Phương pháp cải thiện năng suất pDNA

Việc sản xuất DNA plasmid (pDNA) dựa trên sự tái tổ hợp di truyền, bao gồm việc kết nối gen mục tiêu và các yếu tố khác để tạo thành cấu trúc vòng khép kín cộng hóa trị. Lên men mật độ tế bào cao Escherichia coli và tinh chế là những cách chính để sản xuất pDNA.

Sự phát triển của liệu pháp tế bào và gen (CGT) và mRNA đã mang lại nhiều khả năng hơn trong việc ngăn ngừa các bệnh dịch và điều trị các bệnh hiếm gặp. Việc sản xuất công nghiệp CGT và mRNA đòi hỏi pDNA chất lượng cao. Do đó, quá trình lên men tối ưu của E. coli và năng suất cao của pDNA rất quan trọng đối với hiệu quả về mặt chi phí của vắc-xin/thuốc CGT và mRNA.

1. Nhu cầu về pDNA ngày càng tăng

Theo Báo cáo thị trường sản xuất DNA Plasmid của Hoa Kỳ, thị trường CGT dự kiến ​​sẽ tăng trưởng từ 7.2 tỷ đô la Mỹ vào năm 2023 lên 23.3 tỷ đô la Mỹ vào năm 2028. Bên cạnh đó, liệu pháp gen sẽ trở thành hướng đi chủ đạo của CGT. Ngày càng có nhiều liệu pháp CGT được chấp thuận để đưa ra thị trường và nhiều đường ống hơn đang bước vào giai đoạn lâm sàng. Do đó, nhu cầu về pDNA đang tăng vọt.

Ngoài liệu pháp CGT, pDNA là nguyên liệu thô thiết yếu để sản xuất vắc-xin mRNA. Với sự đổi mới liên tục của công nghệ mRNA trong các lĩnh vực vắc-xin bệnh truyền nhiễm, vắc-xin ung thư và điều trị bệnh hiếm, nhu cầu về pDNA cũng sẽ tăng nhanh.

2. Phương pháp cải thiện năng suất pDNA

Với nhu cầu ngày càng tăng đối với DNA plasmid, trọng tâm phát triển công nghệ hiện tại là tối ưu hóa các chiến lược lên men để cải thiện sản lượng pDNA. Các điều kiện chính để phát triển quy trình thượng nguồn bao gồm các thành phần của môi trường nuôi cấy, nhiệt độ, độ pH, oxy hòa tan (DO), tốc độ sản xuất cụ thể và các chiến lược fed-batch.

Môi trường nuôi cấy: Môi trường nuôi cấy để lên men E. coli được sử dụng trong sản xuất plasmid thường là môi trường bán tổng hợp. Nó bao gồm các nguồn cacbon, nguồn nitơ, muối vô cơ và các nguyên tố vi lượng. Trong số đó, các loại nguồn cacbon và nitơ rất quan trọng đối với sự phát triển của E. coli và sự tích tụ sản phẩm. Các nguồn cacbon thường được sử dụng là glucose và glycerol, và các nguồn nitơ bao gồm các nguồn nitơ hữu cơ và vô cơ. Ngoài ra, tỷ lệ cacbon-nitơ (C/N) quá cao có thể làm chậm sự phát triển của chủng vi khuẩn, trong khi tỷ lệ C/N quá thấp có thể thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng nhưng hạn chế sự tích tụ sản phẩm.

Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của E. coli là 37°C. Tuy nhiên, nhiệt độ thấp hơn (30-37°C) có thể được sử dụng trong quá trình lên men theo mẻ để giảm tỷ lệ sản xuất đặc hiệu tối đa, do đó làm tăng sự sao chép plasmid. Đối với plasmid nhạy cảm với nhiệt, việc tăng nhiệt độ lên 42°C có thể gây ra sự nhân đôi số lượng bản sao plasmid.

pH: Độ pH tối ưu cho sự phát triển của E. coli là 7±0.2. Độ pH của dịch lên men thường được duy trì thông qua bơm axit-bazơ.

DO:Phạm vi nồng độ oxy hòa tan quan trọng cho E. coli là 20%-30%. Oxy hòa tan không đủ có thể dẫn đến sản xuất quá nhiều axit axetic, ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn và thậm chí gây ra tình trạng tự phân hủy vi khuẩn. Oxy hòa tan quá mức có thể gây ngộ độc oxy. Các yếu tố ảnh hưởng đến oxy hòa tan bao gồm tốc độ khuấy, tỷ lệ sục khí, v.v.

Chiến lược Fed-batch: Quá trình lên men theo mẻ thường được lựa chọn để sản xuất plasmid. Đầu tiên, nó có lợi cho việc đạt được quá trình lên men mật độ tế bào cao E coli, dẫn đến nhiều sinh khối hơn, đóng vai trò là cơ sở cho năng suất cao. Thứ hai, sự phát triển quá nhanh của Escherichia coli ảnh hưởng đến sự ổn định của plasmid. Việc bổ sung các chất dinh dưỡng hạn chế bằng cách sử dụng fed-batch có thể kiểm soát hợp lý tốc độ tăng trưởng của E. coli, do đó tăng cường sản lượng plasmid. Chiến lược kiểm soát DO-stat thường được sử dụng để điều chỉnh fed-batch trong quá trình lên men plasmid. Cũng có nghiên cứu chỉ ra tính khả thi của chiến lược pH-stat.

3. Các dịch vụ do Yaohai Bio-Pharma cung cấp

Yaohai Bio-Pharma đã phát triển một nền tảng trưởng thành để sản xuất plasmid. Ngoài ra, Yaohai Bio-Pharma đã tối ưu hóa môi trường nuôi cấy cơ bản, môi trường thức ăn và chiến lược kiểm soát quá trình lên men. Trong chu kỳ nuôi cấy 30 giờ, sản lượng plasmid vượt quá 1g/L.

Ngoài ra, Yaohai Bio-Pharma có khả năng cung cấp các giải pháp tối ưu hóa quy trình dựa trên phương pháp đơn nhân tố hoặc Thiết kế thí nghiệm (DoE) cho các plasmid và vi khuẩn chủ khác nhau. Yaohai Bio-Pharma hướng đến mục tiêu đáp ứng các yêu cầu của khách hàng về năng suất và chất lượng plasmid cao.

Yaohai Bio-Pharma cũng đang tích cực tìm kiếm các đối tác toàn cầu là tổ chức hoặc cá nhân và cung cấp mức lương cạnh tranh nhất trong ngành. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, vui lòng liên hệ: [email protected]