【訪談】提高細胞株開發效率是抗體藥企提升競爭力的要素

 

導讀 從抗體藥物開發的技術角度，與時間賽跑是所有計劃主持人最大的課題，許多公司選擇投資提高自動化程度，加強或完善抗體開發平台，來幫助更快篩選或發現更多候選分子。 目前，抗體藥物已成為製藥的重點之一。本期訪談中，儀器資訊網特別策劃了“抗體發現及細胞株開發的高通量自動化解決方案”專題，以期能夠幫助生物製藥領域用戶瞭解抗體藥物開發過程中的相關技術方法。並邀請Molecular Devices大中華區技術主管徐孟杰(以下簡稱”徐”)分享他的業內經驗及精闢的觀點。

Q：請您談談目前抗體藥物開發整體現狀以及細胞株開發的現狀。

徐：從產品角度來看，抗體藥物開發的重心在於結構創新和改造，比如雙特異性抗體，以及 scFv、納米單抗等抗體片段。此外還有研究的靶點從前期的熱門靶點，延伸到“相對冷門”的靶點上，一些認知相對較少的靶點。從抗體藥物開發的技術角度，很多大公司都在加強或完善抗體發現平臺，提高自動化程度，從而有助於發現更多優質候選分子。 細胞株開發上，由於宿主細胞、質粒結構、篩選方法以及培養基等優化，單抗產量已經比較容易達到 5g/L 及以上，因此產量已經不是最大的瓶頸。隨著藥企間競爭的加劇，縮短細胞株開發工作流程時間、減少人工作業、提高效率並更好地滿足法規的要求，尤其是細胞株單克隆性的要求，是當下更為關注的要素。

Q：在目前的抗體發現及細胞株開發過程中，相關方法的技術難點主要是什麼？如何突破？

徐：抗體發現技術包括雜交瘤篩選技術(Hybridoma)，噬菌體展示技術(Phage display)和單一 B 細胞技術等。作為篩選平台，最重要的還是篩選的通量和效率，從而找到更多特異性的抗體或抗體片段。目前越來越多的平台借助高通量自動化的系統來實現通量和效率的提升。   細胞株開發階段，產量和時間是兩個重要的指標，涉及的因素比較多，包括宿主細胞，篩選體系，以及細胞單株化等。細胞單株化技術的選擇，極大影響實驗流程的時間和篩選的通量，最終也會影響到細胞株產量，因此是非常關鍵的一個技術環節。一輪有限稀釋結合全孔影像是目前較為常見的方法，不過有限稀釋的操作存在低效和人工作業時間長的不足。因此，越來越多的公司採用單細胞分離系統代替有限稀釋，這不僅可以提高篩選的通量和工作效率，還可以加強細胞單株性的可信度，因此單細胞分離系統加全孔影像是當下熱門的技術組合。

Q：請介紹目前在抗體發現及細胞株開發過程中，科學儀器市場對應開發產品的現狀及發展趨勢如何？

徐：對於抗體開發，主要的需求在於自動化高通量的設備，市場上既有針對各個階段的自動化設備，也有全流程的自動化解決方案。 細胞株開發的新技術更是精彩紛呈，近幾年快速全孔影像設備已成為細胞株開發的“標準配置”，結合一輪有限稀釋，就可以達到足夠的單克隆性可信度，取代了原先的兩輪有限稀釋，縮短了整個流程的時間。最近一兩年，又出現了許多基於微流體晶片技術的產品，取代手工有限稀釋或流式分選，提高單細胞接種的效率，是時下的焦點。

Q：請介紹貴公司在抗體發現及細胞株開發方面有哪些儀器產品和解決方案？請介紹相關產品的技術特點和優勢？

徐：針對噬菌體展示的抗體開發，我們公司有挑大腸桿菌株的 QPix® 微生物株自動篩選系統，可代替人工挑取，實現 3,000 株/小時的高速挑取，以及 >98% 的挑取成功率，是這個領域的標竿產品。此外，我們還可以整合上下游的設備，實現整個噬菌體展示流程的全程自動化，從而進一步提高篩選的通量和效率。

