Producción en fed-batch ampliada de alfa-1-antitripsina recombinante por células CHO en biorreactor orbital agitado de un solo uso con aireación superficial

Por qué esta proteína importa para los pacientes

La alfa-1-antitripsina (A1AT) es una proteína protectora que ayuda a resguardar los pulmones y otros órganos frente al daño causado por enzimas inflamatorias. Las personas nacidas con deficiencia de A1AT pueden desarrollar enfermedad pulmonar grave y temprana, además de otras complicaciones. Hoy, su tratamiento principal son infusiones regulares de A1AT purificada a partir de donaciones de sangre humana: una terapia vitalicia y costosa que depende de un suministro limitado de plasma. Este estudio explora cómo producir A1AT en un sistema de cultivo celular controlado, tipo fábrica, que podría algún día proporcionar una fuente más fiable y escalable de este medicamento importante.

De las donaciones de sangre a fábricas basadas en células

La terapia actual con A1AT se basa en proteínas extraídas del plasma humano donado. Además de ser cara, esta aproximación es vulnerable a la escasez de suministro y conlleva un riesgo residual de transmisión viral. Al mismo tiempo, los científicos siguen descubriendo nuevas aplicaciones potenciales para la A1AT, incluyendo la modulación de la inflamación dañina, la protección de órganos trasplantados y la ayuda en afecciones como diabetes, artritis, infarto de miocardio, ictus e insuficiencia hepática aguda. Todo ello aumenta la demanda. Para romper la dependencia de donantes humanos, los investigadores buscan fabricar A1AT humana recombinante (rhA1AT): la misma proteína humana, pero producida por células modificadas cultivadas en biorreactores.

Por qué células CHO y tanques plásticos agitados

El equipo eligió células de ovario de hámster chino (CHO), la herramienta principal de la fabricación biofarmacéutica moderna. Las células CHO crecen bien en cultivos suspendidos a gran escala sin suero, añaden patrones de glicosilación parecidos a los humanos a las proteínas y secretan el producto directamente al medio de cultivo, lo que simplifica la purificación. En lugar de los tanques agitados mecánicamente de acero inoxidable, los investigadores usaron un biorreactor orbital agitado de un solo uso (SB10-X). Este sistema es esencialmente un gran contenedor plástico esterilizado que se mueve en un trayecto circular mientras el gas fluye sobre la superficie del líquido. En comparación con los tanques con agitador mecánico, estos sistemas agitados son más sencillos de instalar, más económicos de operar a pequeña escala y menos agresivos para células sensibles al corte, sin perder la semejanza con las condiciones de mezcla y aireación de los matraces agitados estándar empleados en experimentos iniciales.

Elegir una línea celular ganadora

A partir de células CHO previamente modificadas para producir rhA1AT, los investigadores aislaron diez “clones de célula única” y los monitorizaron durante tres meses. Para cada clon midieron la velocidad de crecimiento y la cantidad de A1AT producida por célula a lo largo del tiempo, tanto con como sin un fármaco de selección común (metotrexato). Si bien algunos clones producían más proteína, tendían a crecer más despacio. Un clon—denominado Clon 2—ofreció un buen compromiso: creció relativamente rápido y mantuvo una producción estable y razonable de A1AT durante 12 semanas. Basándose en estas características combinadas, se eligió el Clon 2 para la ampliación de escala y el desarrollo posterior del proceso.

Escalar y ajustar el entorno celular

Usando el Clon 2, el equipo primero realizó cultivos en fed-batch en matraces agitados estándar, donde se suministran nutrientes adicionales a lo largo del tiempo para aumentar los rendimientos. Luego transfirieron el mismo proceso a un biorreactor SB10-X de un solo uso de 10 litros. En ambos casos las células alcanzaron densidades altas, pero el biorreactor obtuvo hasta aproximadamente un 20% más de niveles pico de A1AT que los matraces, gracias a un mejor control del oxígeno y del pH. La productividad específica por célula—la cantidad de proteína que cada célula produce por día—fue similar entre sistemas (alrededor de 10–12 picogramos por célula y día), lo que confirma que el proceso puede escalarse sin perder rendimiento. Los científicos también monitorizaron de cerca nutrientes como glucosa y glutamina, y productos de desecho como lactato y amonio. Al reducir el nivel inicial de glutamina en la segunda corrida del biorreactor, redujeron la acumulación de amonio aproximadamente a la mitad sin perjudicar la productividad, aunque esto provocó más lactato, subrayando la necesidad de equilibrar cuidadosamente nutrientes y subproductos.

Obtener un producto final seguro y funcional

Una vez cosechada, la rhA1AT se clarificó y purificó mediante dos pasos de cromatografía, obteniendo un pico único y limpio en HPLC y aproximadamente un 70% de recuperación global. De forma importante, la actividad biológica de la proteína—su capacidad para inhibir la elastasa, la enzima pulmonar dañina—aumentó desde aproximadamente un tercio activo en el material inicial hasta alrededor de dos tercios activo tras el primer paso de purificación y se mantuvo alta después. El equipo también evaluó la tolerancia de la rhA1AT a condiciones ácidas que a menudo se usan para inactivar virus en la fabricación de anticuerpos. Encontraron que la proteína es estable cerca del pH neutro pero pierde material recuperable a pH más bajos, lo que sugiere que la inactivación viral estándar mediante pH bajo dañaría el producto y que se necesitan estrategias alternativas para eliminación o inactivación viral.

Qué significa esto para futuras terapias

En términos sencillos, este trabajo demuestra que es técnicamente factible cultivar células CHO modificadas en biorreactores desechables y suavemente agitados para producir cantidades médicamente relevantes de alfa-1-antitripsina activa. Aunque una optimización adicional—como mejores estrategias de alimentación, cambios de temperatura o pH y control de metabolitos—podría aumentar aún más los rendimientos, el estudio establece una plataforma escalable y flexible que podría reducir la dependencia de la A1AT derivada del plasma. Si se traduce y amplía con éxito, dicho proceso podría ayudar a asegurar un suministro más estable, seguro y potencialmente más económico de A1AT para personas con deficiencia genética y para nuevos usos terapéuticos que ahora se están explorando.

Cita: Tang, W.Q., Jiang, C.Q.Z., Zheng, Z.Y. et al. Scaled up fed-batch production of recombinant alpha-1-antitrypsin by CHO cells in single-use surface aerated orbital shaken bioreactor. Sci Rep 16, 7790 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37353-w

Palabras clave: alfa-1-antitripsina, células CHO, biorreactor, proteína recombinante, fabricación de productos biológicos