Как китайский хомячок стал одним из главных работников фарминдустрии

В больнице пациент получает препарат против рака стоимостью в тысячи долларов, а где-то в начале производственной цепочки сидит клетка китайского хомячка и делает всю самую сложную работу. Не в переносном смысле. Клеточные линии CHO, Chinese Hamster Ovary, стали одной из главных производственных платформ современной биофармацевтики. В них выращивают терапевтические антитела, гормоны, факторы свёртывания крови, ферменты и другие белковые лекарства.

Причём речь идёт не о какой-то нишевой технологии. В обзоре Nature Biotechnology за 2022 год исследователи подсчитали, что из 107 новых биофармацевтических продуктов, произведённых в клетках млекопитающих, 95 выпускали именно с помощью CHO. Получается 89%. Среди современных биопрепаратов клетки китайского хомячка занимают примерно ту же должность, которую в офисе занимает сотрудник, про которого никто особенно не вспоминает, пока однажды не выясняется, что без него останавливается половина компании.

Причина такого успеха довольно проста. Человек пока не умеет дёшево и массово собирать многие сложные белковые молекулы с нуля. Зато живые клетки прекрасно делают подобную работу. Поэтому вместо попытки построить ещё более хитрый химический завод мы взяли клетку грызуна, переписали ей инструкцию и посадили работать в биореактор.

Как один хомячок получил работу на следующие 70 лет

История началась в 1957 году. Американский генетик Теодор Пак получил клетки яичника самки китайского хомяка. Животных этого вида уже использовали в генетике. У китайского хомяка всего 22 хромосомы, сравнительно немного для млекопитающего, поэтому учёным было удобно изучать их под микроскопом.

Клеточная культура оказалась особенно удачной. Клетки хорошо размножались, переносили лабораторные манипуляции, позволяли получать отдельные клоны и постепенно приспосабливались к выращиванию вне организма. Из исходной культуры возникло множество линий CHO, которые учёные десятилетиями меняли и отбирали уже под конкретные задачи.

Отбор был совершенно безжалостным и потому эффективным. Быстрее растёшь, оставляем. Производишь больше нужного белка, размножаем. Хорошо переносишь жизнь в жидкой среде, получаешь место в промышленном биореакторе. Плохо работаешь, твоя линия заканчивается. Человечество фактически устроило клеткам хомячка семидесятилетний конкурс профессионального мастерства.

Современные промышленные CHO поэтому сильно отличаются от обычных клеток, которые когда-то жили в организме животного. Производители используют тщательно отобранные клеточные линии, хранят мастер-банки клеток и запускают из них новые производственные партии. Хомячков для каждой упаковки лекарства никто заново не разводит. Одна удачно начавшаяся клеточная линия получила практически бессрочный контракт.

Почему нельзя просто взять бактерию

Для многих лекарств именно так и делают. Бактерии и дрожжи дешевле, быстро растут и прекрасно подходят для производства относительно простых белков. Рекомбинантный человеческий инсулин стал классическим примером такой биотехнологии.

Но моноклональное антитело гораздо сложнее. Недостаточно соединить аминокислоты в правильной последовательности. Белковые цепи должны правильно свернуться, соединиться между собой и пройти химическую обработку внутри клетки. Один из особенно важных процессов называется гликозилированием. К белку присоединяются углеводные структуры, которые могут влиять на стабильность препарата, его время жизни в крови и работу иммунной системы.

Бактерия со многими такими задачами просто не справляется, потому что её клеточная машинерия устроена иначе. Клетка китайского хомячка относится к млекопитающим и умеет обрабатывать белки способом, гораздо более близким к человеческим клеткам. Отсюда и главное преимущество CHO. Клетка может не только изготовить большой белок, но и довести его до состояния, в котором молекула подходит для использования как лекарство.

Производственный процесс выглядит почти неприлично просто, если забыть о нескольких десятилетиях сложнейшей биотехнологии за кадром. Учёные берут ген с инструкцией для нужного белка и вводят его в CHO. Затем ищут клеточный клон, который особенно хорошо выполняет команду. Лучший вариант размножают, и миллиарды клеток отправляются в биореактор, где получают питательную среду, кислород и подходящую температуру.