對於雜交瘤篩選方面，我們公司有 ClonePix® 2細胞株自動篩選系統，結合半固體培養基，可以獲得高密度的雜交瘤細胞株，相比傳統的方法，不僅可以減少微孔盤消耗及人工作業量，還可以在相同時間內，開發更多特異性的雜交瘤細胞株，且後續的亞克隆(sub clone)時間亦可以縮短。ClonePix® 2 系統通過分析白光影像和螢光影像，可以篩選出抗原特異性或者 IgG 陽性的雜交瘤細胞株，並自動精確地轉移至新的微孔盤，可用於初步篩選或者後續的亞克隆，提高工作效率。

對於細胞株開發，我們提供多元且完整的解決方案，包含上敘提及的 ClonePix®2 系統，採用半固體培養基方法，配合ClonePix®2 軟體的智慧篩選功能與無菌環境中的自動挑取，可以輕鬆篩選上萬個單株並挑取出其中擁有最高產量潛力的單株。 在全孔影像設備方面，我們的 CloneSelectTMImager 細胞生長分析系統，可用於產出細胞單株性的專業驗證報告。這個系統可以在 90秒內完成一塊 96 孔盤的高品質圖像的掃描，使用者可在軟體中一站式完成拍照、分析和報告產出。 最後，全新的 CloneSelectTM C.sight/F.sight高通量單細胞分離系統，採用獨家的微流體晶片技術和智慧化影像判讀，可以實現80%以上的單細胞接種率和75%以上的細胞存活率。相較於傳統的有限稀釋法或流氏分選方法，每塊 96孔/384 孔盤的有效單株數量可提高2-3 倍。同時，CloneSelectTM C.sight/F.sight會在分離過程中，同步記錄噴嘴出口的單細胞影像，搭配CloneSelectTM Imager全孔影像的圖像，可提供最完整的細胞單株性證明。

Q：請您介紹更多最新的細胞株開發產品與傳統方法或同類產品的差異。

徐：CloneSelectTMC.sight/F.sight高通量單細胞分離系統採用全新的設計，包括獨家的微流體晶片技術和智慧化影像判讀兩個核心技術。除了分離 CHO 細胞外，還可以用於 HEK 細胞、幹細胞、昆蟲細胞、各種腫瘤細胞及原代細胞等。F.sight機型並具有螢光分選功能，可以拓展應用，如綠色螢光可以用於篩選出基因編輯成功的活細胞、高表達的細胞以及高活率的細胞，配合可拋式分離卡匣，有利於使用者快速切換不同專案用途。 CloneSelectTMC.sight/F.sight 最大的特色是對細胞的傷害極低，讓使用者可以獲得更多有效的、具活力的單細胞株。專利的微流體晶片是可拋棄式的設計，大幅降低分選不同細胞系時可能的交叉污染問題，且更容易維護設備。微流體晶片與印表機的噴頭類似，可以精準的、柔和地產生帶有細胞的微小液滴，並透過噴嘴頭附近的相機及軟體進行即時的細胞影像分析，判斷是否符合需要的單一細胞條件，空的液滴，含有多個細胞的液滴或其數參數不符條件的將被真空吸引器排除，只留下單一細胞的液滴注入培養基中，以達到最高的效率及存活率的單細胞接種。

其次，接種前的準備很簡單，系統接種的速度也很快，接種一塊 96 孔盤的時間不到 5min，除了提高通量外，同時減少單細胞曝露在逆境的時間，進一步提昇其存活率。 第三，分離式可拋式的卡匣設計，細胞樣品加到分離卡匣，離開後直接進入微孔盤，不流經其他的管路，省去了清洗和驗證系統的麻煩。 最後是送審時幾乎必備的單株化證明，此系統採用影像記錄方式，在單細胞分離過程中，同步記錄噴嘴處高細胞圖像，如再搭配的CloneSelectTMImager追蹤單細胞生長到細胞株的全孔影像，可以產出最完整、有效的單株性驗證報告。