Патент на изобретение №2392282
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ РЕКОМБИНАНТНОГО ИНТЕРФЕРОНА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу получения рекомбинантного интерферона бета-1b человека. Предложенный способ очистки рекомбинантного интерферона бета-1b человека (рИФН бета-1b) предусматривает оптимизацию процессов отмывания тел включения, их растворения и рефолдинга целевого белка. Очистка рИФН бета-1b человека ведется с использованием в качестве основного детергента цвиттергента 3-14 для отмывки и растворения тел включения E.coli с последующим рефолдингом рИФН бета-1b, после чего осуществляют прехроматографическую обработку образца. Далее проводят хроматографию на Ceramic S, хроматографию на Source S30 и окисление с использованием смеси цистеамин/цистамин, после чего делают гель-фильтрацию на Superdex 75 Prep grade, хроматографию на Source Q30, гель-фильтрации на Sephacril S200HR и в конце осуществляют контроль эффективности очистки целевого белка методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Предложенный способ очистки позволяет обеспечить 10% выход целевого белка и получить рИФН бета-1b человека, отвечающий требованиям нормативных документов с высоким уровнем удельной противовирусной активности. 5 табл.
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии получения рекомбинантного интерферона бета-1b человека, в частности к способу его очистки. Интерфероны (ИФН) – гетерогенные гликопротеины иммунной системы, обладающие противовирусными, противоопухолевыми и иммуномодулирующими эффектами и различающиеся между собой как источником клеточной продукции, так и проявлениями функциональной активности. ИФН бета с самых первых шагов внедрения его рекомбинантных препаратов был предназначен, главным образом, для противоопухолевой терапии [С. Angelucci et al. Recombinant human IFN-beta affects androgen receptor level, neuroendocrine differentiation, cell adhesion, and motility in prostate cancer cells. J. Interferon Cytokine Res., 2007, 27(8): 643-52; S. Kohashi et al. Interferon-beta inhibits liver metastases from murine colon 26 carcinoma and its highly metastatic variant. Surg. Today, 2007, 37(6): 474-481]. Помимо этого, препараты ИФН бета востребованы для лечения вирусных инфекций, в частности гепатита С, везикулярного стоматита и других [I.M. Pedersen et al. Interferon modulation of cellular microRNAs as an antiviral mechanism. Nature, 2007, 449 (7164): 919-22; J. Feher, G. Lengyel. Interferon in the treatment of viral hepatitis. The interferon was discovered 50 years ago. Orv. Hetil., 2007, 148(33): 1539-43; M.D. Trottier, D.S. Lyles, C.S. Reiss. Peripheral, but not central nervous system, type I interferon expression in mice in response to intranasal vesicular stomatitis virus infection. J. Neurovirol., 2007, 13(5): 433-445]. В последние годы основным направлением применения рИФН бета-1b стали неврологические заболевания, в первую очередь рассеянный склероз и другие демиелинизирующие заболевания нервной системы, болезнь Бехтерева [М. Kremenchutzky, S. Morrow, С. Rush. The safety and efficacy of IFN-beta products for the treatment of multiple sclerosis. Expert Opin. Drug Saf., 2007, 6(3): 279-88; S. Pay et al. Dendritic cell subsets and type I interferon system in Behçet’s disease: does functional abnormality in plasmacytoid dendritic cells contribute to Th1 polarization? Clin. Exp. Rheumatol., 2007, 25 (4 Suppl 45): S34-40]. Отмечена клиническая эффективность рИФН бета-1b при терапии стероидоустойчивого язвенного колита, гломерулонефрита, хронического панкреатита [S.C. Satchell et al. Interferon-beta Reduces Proteinuria in Experimental Glomerulonephritis. J. Am. Soc. Nephrol., 2007, 18(11): 2875-84; R. Talukdar, R.K. Tandon. Pancreatic stellate cells: New target in the treatment of chronic pancreatitis. J. Gastroenterol. Hepatol., 2007]. Среди препаратов ИФН бета наибольшее признание на мировом фармацевтическом рынке заслужили рекомбинантный ИФН бета-1b, или Бетаферон (Schering AG, Germany), и в меньшей степени ИФН бета-1а, в частности Авонекс (Gedeon Richter, Hungary). Помимо особенностей фармакологического действия каждого из этих препаратов, имеющих свою фармакодинамику и свои показания для назначения пациентам, следует отметить, что у препарата ИФН бета-1b есть определенные преимущества, которые определили на него больший спрос. При оценке этих преимуществ исследователи отмечают, в частности, его неспособность, в отличие от ИФН бета-1а, к индукции нейтрализующих антител [Р. Barbero et al. Every-other-day interferon beta-1b versus once-weekly interferon beta-1a for multiple sclerosis (INCOMIN Trial) II: analysis of MRI responses to treatment and correlation with Nab. Mult. Scler., 2006, 12(1): 72-76], меньшую выраженность болевых ощущений и местной реакции на инъекционное введение ИФН бета-1b [К. Baum et al. Comparison of injection site pain and injection site reactions in relapsing-remitting multiple sclerosis patients treated with interferon beta-1a or 