Lonza：利用先进载体技术克服生物治疗蛋白表达难题

摘要：Lonza推出了GSquad®Pro，一个新一代载体系统，可显著提高CHO细胞中的蛋白表达水平。该系统将新型LHP-1启动子与高活性GSpiggyBac®转座酶技术相结合，与传统的mCMV载体相比，可实现更高的滴度、更好的产品质量和更强的表达稳定性。内部研究表明，LHP-1启动子可使单克隆抗体的滴度提升高达123%。对于双特异性抗体，该系统可实现高达8克/升的表达水平，Fc融合蛋白则可达9克/升。在针对难以表达的双特异性抗体的客户项目中，该系统实现了42%的滴度提升，达到约5克/升。LHP-1启动子可维持平衡的基因表达，并在65代培养中展现出97%的表达稳定性。该技术现已部署于Lonza的全球CDMO生产网络中，并向授权用户开放。

Lonza在生物治疗药物生产领域的业绩

Lonza是全球领先的CDMO，在细胞系构建、工艺开发与优化以及单克隆抗体及其他重组治疗蛋白的药物原液生产方面拥有行业领先的实力。

公司于2025年生产了超过775种大分子药物，其中包括超过720种临床前及临床阶段的大分子药物。Lonza已利用其表达工具表达了超过100种现已上市的治疗性蛋白。

这些产品在Lonza的全球工厂网络生产，或由持有表达系统许可的第三方合作伙伴生产。

这一里程碑充分证明了Lonza表达系统的技术能力及其全球生产网络的丰富经验。该网络覆盖美国瓦卡维尔、朴茨茅斯、波士顿，英国剑桥、斯劳，瑞士巴塞尔、菲斯普，西班牙波里尼奥及新加坡大士等地。

