Metodi per migliorare la resa del pDNA

La produzione di DNA plasmidico (pDNA) si basa sulla ricombinazione genetica, che implica la connessione del gene bersaglio e di altri elementi per formare una struttura circolare chiusa covalentemente. Fermentazione ad alta densità cellulare di Escherichia coli e la purificazione sono i metodi principali per produrre pDNA.

Lo sviluppo della terapia cellulare e genica (CGT) e dell'mRNA ha portato maggiori possibilità di prevenire malattie epidemiche e curare malattie rare. La produzione industriale di CGT e mRNA richiede pDNA di alta qualità. Perciò, fermentazione ottimizzata di E. coli e alta resa di pDNA sono essenziali per il rapporto costo-efficacia dei vaccini/farmaci CGT e mRNA.

1. Aumento della domanda di pDNA

Secondo il rapporto US Plasmid DNA Manufacturing Market Report, si prevede che il mercato CGT crescerà da 7.2 miliardi di USD nel 2023 a 23.3 miliardi di USD nel 2028. Inoltre, la terapia genica diventerà la direzione dominante della CGT. Un numero crescente di terapie CGT viene approvato per il lancio sul mercato e più pipeline stanno entrando nella fase clinica. Di conseguenza, la domanda di pDNA sta aumentando vertiginosamente.

Oltre alle terapie CGT, il pDNA è una materia prima essenziale per la produzione di vaccini a mRNA. Con la continua innovazione della tecnologia a mRNA nei campi dei vaccini per le malattie infettive, dei vaccini contro il cancro e dei trattamenti per le malattie rare, anche la domanda di pDNA crescerà rapidamente.

2. Metodi per migliorare la resa del pDNA

Con la crescente domanda di DNA plasmidico, l'attuale sviluppo tecnologico si concentra sull'ottimizzazione delle strategie di fermentazione per migliorare la resa del pDNA. Le condizioni chiave per lo sviluppo del processo a monte includono componenti del mezzo di coltura, temperatura, pH, ossigeno disciolto (DO), velocità di produzione specifica e strategie fed-batch.

Terreno di coltura: Il terreno di coltura per la fermentazione di E. coli utilizzato nella produzione di plasmidi è in genere un mezzo semisintetico. È composto da fonti di carbonio, fonti di azoto, sali inorganici e oligoelementi. Tra questi, i tipi di fonti di carbonio e azoto sono cruciali per la crescita di E. coli e l'accumulo di prodotti. Le fonti di carbonio comunemente utilizzate sono glucosio e glicerolo, mentre le fonti di azoto includono fonti di azoto organico e inorganico. Inoltre, un rapporto carbonio/azoto (C/N) eccessivamente elevato può rallentare la crescita del ceppo batterico, mentre un rapporto C/N eccessivamente basso può promuovere una crescita rapida ma limitare l'accumulo di prodotti.

Temperatura: La temperatura ottimale per la crescita di E. coli è di 37°C. Tuttavia, temperature più basse (30-37°C) possono essere utilizzate nella fermentazione in batch per ridurre il tasso di produzione specifico massimo, aumentando così la replicazione del plasmide. Per i plasmidi sensibili al calore, aumentare la temperatura a 42°C può indurre un raddoppio del numero di copie del plasmide.

pH: Il pH ottimale per la crescita di E. coli è 7±0.2. Il pH del brodo di fermentazione è solitamente mantenuto tramite pompe acido-base.

DO: L'intervallo di concentrazione critica dell'ossigeno disciolto per E. coli è del 20%-30%. Un ossigeno disciolto insufficiente può portare a una produzione eccessiva di acido acetico, influenzando la crescita batterica e persino causando l'autolisi batterica. Un eccesso di ossigeno disciolto può causare avvelenamento da ossigeno. I fattori che influenzano l'ossigeno disciolto includono velocità di agitazione, tasso di aerazione, ecc.

Strategia fed-batch: La fermentazione fed-batch è spesso scelta per la produzione di plasmidi. In primo luogo, è favorevole al raggiungimento di una fermentazione ad alta densità cellulare di Escherichia coli, che si traduce in una maggiore biomassa, che funge da base per un'elevata resa. In secondo luogo, la crescita eccessivamente rapida di Escherichia coli influisce sulla stabilità del plasmide. L'aggiunta di nutrienti restrittivi mediante fed-batch può controllare razionalmente il tasso di crescita di E. coli, migliorando così la resa dei plasmidi. La strategia di controllo DO-stat è comunemente usata per regolare il fed-batch durante la fermentazione del plasmide. Ci sono anche ricerche che indicano la fattibilità della strategia pH-stat.

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Yaohai Bio-Pharma ha sviluppato una piattaforma matura per la produzione di plasmidi. Inoltre, Yaohai Bio-Pharma ha ottimizzato il terreno di coltura di base, il terreno di alimentazione e la strategia di controllo della fermentazione. In un ciclo di coltivazione di 30 ore, la resa del plasmide supera 1 g/L.

Inoltre, Yaohai Bio-Pharma è in grado di fornire soluzioni di ottimizzazione dei processi basate su metodi a fattore singolo o Design of Experiments (DoE) per diversi plasmidi e batteri ospiti. Yaohai Bio-Pharma mira a soddisfare i requisiti dei clienti per un'elevata resa e qualità dei plasmidi.

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