¿Cuáles son los usos prácticos de la ingeniería celular en productos farmacéuticos? Dé ejemplos y sea más específico.

La tecnología de células animales, a veces también llamada ingeniería celular (Citotecnología), es una parte importante del campo de la biotecnología. Utiliza células animales para cultivarlas y expandirlas in vitro para producir productos biológicos. para descubrir y probar nuevos medicamentos. Hoy en día, esta tecnología se utiliza ampliamente en la investigación y producción de productos biofarmacéuticos modernos. Su aplicación reduce en gran medida el número de animales de experimentación utilizados para la prevención, el tratamiento y el diagnóstico de enfermedades, y proporciona una poderosa herramienta para la producción de productos como vacunas, pellets celulares e incluso tejidos humanos. 1 Historia de la tecnología de células animales El comienzo de la tecnología de células animales: vacunas En los primeros días de la industria de las vacunas, a menudo se utilizaban animales para producir vacunas. Por ejemplo, se infectaban artificialmente conejos con el virus de la rabia para producir la vacuna contra la rabia y se utilizaban vacas. producir vacuna contra la viruela, y se utilizaron ciertas bacterias para inocular. Se utilizan animales para producir vacunas contra la bacteria. De 1920 a 1950, se desarrollaron una variedad de vacunas virales o bacterianas, como la vacuna contra la fiebre tifoidea, la vacuna contra la tuberculosis, la vacuna contra el tétanos, la vacuna contra el cólera, la vacuna contra la tos ferina, la vacuna contra la influenza y la vacuna contra la fiebre amarilla. Ya en la década de 1950 era posible utilizar la tecnología de cultivo de células animales para producir virus. Primero, las células animales se cultivan a gran escala en un reactor. Después de que las células crecen hasta una cierta densidad, se inocula el virus. El virus utiliza las células cultivadas para replicarse, produciendo así una gran cantidad de virus. Inicio de la tecnología de células animales o ingeniería celular. Las vacunas virales producidas con tecnología de células animales incluyen virus vivos atenuados o virus inactivados. Durante los últimos 30 años, las vacunas producidas utilizando tecnología de células animales han salvado millones de vidas humanas y animales. Entre 1950 y 1985, los avances en ingeniería celular y otras tecnologías produjeron una variedad de vacunas humanas para prevenir la polio, el sarampión, las paperas, la rubéola, la hepatitis B y el herpes zóster, y se utilizaron para producir una variedad de vacunas veterinarias (Tabla 1). . Cuadro 1 Vacunas producidas mediante tecnología de cultivo de células animales----------------------------------------- ----------------------- Vacunas humanas Vacunas veterinarias ----------------------- -----------------------------------------Vacuna contra la rabia y rubéola vacuna Vacuna contra la hepatitis B Vacuna contra la fiebre aftosa Vacuna contra las paperas Vacuna contra la polio Vacuna contra el zóster Vacuna contra la enfermedad de Marek Vacuna contra la hepatitis A Vacuna contra la fiebre amarilla Vacuna contra el adenovirus Vacuna contra la pseudorabia Vacuna contra la encefalitis Vacuna contra el sarampión Vacuna contra la encefalitis japonesa Parvovirus canino Vacuna contra el dengue ----- ---- ---------------------------------------------- ---- ------ En los primeros días de la tecnología de células animales, las células primarias generalmente se cultivaban. Por ejemplo, las células utilizadas para producir vacunas contra la polio se tomaban de riñones de mono. Las células se cultivaban durante unos días y luego se infectaban con virus. para amplificar una gran cantidad de virus para su uso. Aunque la tecnología de células animales se ha desarrollado rápidamente, lo que ha reducido en gran medida el uso de animales de experimentación y ha mejorado la eficiencia de la producción, debido a la capacidad de proliferación limitada de las células primarias, la producción generalmente solo puede aumentarse simplemente aumentando el número de animales. El uso de líneas celulares con potencial de proliferación ilimitado ha permitido un salto adelante en la producción de vacunas. Ciertas células de humanos o animales pueden adquirir un potencial de proliferación ilimitado después de ser cultivadas in vitro en determinadas condiciones. Su uso para producir vacunas puede reducir en gran medida el uso de animales de experimentación.