1b. Mult. Scler., 2007, 13(9): 1153-1160], а также различия в технологии получения этих препаратов: рекомбинантный ИФН бета-1а получают на клетках яичника китайских хомячков, то есть в эукариотической системе, а рекомбинантный ИФН бета-1b можно получать и в прокариотической системе с использованием штамма-продуцента E.coli [F.P. McCormick et al. Human interferon-.beta. (IFN-.beta.) produced in Chinese hamster ovary (CHO) cells. United States Patent 5,795,779 August 18, 1998; A. Whitty et al. Interferon-beta fusion proteins and uses. United States Patent 6,800,735, October 5, 2004]. Технологии получения и очистки рИФН Известен способ получения рекомбинантного интерферона бета-1b (рИФН бета-1b) человека в нерастворимой форме – в виде тел включения (пат. РФ Известен способ очистки рИФН бета-1b и использованием детергента додецилсульфат натрия при его получении в нерастворимой форме (Патент США 4,530,787, 1985). Однако при относительно низкой токсичности этого препарата использование додецилсульфата натрия в технологическом процессе сопряжено с целым рядом препятствий: это соединение вызывает значительную денатурацию целевого белка, его не удается удалить из раствора, что в свою очередь делает невозможной последующую ионообменную хроматографию, необходимую для дальнейшего процесса очистки рИФН бета-1b. Известен наиболее близкий к заявленному способ очистки рИФН бета-1b из растворимого состояния с использованием аффинной хроматографии, катионно-обменной хроматографии и диафильтрации (Заявка РФ Однако в этом способе не учитывается возможность получения названного препарата из тел включения E.coli и не охарактеризованы связанные с этим особенности его очистки. Изобретение решает задачу оптимизации условий очистки рИФН бета-1b на этапах отмывки и растворения тел включения E.coli, продуцирующей рекомбинантный интерферон бета-1b человека, в ходе технологического процесса рефолдинга целевого белка, а также при окислении последнего. Заявляемый способ очистки рекомбинантного интерферона бета-1b из тел включения E.coli предусматривает следующие основные стадии: (1) отмывка тел включения; (2) растворение тел включения; (3) рефолдинг целевого белка; (4) прехроматографическая подготовка образца; (5) хроматография на Ceramic S; (6) хроматография на Source S30; (7) окисление; (8) гель-фильтрация на Superdex 75 Prep grade; (9) хроматография на Source Q30; (10) гель-фильтрация на Sephacril S200HR; (11) контроль эффективности очистки целевого белка методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с последующим стандартным определением его противовирусной активности. Отличительными особенностями заявляемого способа являются: – в ходе отмывки тел включения навеску размороженных тел включения ресуспендировали в 10 мл 2% водного раствора цвиттергента 3-14; – раствор для рефолдинга целевого белка содержит 20 мМ Трис-HCl, pH 9.0, 0,2% полиэтиленгликоль (PEG) 3550, 300 мМ NaCl, 2 мМ восстановленного глутатиона (GSH), 1 мМ окисленного глутатиона (GSSG), 2 мМ этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), 0,05% цвиттергента 3-14; – в ходе предхроматографической подготовки образца используют буфер Б следующего состава: 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ фенилметансульфонил-флуорида (PMSF); – в процессе хроматографии используют буферы: (1) 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF; (2) 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 50 мМ NaCl, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF; (3) 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 1 М NaCl, 0,05% Цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF; – для окисления целевого белка используют смесь цистеамин/цистамин в концентрации 1 мМ/0,1 мМ. Контроль выхода и активности рекомбинантного интерферона бета-1b после очистки показал соответствие следующим критериям: выход 10%, мультимеры по гель-фильтрации <5%, родственные белки по обращенно-фазовой хроматографии <5%, родственные белки по электрофорезу в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия (ДСН-ПААГ) <5%, белки штамма-продуцента по иммуноферментному анализу (ИФА) <5 нг/мг, эндотоксины по LAL-тесту (тесту с применением “Limulus Amebocite Lisate” – лизата клеток краба-мечехвоста) <5 ЭЕ/мг (эквивалентных единиц на 1 миллиграмм), удельная активность интерферона бета-1b 32 млн МЕ/мг (Международных Единиц на 1 миллиграмм). Изобретение иллюстрируют примеры. Пример 1. Оптимизация рефолдинга и окисления рекомбинантного интерферона бета-1b из тел включения E.coli с использованием цвиттергента 3-14 Целесообразность использования цвиттергента 3-14 в процессе растворения и рефолдинга рекомбинантного интерферона бета-1b из тел включения E.coli потребовала оптимизации условий их выполнения. С этой целью были составлены полуэмпирические формулы, и на их основе осуществлен подбор оптимального соотношения ингредиентов в процессе рефолдинга целевого белка и его окисления из предполагаемого интервала значений, как это представлено в таблицах 1-2 и формулах 1-2.