GS基因表达系统®仍是表达多种治疗性蛋白格式（包括抗体、双特异性抗体、Fc融合蛋白及其他高级格式）的首选平台。

自2012年以来，Lonza内部已利用GS®平台表达了超过2000种产品。2023年，Lonza早期开发服务中表达的非单抗分子占比超过60%。

目前已有超过20款已上市产品为非单抗或利用Lonza平台表达的先进抗体格式。

分子类型的多样性

Lonza已表达、纯化并分析了约600种非单抗产品，展现了其在多种治疗格式方面的专业能力。

在早期开发服务处理的分子中，抗体占35%，双特异性抗体占22%，双抗（duobody）占18%，单臂抗体占7%，Fc融合蛋白占6%。

这种多样性验证了GS系统®平台提升CHO细胞生产能力的能力，其应用已超越传统的单克隆抗体项目。

GS基因表达系统®

GS系统®技术平台是一个完全集成的高性能CHO表达平台，专为重组蛋白表达而设计，旨在帮助药物发现与开发团队以高且稳定的滴度表达多种治疗性蛋白格式。

宿主细胞系

-GSXceed®CHOK1SVGS-KO®：源自CHO-K1的标准宿主细胞系，敲除了谷氨酰胺合成酶基因以实现筛选。

-GSEffex®FUT8KO：专为生产具有增强抗体依赖性细胞毒性（ADCC）的无岩藻糖基化抗体而设计的衍生细胞系。

这些工程化的CHO宿主支持稳定表达并提升CHO表达效率。

表达载体

GSquad®Pro载体平台代表了最新一代的表达载体。这些载体利用高活性GSpiggyBac®转座酶技术整合到宿主细胞中，适用于稳定和瞬时基因表达。

其他可用载体系统包括用于简化抗体构建的GSquad®恒定区载体，以及用于抗体药物偶联物的GS®位点特异性偶联载体。

配套技术

GS系统®平台集成了多项配套技术：

-TheraPRO®生产培养基：一种优化的补料分批培养基，支持高滴度和卓越的产品质量。

-GSpiggyBac®转座酶技术：一种工程化的高活性piggyBac®转座酶，旨在将携带目的基因的GSXceed®表达载体高效插入宿主细胞基因组。

-GSDiscovery®瞬时表达平台：基于GSpiggyBac®增强的瞬时表达系统，用于快速生产研究材料。

这些技术共同支持从早期研究到GMP生产的可放大CHO生物制造。

对授权用户的支持

获得GS系统®平台许可的客户可访问GS®手册门户，获取使用该平台所需的所有方案和指南。

由于Lonza内部在CDMO服务中使用相同的系统，授权用户可受益于数十年的实践经验。

Lonza还通过全球主题专家网络提供技术、工艺和法规支持，帮助授权用户针对其特定需求优化系统。

平台创新历程

Lonza通过持续创新，使GS系统®平台始终处于行业前沿。平台演进的关键里程碑包括：

在Lonza，我们的研发团队持续对核心GS®平台技术进行创新，重点关注先进载体技术和进一步工程化的高性能宿主细胞系，以支持精准生物加工。

这包括集成高通量自动化、数据科学、人工智能和机器学习，用于实时克隆特异性优化。

精准生物加工方法

Lonza对下一代CHO生物加工的愿景以精准生物加工为核心。

该方法增强了改进的表达载体设计与工程化CHO宿主细胞工厂之间的协同作用，支持在广泛的治疗性蛋白格式中维持持续性能和CHO生产能力提升。

精准生物加工的关键组成部分包括：

-增强的DNA和细胞表达技术，作为一个集成系统协同工作。

-高通量自动化，实现多个参数的快速筛选和优化。

-数据科学和人工智能/机器学习应用，用于预测建模和优化。

-针对各细胞系特性定制的实时、克隆特异性培养基和补料优化。

-对产品骨架序列及其对表达和质量影响的理解。

-与上游表达策略集成的下游工艺优化。

这种集成方法超越了孤立地优化单个组件，而是侧重于理解和增强载体设计、宿主细胞特性、培养条件和产品属性之间的相互作用。

目标是提升CHO细胞的生产能力，实现更高效地生产日益复杂的治疗性蛋白。

高活性GSpiggyBac®转座酶技术

表达载体设计在决定生物生产活动的成功中起着关键作用。Lonza通过采用高活性piggyBac转座酶技术，改善了转染后的整合位点。

技术原理

GS表达载体已被改造为包含piggyBac识别的反向末端重复（ITR）序列。这些载体与以优化mRNA形式递送的piggyBac酶共同转染进入细胞。

mRNA被翻译为活性蛋白，该蛋白与ITR结合。随后转座酶通过活性“剪切-粘贴”机制，将目的基因插入CHO基因组中开放、可及且表达水平高且长期稳定的区域。与传统的随机整合方法相比，这种活性转座事件显著提升了载体整合的整体质量。最终结果是GS®表达载体的表达输出全面提升。

性能优势

使用GSpiggyBac®技术构建的克隆在滴度上相较于随机整合平均有所提升。在一项案例研究中，GSpiggyBac®克隆在克隆评估期间滴度平均提升约90%。

使用GSpiggyBac®技术构建的转染池中，克隆的分布更倾向于高生产能力区间，相较于随机整合生成的克隆。这意味着找到能够支持生产的高产克隆的概率显著增加。基于这些性能优势，Lonza已在其全球CDMO服务网络中部署了GSpiggyBac®转座酶技术。

各类分子的滴度表现

双特异性抗体

使用GSpiggyBac®技术，双特异性抗体通常可达8克/升。该系统在从先导优化到细胞系开发（CLD）和GMP生产的整个开发周期中均能保持稳定的高滴度。

Fc融合蛋白

Fc融合蛋白在使用GSpiggyBac®整合技术时通常可达9克/升。这使得在整个开发过程中对此类分子获得高滴度充满信心。

瞬时基因表达

Lonza将GSpiggyBac®技术应用于GSDiscovery®系统，以提升瞬时基因表达滴度，这是该技术的一项新颖应用。抗体和双特异性抗体的瞬时表达数据表明，与标准瞬时方法相比，使用GSpiggyBac®增强的工作流程在滴度上具有明显优势。

GSquad®Pro载体系统

Lonza已在其GSquad®Pro载体系统中用新型LHP-1启动子取代了传统的mCMV启动子。这一变革在滴度、产品质量和表达稳定性方面带来了显著改善。内部案例研究表明，与mCMV相比，LHP-1启动子可将单克隆抗体滴度提高多达123%。

转录性能

LHP-1启动子产生的转录输出高于mCMV。对于抗体，当重链和轻链基因受LHP-1调控时，其表达更为平衡。这种高转录输出与基因平衡相结合，有助于提升滴度。GS®载体中不同基因的相对转录输出影响整体产品表达。LHP-1启动子在提供高整体转录输出的同时，实现了mAb重链和轻链mRNA更为平衡的表达。

细胞比生产速率

补料分批培养过程通常遵循双相模式。早期阶段生成生产性生物量。后期阶段在平台期产生大部分产物。使用mCMV启动子时，无论基因顺序如何，细胞比生产速率在整个补料分批培养过程中保持高度一致。而使用LHP-1启动子时，细胞比生产速率在培养从早期进入后期阶段时显著提升。LHP-1启动子在培养的平台期上调产物表达。这种生长和生产阶段的更好分离使细胞资源得以更高效地分配。

表达稳定性

高滴度必须以坚实的表达稳定性为支撑，方能用于商业化生产。LHP-1启动子在约65代细胞培养中展现出卓越的稳定性。Lonza通过比较早期和晚期代次细胞的产率变化来评估稳定性。以30%的变化作为判定稳定克隆的截断值。使用LHP-1调控抗体重链和轻链的示例数据集显示表达稳定性达97%。这一性能使该启动子完全适用于商业化规模生产。

多链蛋白的表现

双特异性抗体

在稳定池中的测试比较了mCMV与新型LHP-1启动子在不同基因顺序下的表现。mCMV可通过改变基因顺序（尤其是针对某些分子）来优化表达。然而，在所有测试的基因顺序配置中，LHP-1始终生成高于mCMV的最高滴度稳定池。产品质量分析表明，GSquad®Pro载体系统和LHP-1启动子带来的更高滴度对正确的链配对率没有不利影响。即使表达水平升高，LHP-1生产的双特异性抗体仍能保持适当的组装特性。