Más importante aún, la calidad de las vacunas producidas utilizando tecnología de cultivo in vitro a gran escala de células animales puede garantizarse porque las células utilizadas tienen propiedades uniformes y se someten a estrictas inspecciones de seguridad, lo que supera el problema de la calidad inestable de las vacunas causada por las diferencias entre animales individuales. reduce en gran medida la posibilidad de que patógenos de animales se transmitan a los usuarios. Se puede utilizar una tecnología de cultivo celular similar para producir enzimas, citoquinas, anticuerpos y otros productos biológicos, pero el requisito previo es poder obtener una línea celular que pueda secretar la proteína objetivo. Sin embargo, antes de la aparición de la tecnología de ingeniería genética, el nivel de expresión de proteínas en las células era muy bajo, por lo que el rendimiento de productos proteicos producidos mediante este proceso era bajo y el costo alto. Por lo tanto, la tecnología de células animales temprana solo se utilizó para vacunas. y una pequeña cantidad de interferón y producción de uroquinasa. La aparición y el progreso de nuevas tecnologías han promovido la aplicación de la tecnología de células animales. Dos descubrimientos científicos que hicieron época en la década de 1970: la tecnología de recombinación de genes y la tecnología de hibridoma han promovido en gran medida el progreso de la tecnología de células animales y su aplicación en el campo industrial. células animales a gran escala. La tecnología de cultivo a gran escala juega un papel decisivo en la producción de vacunas, especialmente en la producción de productos biológicos naturales para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. La Tabla 2 enumera los productos producidos utilizando tecnología de cultivo celular, incluido el t-PA para el tratamiento del infarto de miocardio, las ADNasas para el tratamiento de la fibrosis quística, la EPO para el tratamiento de la anemia, los factores de coagulación VIII y IX para el tratamiento de la hemofilia y el tratamiento de la cáncer y virus, interferón para enfermedades como la hepatitis B, y hormona del crecimiento para el tratamiento de la baja estatura. La tecnología de células animales también se utiliza para producir anticuerpos monoclonales para el diagnóstico y tratamiento de muchas enfermedades. Hay miles de anticuerpos monoclonales que se utilizan para pruebas bioquímicas, y el uso de anticuerpos monoclonales en el tratamiento de enfermedades humanas ha sido un campo importante de los productos biofarmacéuticos en los últimos años, y docenas de fármacos con anticuerpos monoclonales se encuentran en ensayos clínicos. Desde que la FDA aprobó el primer fármaco de anticuerpos monoclonales en 1986, el anticuerpo monoclonal anti-CD3 OK-T3, que se utiliza para trasplantes de órganos y puede inhibir el rechazo, la FDA ha aprobado nueve fármacos terapéuticos de anticuerpos monoclonales. Además, también se están desarrollando muchas vacunas genéticamente modificadas que transfectan genes determinantes antigénicos virales en células huésped para producir vacunas más seguras y eficaces. La Tabla 3 muestra los productos en desarrollo.

Tabla 2 Productos biológicos terapéuticos producidos mediante tecnología de cultivo de células animales----------------------------------------------- ------ -------------------------- Enfermedades aplicables de productos biológicos ------------- ------- ------------------------------------------- ----Activador tisular del plasminógeno (t-PA) Embolia pulmonar e infarto agudo de miocardio Interferón-alfa Cáncer y enfermedades virales como la hepatitis B Interferón-gamma Enfermedades granulomatosas, enfermedades virales hepatitis C humidificada, cáncer Factor de coagulación IX (factor IX) Sangre Friendly B enanismo somatotrófico DNasa Anticuerpo monoclonal de fibrosis quística Orthoclone (OK-T3) Anticuerpo monoclonal de rechazo de trasplante ReoProTM (Abciximab) Anticuerpo monoclonal de angioplastia de alto riesgo Rcmicade (infliximab) Enfermedad de Crohn, fístula Anticuerpo monoclonal SynagisTM (palivizumab) Infección por VRS Anticuerpo monoclonal Herceptin (trastuzumab) ) Cartílago de ingeniería de tejidos de cáncer de mama CarticelTM Reparación de tejido de cartílago Eritropoyetina (EPO) Anemia relacionada con enfermedades renales, tumores y SIDA Interferón beta Cáncer, esclerosis múltiple factor de coagulación Ⅷ (factor Ⅷ) Hemofilia A, hormona de crecimiento humano, deficiencia de crecimiento infantil, granulocitos factor estimulante de colonias (G-CSF), neutropenia, cerebrosidasa de uva tipo I, anticuerpo monoclonal contra la enfermedad de Gaucher, Panorex, anticuerpo monoclonal contra el cáncer de colon, RituxanTM (Rituximab) Anticuerpo monoclonal para linfoma no Hodgkin Simulect (basiliximab) Anticuerpo monoclonal de rechazo de trasplante Zenapax (Dalizumab) Rechazo de trasplante de tejido de piel diseñada Apligraf Úlcera profunda, diagnóstico de anticuerpos de úlcera refractaria Pruebe reactivos de imágenes in vivo para diversas enfermedades, como el cáncer de colon, Posicionamiento del cáncer de próstata y cáncer de mama, detección in vitro de diversas enfermedades, como el embarazo temprano, hepatitis B, SIDA, etc.-------------------------------- ----------- -----------------------Tabla 3 Piezas en desarrollo producidas utilizando productos biológicos con tecnología de cultivo de células animales