Формула 1. Общее соотношение параметров ингредиентов с обозначением их взаимозависимости:
Формула 2. Соотношение изолированной группы параметров с обозначением их взаимозависимости:
В конечном итоге были установлены следующие финальные параметры выполнения рефолдинга и окисления ИФН бета-1b: – Цвиттергент 3-14: 0,05%; – Трис-HCl, 10 мМ: рН 7,5; – Температура: +10°С; – Nacl: 50 мМ; – ЭДТА-Na: 1 мМ; – Цистеамин/цистамин: 1 мМ/0,1 мМ. Соблюдение этих условий позволяло добиваться 70% выхода целевого белка после осуществления рефолдинга и 10% выхода после полного цикла очистки. Пример 2. Очистка рекомбинантного интерферона бета-1b из тел включения E.coli Отмывка, растворение и рефолдинг тел включения. В процессе растворения и рефолдинга тел включения использовался буфер А следующего состава: 7 М гуанидин хлорид, 20 мМ дитиотреитол (DTT), 0,5 мМ PMSF. Навеску размороженных тел включения (500 мг) ресуспендировали в 10 мл 2% водного раствора цвиттергента 3-14, суспензию перемешивали в течение 10-15 мин при комнатной температуре и центрифугировали при ускорении 500g и температуре 4°С 15 минут. Супернатант удаляли и повторяли процедуру центрифугирования. Выход по белку на этой стадии ~50-60%. 250 мг отмытых телец включения ресуспендировали в 2,5 мл буфера А, суспензию инкубировали 2 часа при 60°С. Нерастворившийся материал удаляли центрифугированием с ускорением 12000g при температуре 4°С 10 мин. Готовили раствор для рефолдинга (указаны конечные концентрации компонентов, конечный объем 50 мл) – 20 мМ Трис-HCl, pH 9.0, 0,2% PEG 3550, 300 мМ NaCl, 2 мМ восстановленного глутатиона (GSH), 1 мМ окисленного глутатиона (GSSG), 2 мМ ЭДТА, 0,05% цвиттергент 3-14 – и добавляли в него растворенные в буфере А тела включения. Полученный раствор перемешивали и инкубировали при 10°С в течение ночи. Предхроматографическая подготовка образца. Использовался буфер Б следующего состава: 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF. Полученный в растворе образец разбавляли буфером Б в 6 раз, выпавший осадок удаляли центрифугированием (14000g, 20 мин, 4°С). В супернатанте доводили pH и проводимость до соответствующих значений буфера Б, после чего его концентрировали до исходного объема на ультрафильтрационной ячейке Amicon (мембрана РМ-10) и затем центрифугировали (14000g, 10 мин, 4°С). Хроматографическая очистка рИФН бета-1b, его окисление и гелъ-филътрация. Для стабильности процесса очистки на данном этапе использовались буферы: Б – 25 мМ Трис-HCl, pH 8.0, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF; В – 25 мМ Трис-HCl, pH 7,5, 50 мМ NaCl, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF; Г – 25 мМ Трис-HCl, рН 7,5, 1 М NaCl, 0,05% цвиттергент 3-14, 0,5 мМ PMSF. Подготовленный образец растворенных тел включения вводили (3 мл/мин) на колонку HyperD Ceramic S (Ciphergen, 10/100 мм, максимальное давление 30 атм), уравновешенную 10 объемами буфера Б. Оптическую плотность элюата контролировали спектрофотометрически на длине волны 280 нм. Проскок в объеме нанесенного образца (50 мл) собирали и связавшиеся примесные вещества удаляли промывкой 3 объемами буфера Г. Колонку регенерировали 1 объемом 100 мМ NaOH и уравновешивали стартовым буфером (Б). Порцию образца (10 мл) наносили на колонку Source S30 (10/100 мм, максимальное давление 30 атм, 2,5 мл/мин), уравновешенную 10 объемами буфера Б, собирая проскок. Колонку промывали 2-5 объемами буфера Б и элюировали связавшийся материал градиентом концентрации NaCl (0-500 мМ, 5 объемов колонки, 3 мл/мин). Оптическую плотность элюата контролировали спектрофотометрически на длине волны 280 нм. Собирали