Дальше клетки работают. Нужный белок собирают из среды, очищают, проверяют структуру, активность и примеси, после чего получают лекарственную субстанцию. Мы буквально превратили живую клетку в программируемую фабрику. Только вместо станка с ЧПУ внутри мембрана, ядро, рибосомы и несколько миллиардов лет эволюционной разработки.

Что конкретно сделал для нас хомячок

Один из первых громких успехов появился в 1980-х. Рекомбинантная альтеплаза, белок, который помогает растворять тромбы, стала первым коммерческим терапевтическим белком, произведённым с помощью CHO. FDA одобрило Activase в 1987 году. После этого фарминдустрия окончательно увидела в клетках млекопитающих не интересный лабораторный инструмент, а полноценную производственную платформу.

Дальше список начал быстро расти. Ритуксимаб связывается с белком CD20 на B-лимфоцитах и применяется при некоторых опухолях крови и аутоиммунных заболеваниях. Даже в описании препарата прямо указано, что антитело производят клетки китайского хомячка с внедрённым геном.

Трастузумаб, известный по торговому названию Herceptin, нацелен на рецептор HER2 и используется при некоторых HER2-положительных опухолях, прежде всего раке молочной железы. Национальный институт рака США прямо указывает, что трастузумаб получают рекомбинантным способом в культуре клеток CHO.

Ещё один показательный пример, эпоэтин альфа. Белок повторяет действие человеческого эритропоэтина и стимулирует образование эритроцитов. В официальной документации препаратов прямо пишут, что рекомбинантный белок производится в клетках яичника китайского хомяка.

А эмицизумаб показывает, насколько далеко биофармацевтика ушла от обычной таблетки. Препарат для гемофилии A представляет собой биспецифическое антитело. Одна его часть связывает фактор IXa, другая фактор X. Молекула фактически создаёт искусственный молекулярный мост и частично заменяет функцию отсутствующего фактора VIII. FDA указывает, что эмицизумаб тоже производится генетически модифицированными клетками CHO.

Можно продолжать список ещё долго. Разные клеточные линии CHO используют при выпуске множества моноклональных антител, рекомбинантных гормонов, ферментов и белков. При этом далеко не вся современная фармацевтика принадлежит хомячку. Обычные малые молекулы делают химическим синтезом, множество биопрепаратов производят в бактериях, дрожжах, клетках человека, мышиных клетках, клетках насекомых и других системах. Но среди сложных терапевтических белков позиции CHO трудно переоценить.

Причём хомячок победил не потому, что его клетки абсолютно идеальны. У CHO есть собственные особенности гликозилирования, клетки генетически нестабильны, процесс приходится очень жёстко контролировать. Биотехнологи постоянно перепрограммируют линии, меняют клеточный метаболизм и пытаются заставить их производить белки ещё точнее и быстрее.

Просто за десятилетия вокруг CHO выросла огромная промышленная экосистема. Производители знают, как выращивать клетки в тысячах литров среды. Есть готовые технологии очистки, контроля качества, хранения клеточных банков и проверки безопасности. Регуляторы знают такую платформу и понимают, какие риски искать. Новому клеточному хозяину недостаточно оказаться немного лучше CHO. Ему придётся доказать, что ради улучшения имеет смысл переделать огромный кусок фармацевтической промышленности.

Хомячок работает, человечество получает лекарства

Мне здесь нравится сама логика технологического прогресса. В 1957 году никто не говорил, что клетки китайского хомячка станут основой производства лекарств XXI века. Учёным просто понадобилась удобная культура клеток млекопитающего. Затем один удачный инструмент начали улучшать, появился следующий эксперимент, потом следующий, вокруг технологии выросли заводы, стандарты и миллиардные рынки.

За семь десятилетий изменилась и сама идея лекарства. Раньше фармакология в основном искала химическую молекулу, которая каким-то образом вмешается в работу организма. Теперь мы умеем проектировать антитело, заставлять его узнавать определённую мишень, менять отдельные участки белка, соединять разные функции в одной молекуле и поручать живой клетке серийное производство.

На вывеске такой индустрии написаны генная инженерия, молекулярная онкология и биотехнологии. За вывеской миллиарды клеток китайского хомячка круглосуточно варят нам антитела.

Поэтому памятник современной биофарме я бы делал без лишнего пафоса. Маленький хомячок в рабочем халате стоит возле огромного биореактора и смотрит на человечество с выражением человека, которому опять досталась ночная смена.

Колесо можно не ставить. Хомячок и без него работает за всех нас.