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

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

       赛唐生物最新开发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

         专注于生物医药工业检测领域15年研发，推出HCP残留检测系列产品，以及HCP专属性抗体制备、覆盖度分析等全流程技术服务！

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