Fc融合蛋白

单链Fc融合蛋白体现了滴度与产品质量之间的权衡。使用mCMV载体时，可通过改变基因顺序优化滴度。然而，随着滴度增加，产品质量（以正确组装分子百分比衡量）会下降。使用LHP-1载体时，不同基因顺序下的滴度和产品质量均保持高度一致。在比较mCMV的最佳稳定池（以可接受产品质量实现最优滴度）与LHP-1稳定池时，LHP-1在滴度上明显胜出，同时保持了正确的产品质量特征。特别是对于单链可变片段（scFv）融合蛋白，LHP-1启动子既驱动了更高的滴度，又保持了卓越的产品质量。跨不同基因排列的测试表明，LHP-1在提供更高表达水平的同时，维持了正确的链配对率。这一性能使该系统非常适合需要精确组装的复杂融合蛋白格式。

客户项目成果

近期一个客户项目需要表达一种难以表达的双特异性分子。并列进行的细胞系构建比较了使用mCMV载体和基于LHP-1的新型GSquad®Pro载体系统所构建的顶级克隆。为研究细胞库（RCB）生成而筛选的克隆显示，LHP-1生成克隆的平均性能显著优于mCMV生成克隆。使用LHP-1启动子的GSquad®Pro载体系统使克隆滴度提高了约42%，针对这一挑战性分子达到了约5克/升。

GSquad®Pro载体设计与筛选

GSquad®Pro载体系统能够快速、简便地组装编码1、2、3或4个产物基因的表达载体。这种灵活性支持高效构建不同复杂度的多链产物载体。

GSquad®Pro载体系统的主要特点包括：

-高效的一锅法组装最终GSpiggyBac®载体

-无论产物基因数量多少，所有载体均采用相同的克隆工作流程

-产物基因表达受新型高强度基因启动子LHP-1调控

-利用内置的测序引物结合位点可轻松对最终载体进行测序

-目的载体中包含的反向末端重复（ITR）序列支持使用GSpiggyBac®高活性转座酶技术构建高滴度稳定池

载体格式优化

载体设计影响产物组装和滴度结果。关键变量包括基因拷贝数和基因排列。GSquad®Pro系统允许快速筛选不同的载体格式以确定最佳配置：

-三基因载体（TGV）：以确定的比例编码三个产物基因，如LC1:HC1:HC2为1:1:1。

-四基因载体（QGV）：以不同比例编码四个产物基因，如LC1:HC1:HC2为2:1:1，并伴有不同的基因顺序。

早期筛选策略

可在稳定池上进行产物生成和分析，以在投入完整的细胞系开发之前评估载体设计。该方法包括：

-构建具有不同基因顺序和拷贝数的多种载体设计

-从每种载体设计创建稳定池

-对池进行补料分批培养

-使用蛋白A亲和层析进行纯化

-使用紫外-可见分光光度法测定滴度

-使用尺寸排阻高效液相色谱（SE-HPLC）定量单体含量

-使用SDS-PAGE分析评估产物组装

这种早期筛选可在Lonza成熟的CHOK1SVGS-KO®系统中提供产物组装特性的信息。该方法允许选择具有最高正确组装产物滴度的载体格式，最大化后续细胞系开发的成功机会。

组合文库方法

Lonza正在开发用于快速筛选载体元件组合的组合系统。该文库方法同时测试多种链顺序排列和启动子组合。通过系统性地探索多链产物最佳表达的设计空间，该方法节省了时间并提高了效率。初步研究数据表明，多参数和链排列组合文库扩展了复杂分子的设计选择。这种系统性方法有助于在开发早期为每个独特分子识别最佳配置。

GSquad®Pro的优势

GSquad®Pro载体系统与LHP-1启动子技术相结合，在与Lonza的CHOK1SVGS-KO®细胞系配合使用时，可带来多重优势：

支持更高效的生物生产

与mCMV相比，针对单克隆抗体、双特异性抗体和融合蛋白等多种分子，滴度提升高达123%。这一性能提升可支持更具经济可行性的商业化规模生产。

实现更快速的材料生成

与mCMV相比，池回收速度更快且更一致。这种加速使得能够更早地生成用于毒理学研究的材料，或更快地推进到细胞系开发。

降低开发旅程的风险

在不损害产品质量属性的前提下实现更高滴度。即使表达水平升高，系统仍能维持正确的链配对率和单体含量。这种平衡的性能降低了放大至商业化生物生产过程中出现质量问题的风险。

避免开发延误

Lonza研究中出色的克隆表达稳定性达97%。这种稳定性避免了因表达水平在后续代次中下降而导致的细胞系开发周期延长和额外工作量增加的风险。

该技术现已成为Lonza内部生产操作的标准，并向所有GS系统®技术授权用户开放。

文章来源：https://www.lonza.com/knowledge-center/biologics/a/tli-biotherapeutic-protein-expression-challenges

识别微信二维码，添加抗体圈小编，符合条件者即可加入

抗体微信群！

请注明：姓名+研究方向！

本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。