Produção em fed-batch ampliada de alfa-1-antitripsina recombinante por células CHO em biorreator agitado orbital de uso único com aeração de superfície

Por que essa proteína é importante para pacientes

A alfa-1-antitripsina (A1AT) é uma proteína protetora que ajuda a proteger nossos pulmões e outros órgãos dos danos causados por enzimas inflamatórias. Pessoas nascidas com deficiência de A1AT podem desenvolver doença pulmonar precoce e grave e outras complicações. Hoje, o tratamento principal é a administração regular de infusões de A1AT purificada a partir de doações de sangue humano — uma terapia vitalícia e cara que depende de um suprimento limitado de plasma. Este estudo explora como produzir A1AT em um sistema controlado de cultura celular em escala industrial, que um dia poderia fornecer uma fonte mais confiável e escalável deste medicamento importante.

Das doações de sangue para fábricas baseadas em células

A terapia atual com A1AT depende de proteínas extraídas do plasma humano doado. Além de ser onerosa, essa abordagem é vulnerável a falta de suprimentos e carrega um risco residual de transmissão de vírus. Ao mesmo tempo, os cientistas continuam descobrindo novos usos potenciais para a A1AT, incluindo reduzir inflamação prejudicial, proteger órgãos transplantados e ajudar em condições como diabetes, artrite, ataque cardíaco, derrame e insuficiência hepática aguda. Tudo isso aumenta a demanda. Para romper a dependência de doadores humanos, os pesquisadores buscam fabricar A1AT humana recombinante (rhA1AT) — a mesma proteína humana, porém produzida por células geneticamente modificadas cultivadas em biorreatores.

Por que células CHO e tanques plásticos agitados

A equipe escolheu células ovárias de hamster chinês (CHO), o cavalo de batalha da fabricação biofarmacêutica moderna. Células CHO crescem bem em culturas de suspensão em grande escala sem soro, adicionam padrões de glicanos semelhantes aos humanos às proteínas e secretam o produto diretamente no meio de cultura, o que simplifica a purificação. Em vez dos tradicionais tanques de aço inoxidável agitadores, os pesquisadores usaram um biorreator agitado orbital de uso único (SB10-X). Esse sistema é essencialmente um grande recipiente plástico esterilizado movimentado em um movimento circular enquanto gás flui sobre a superfície do líquido. Comparados aos tanques mecanicamente agitadores, esses sistemas agitados são mais simples de instalar, mais baratos em pequena escala e mais suaves para células sensíveis ao cisalhamento, mantendo condições de mistura e aeração semelhantes às de frascos de agitação usados em experimentos iniciais.

Escolhendo uma linha celular campeã

A partir de células CHO previamente modificadas para produzir rhA1AT, os pesquisadores isolaram dez “clones monoclonais” individuais e os monitoraram por três meses. Para cada clone, mediram a velocidade de crescimento celular e quanto A1AT cada célula produzia ao longo do tempo, tanto com quanto sem um fármaco de seleção comum (metotrexato). Enquanto alguns clones produziam mais proteína, tendiam a crescer mais devagar. Um clone — chamado Clone 2 — ofereceu um bom compromisso: cresceu relativamente rápido e manteve uma produção estável e respeitável de A1AT ao longo de 12 semanas. Com base nessas características combinadas, o Clone 2 foi escolhido para escalonamento e desenvolvimento adicional de processo.

Escalonando e ajustando o ambiente celular

Usando o Clone 2, a equipe primeiro realizou culturas em fed-batch em frascos de agitação padrão, onde as células recebem nutrientes adicionais ao longo do tempo para aumentar os rendimentos. Em seguida, transferiram o mesmo processo para um biorreator agitado de uso único SB10-X de 10 litros. Em ambos os casos, as células atingiram altas densidades, mas o biorreator alcançou níveis máximos de A1AT até cerca de 20% maiores do que os frascos, graças ao melhor controle de oxigênio e pH. A produtividade específica das células — quanto de proteína cada célula produz por dia — foi semelhante entre os sistemas (em torno de 10–12 picogramas por célula por dia), confirmando que o processo pode ser escalado sem perda de desempenho. Os cientistas também acompanharam de perto nutrientes como glicose e glutamina, e produtos de excreção como lactato e amônio. Ao reduzir o nível inicial de glutamina na segunda corrida do biorreator, reduziram a acumulação de amônio em cerca de metade sem prejudicar a produtividade, embora isso tenha levado a mais lactato, ressaltando a necessidade de equilibrar cuidadosamente nutrientes e subprodutos.

Produzindo um produto final funcional e seguro

Após a colheita, a rhA1AT foi clarificada e purificada por duas etapas de cromatografia, resultando em um pico único e limpo na HPLC e cerca de 70% de recuperação global. Importante, a atividade biológica da proteína — sua capacidade de inibir a elastase, a enzima pulmonar danosa — aumentou de aproximadamente um terço ativa no material inicial para cerca de dois terços ativo após a primeira etapa de purificação e permaneceu alta depois disso. A equipe também testou a tolerância da rhA1AT a condições ácidas frequentemente usadas para inativar vírus na fabricação de anticorpos. Concluíram que a proteína é estável perto do pH neutro, mas perde material recuperável em pHs mais baixos, sugerindo que a inativação padrão por baixo pH danificaria o produto e que são necessárias estratégias alternativas de remoção ou inativação viral.

O que isso significa para terapias futuras

Em termos simples, este trabalho demonstra que é tecnicamente viável cultivar células CHO modificadas em biorreatores descartáveis, suavemente agitados, para produzir quantidades medicamente relevantes de alfa-1-antitripsina ativa. Embora otimizações adicionais — como melhores estratégias de alimentação, mudanças de temperatura ou pH e controle de metabólitos — possam aumentar ainda mais os rendimentos, o estudo estabelece uma plataforma escalável e flexível que pode reduzir a dependência da A1AT derivada de plasma. Se traduzidos e ampliados com sucesso, esses processos podem ajudar a garantir um fornecimento mais estável, mais seguro e potencialmente mais acessível de A1AT para pessoas com deficiência genética e para novos usos terapêuticos que estão sendo explorados.

Citação: 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

Palavras-chave: alfa-1-antitripsina, células CHO, biorreator, proteína recombinante, fabricação de biológicos