-------------------------------------------------- ---------------Indicaciones del producto--------------------------------- ----------------------------------Factor de coagulación VII, factor IX, trombopoyetina para hemofilia, proliferación de plaquetas, diversas interleucinas Vacunas para cáncer, enfermedades de las células sanguíneas, inflamación, etc. Vacunas contra el SIDA, vacunas multivalentes o monovalentes y otros anticuerpos monoclonales, incluido el tratamiento y diagnóstico de cáncer, sepsis, artritis reumatoide, enfermedades autoinmunes con anticuerpos monoclonales genéticamente modificados, colitis, portadores de terapia génica como el sistema inmunológico. inhibidores del rechazo para trasplantes de órganos. Portadores para terapia genética del cáncer, enfermedad de fibrosis quística, etc. Productos de ingeniería tisular. Los seres humanos dependen de factores de crecimiento de tejidos u órganos y hormonas. Cáncer, tratamiento de heridas, enfermedades infecciosas, trasplante de médula ósea, trastornos del crecimiento. , Enfermedad de ovario poliquístico Hormona estimulante del folículo Infertilidad Activador del plasminógeno urinario Trombolítico (u-PA) Agente inmunoadhesivo CD4 Receptor soluble del SIDA Cáncer, enfermedades infecciosas, inflamación, sepsis Células madre o expansión de células somáticas, terapia con células madre, como el tratamiento del síndrome de Parkinson, terapia celular para diabetes, enfermedad de Alzheimer, etc., terapia celular inmune, como el tratamiento del cáncer, hepatitis B, SIDA, etc. ---------- ----------- --------------------------------------- ----¿Por qué elegir células animales para producir productos biológicos? productos? Existe una variedad de sistemas hospedantes para que la tecnología de ADN recombinante pueda elegir para expresar la proteína objetivo. Los sistemas huéspedes comunes incluyen: bacterias, levaduras, mohos, hongos filamentosos, células vegetales, células de mamíferos y animales y plantas. Varios sistemas de expresión tienen sus propias ventajas y desventajas, y la selección debe considerar principalmente las características del producto. Los sistemas de expresión procarióticos, como las bacterias, se reproducen rápidamente y son fáciles de cultivar, pero las proteínas expresadas carecen de modificaciones postranscripcionales, como sitios de escisión de enzimas de restricción de proteínas, enlaces disulfuro, glicosilación especial, fosforilación, amidación y la formación de estructuras tridimensionales precisas. entorno estructural de proteínas nativas, etc. Las actividades biológicas de muchas proteínas están relacionadas con modificaciones postranscripcionales, y las proteínas expresadas en sistemas procarióticos son generalmente productos intracelulares que necesitan romperse para extraer los productos, lo que dificulta la separación y purificación de los productos. , también son susceptibles a las toxinas exógenas. Las proteínas expresadas por sistemas de expresión eucariotas tienen modificaciones postranscripcionales y son muy similares en estructura y función a las proteínas naturales secretadas por el cuerpo humano (por lo tanto, la FDA de EE. UU. tiende a utilizar sistemas de expresión eucariotas para producir fármacos proteicos en el siglo XXI) Casi todas las proteínas expresadas en células procarióticas pueden producirse utilizando sistemas de expresión eucariotas, pero no necesariamente al revés. Además, todas las proteínas expresadas utilizando sistemas de expresión de células animales se secretan extracelularmente y el proceso de separación y purificación de los productos es muy simple, debido a la complejidad de la tecnología de cultivo celular a gran escala, que aún está en desarrollo y mejora. etapa, muchas proteínas recombinantes todavía utilizan la producción del sistema de expresión de proteínas original. Los sistemas de expresión procarióticos se utilizan generalmente para la producción de proteínas con moléculas pequeñas y estructuras simples que no requieren modificación después de la transcripción, como la insulina. Los sistemas de expresión eucariotas se utilizan principalmente para producir proteínas con moléculas grandes y estructuras complejas, y las modificaciones postranscripcionales tienen un impacto importante en la actividad biológica de las proteínas, como el activador tisular del plasminógeno (tPA), la eritropoyetina, etc. (EPO). Ciertas proteínas se pueden producir utilizando sistemas de expresión procarióticos o eucariotas, como el interferón alfa, la hormona del crecimiento humano, etc. No requieren modificación postranscripcional para ser biológicamente activas. En este caso, se deben considerar exhaustivamente factores como el costo económico y la dificultad técnica de producción para seleccionar el sistema de expresión. La Tabla 4 enumera las ventajas y desventajas de varios sistemas de expresión.

Tabla 4 Características generales de varios sistemas de expresión para la producción de histonas----------------------------------------------- --------------------------------------- Levaduras y hongos filamentosos Bacterias E. coli Animal células --- ---------------------------------------------- ------------- --------------------La corrección de la estructura de la proteína (plegamiento correcto, emparejamiento correcto de enlaces disulfuro, etc.) La eliminación de la metionina N-terminal es confirmado Incierto Incierto Determinado Productos secretados extracelulares Incierto Muy raro Determinación de modificaciones postranscripcionales de la proteína, Incierto, pero sin grupo de glicosilación No La glicosilación y la estructura son diferentes de las proteínas expresadas en células de mamíferos Tiempo de cultivo Varios días, docenas de horas, docenas de horas Semanas - Meses--------------------------------------------- --- ----------------------- Hoy en día, la tecnología de células animales ha jugado un papel muy importante en el campo de las ventas de productos biofarmacéuticos. La tecnología de cultivo a gran escala representó más del 50% de los productos de biotecnología de alta tecnología en 1990. Más importante aún, muchos productos de ingeniería celular antes eran imposibles de obtener en cantidades suficientes para el tratamiento, ¡o eran extremadamente costosos de producir!