mAb) dan protein terapeutik. Berikut contoh produk dari sel CHO dapat dilihat secara rinci pada Tabel 1.

Tabel 1. Produk yang Dihasilkan Menggunakan Sel CHO

C. Tahapan Produksi Protein Rekombinan Menggunakan Sel CHO

Gambar 2. Prosedur Pengembangan CHO Cell Line

Proses pengembangan CHO cell line rekombinan mencakup kloning transgenik dan konstruksi vektor, transfeksi dan penyaringan bank sel, penyaringan klon sel stabil, ekspansi klon sel, pembentukan bank sel, serta optimasi proses kultur. Inang CHO DXB11 (dhfr+/li), CHO DG44 (dhfr) dan CHO-GS-/- (CHO-K1SV) telah  dihasilkan untuk membuat seleksi klon menjadi lebih mudah dan cepat dengan memanfaatkan penanda metabolik, yaitu sistem seleksi berbasis metotreksat (MTX) yang menggunakan sistem seleksi yang dimediasi oleh dihidrofolat reduktase, serta sistem seleksi berbasis methionine sulfoximine (MSX) yang dimediasi oleh glutamin sintetase. Pada saat yang sama, seleksi MTX berfungsi sebagai sistem amplifikasi gen, yang memungkinkan hasil produk yang tinggi. Klon sel dengan titer protein rekombinan yang tinggi dipilih untuk ekspansi progresif sebelum penyimpanan sel dan evaluasi klon lebih lanjut.

Gambar 3. Teknologi Rekayasa Vektor Ekspresi untuk Produksi Protein Rekombinan

1. Penurunan ekspresi penanda seleksi meningkatkan keketatan seleksi, sehingga akan meningkatkan probabilitas isolasi klon sel dengan produktivitas tinggi dari gen rekombinan yang menjadi sasaran (GOI/Gene of Interest).
2. Internal ribosome entry site (IRES) digunakan untuk menghubungkan ekspresi beberapa gen. Penempatan gen penanda seleksi di hilir gen yang diinginkan memastikan bahwa ekspresi penanda seleksi bergantung pada transkripsi GOI.
3. Matrix attachment regions (MARs) yang mengapit gen yang menjadi sasaran mendorong ekspresi gen melalui pembentukan loop kromatin. Dimana untuk mempertahankan struktur kromatin yang aktif secara transkripsional.
4. Ubiquitous chromatin opening elements (UCOEs) mengapit gen yang menjadi sasaran meningkatkan ekspresi gen dengan mempertahankan kromatin dalam konfigurasi “terbuka”.
5. Contoh rekombinasi spesifik situs yang diilustrasikan menggunakan integrase λ mutan untuk mengintegrasi cassette ekspresi ke dalam genom. Rekombinasi ini bersifat irreversible karena urutan target attP dan attB berubah menjadi situs attR dan attL setelah terjadi rekombinasi.

Selanjutnya perlu dilakukan rekayasa sel untuk meningkatkan kepadatan maksimum sel yang hidup, perpanjangan umur kultur sel, dan percepatan laju pertumbuhan spesifik. Akibat integrasi acak gen asing dan gangguan genom, klon sel yang diperoleh selama pengembangan CHO cell line bersifat sangat heterogen. Oleh karena itu, penyaringan sejumlah besar klon sel diperlukan untuk mengisolasi klon dengan produksi tinggi. Terdapat 3 teknologi yang dapat digunakan untuk sorting klon sel, yaitu:

1. Fluorescence-Activated Cell Sorting (FACS)-Based Screening
2. ClonePix
3. Cell XpressTM

Klon terpilih kemudian dikembangkan menjadi cell bank untuk menjaga konsistensi produksi.

Gambar 4. Kultur fed-batch pada sel CHO. Gen yang menjadi sasaran (GOI) dimasukkan ke dalam sel CHO melalui transfeksi. Sel CHO yang positif digunakan untuk kultur dalam labu pengocok. Selanjutnya, sel CHO dan medium tambahan dimasukkan ke dalam bioreaktor. Dalam mode kultur fed-batch, nutrisi dipantau dan dikendalikan untuk mencapai hasil dan kualitas RTP. Produksi RTP ditunjukkan oleh sistem fed-batch.

Gambar 5. Diagram alur proses pemurnian pada platform mAb yang umum. Kromatografi penyempurnaan dapat menggunakan kolom pertukaran ion, membran, atau kolom mode campuran

Pemilihan strategi pemurnian akan bergantung pada sifat-sifat spesifik sampel dan tingkat kemurnian yang dibutuhkan. Karena sifat-sifat protein yang sangat bervariasi, strategi pemurnian akhir yang paling sesuai untuk satu protein mungkin tidak cocok untuk protein lainnya. Kombinasi langkah-langkah kromatografi yang logis biasanya dapat mencapai tujuan akhir pemurnian protein.

D. Produk dan Reagen Pendukung Riset Sel CHO

INDOGEN dapat membantu menyuplai reagen yang Anda butuhkan untuk riset terkait produk protein rekombinan dari sel CHO. Berikut merupakan daftar produk yang berkaitan dengan riset sel CHO.

Tabel 2. Daftar Produk yang Berkaitan dengan Riset sel CHO.

Untuk pertanyaan produk dan stock lebih lanjut Bapak/Ibu dapat menghubungi kontak yang tertera pada laman website Indogen berikut. Terima kasih.

Artikel Terkait:

1. Protein Rekombinan dan Sistem Ekspresinya Bagian 1 : Pendahuluan, Prinsip Kerja dan Komponen Kunci
2. Protein Rekombinan dan Sistem Ekspresinya Bagian 2 : Kenali 4 sistem Ekspresinya! – PT Indogen Intertama
3. Protein Rekombinan dan Sistem Ekspresinya Bagian 3 : Aplikasi dan Produk Riset Sistem Ekspresi – PT Indogen Intertama

Referensi:

1. Development of recombinant Chinese hamster ovary cell lines for therapeutic protein production – ScienceDirect
2. Creation of monoclonal antibody expressing CHO cell lines grown with sodium butyrate and characterization of resulting antibody glycosylation – ScienceDirect
3. Carbohydrate analysis throughout the development of a protein therapeutic
4. Cell culture processes for monoclonal antibody production
5. Advances in Mammalian Cell Line Development Technologies for Recombinant Protein Production
6. Progress in fed-batch culture for recombinant protein production in CHO cells
7. Industrial Production of Therapeutic Proteins: Cell Lines, Cell Culture, and Purification