фракцию, выходящую в 150-200 мМ NaCl. Перед нанесением следующей порции образца колонку регенерировали 1 объемом 100 мМ NaOH и уравновешивали стартовым буфером (Б). Процедуру повторяли для объединенного проскока с колонки Source S30. Собранные фракции рИФН бета-1b объединяли и в полученный раствор добавляли цистеамин/цистамин до концентрации 1 мМ/0,1 мМ. Образец инкубировали в течение ночи при 4°С, центрифугировали (12000g, 4°С, 10 мин) и супернатант концентрировали до 1,5 мл на ультрафильтрационной ячейке Amicon (мембрана РМ-10). Образец окисленного рИФН бета-1b (1,5 мл) вводили на колонку Superdex 75 Prep grade (16/500 мм, 13000 т.т./м, максимальное давление 5 атм), уравновешенную буфером В Разделение вели в буфере В, на скорости 30 см/ч. Оптическую плотность элюата контролировали спектрофотометрически на длине волны 280 нм (нанометров). Собирали основную фракцию (время удерживания 39,25 мин). Образец рИФН бета-1b наносили на колонку Source Q30 (10/100 мм, максимальное давление 30 атм (атмосфер), 2,5 мл/мин), уравновешенную 10 объемами буфера В, собирая проскок. Колонку промывали 2-5 объемами буфера В и элюировали связавшийся материал градиентом концентрации NaCl (50-1000 мМ, 10 объемов колонки, 4 мл/мин). Оптическую плотность элюата контролировали спектрофотометрически на длине волны 280 нм. Собирали фракцию, выходящую в 200-300 мМ NaCl. Колонку регенерировали промывкой 1 объемом 100 мМ HCl. Собранную фракцию концентрировали до 1 мл на ультрафильтрационной ячейке Amicon (мембрана РМ-10). Образец рИФН Пример 3. Контроль эффективности способа очистки рекомбинантного интерферона Эффективность предложенного способа очистки рИФН При получении опытной партии S4/2401 количество тел включения E.coli до отмывки составляло 500 мг, после отмывки – 230 мг. Конечное содержание рИФН бета-1b составляло 1,88 мг (10%). В процессе получения опытной партии S4/1301 количество тел включения E.coli до отмывки составляло 1000 мг, после отмывки – 460 мг. Конечное содержание рИФН бета-1b составляло 3,76 мг (10%). Оценку биологической (антивирусной) активности 11 образцов рекомбинантного ИНФ бета-1b проводили в диплоидной культуре фибробластов человека М27 (НИИ полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П.Чумакова РАМН). В качестве тест-вируса использовали вирус энцефаломиокардита мышей (ЕМС) в количестве 100 ЦТД50 (цитотоксическая доза, вызывающая цитотоксический эффект у 50% образцов клеточных культур). За единицу активности ИФН принимали величину, обратную его разведению, при которой наблюдается 50% защита клеток от цитодеструктивного действия, вызванного репликацией тест-вируса. Контролем служил образец препарата «Бетаферон» (Schering AG, USA). Протокол титрования представлен в таблице 5.
Как показывают протоколы исследований, предлагаемый оптимизированный способ очистки позволяет получить субстанцию рИФН бета-1b в полной мере отвечающей требованиям нормативных документов, при этом полученный рИФН бета-1b по удельной противовирусной активности не уступает зарубежному аналогу Бетаферону. В целом предлагаемый способ очистки тел включения E.coli позволяет получить субстанцию рИФН бета-1b со следующими показателями: – выход целевого белка: 10%; – мультимеры по гель-фильтрации: <5%; – родственные белки по обращенно-фазовой хроматографии: <5%; – родственные белки по ДСН-ПААГ: <5%; – белки штамма-продуцента по ИФА: <5 нг/мг; – эндотоксины по ЛАЛ-тесту: <5 ЭЕ/мг; – удельная активность: 32 млн МЕ/мг.
Формула изобретения
Способ очистки рекомбинантного интерферона
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
-1b
2261913, МПК C12N 15/22, опубл. 2005)
