Rekombinante Herstellung von Faktor VIIa als Biosimilar

Ein Biogenerikum (Biosimilar) ist ein biotechnologisch hergestelltes Arzneimittel, welches die gleiche qualitative und quantitative Wirkstoffzusammensetzung und die gleiche Darreichungsform wie das Referenzarzneimittel hat. Seine Bioäquivalenz mit dem Referenzarzneimittel muss durch geeignete Studien nachgewiesen werden. Am Fraunhofer IGB etablierten wir ein generisches Verfahren für den Gerinnungsfaktor VII im Auftrag der iranischen Firma CinnaGen.

Die Blutgerinnung ist ein komplizierter Prozess, bei dem verschiedene Gerinnungsfaktoren nach Art einer Kaskade enzymatische Reaktionen auslösen, um schließlich ein stabiles Fibringerinnsel zu bilden. Fehlen Gerinnungsfaktoren wie Faktor VII innerhalb dieser Kette, wird die Bildung des Fibrinnetzes verhindert. Dies führt bei betroffenen Menschen zu einer Blutgerinnungsstörung, der Bluterkrankheit. Die Häufigkeit einer solchen Erkrankung ist mit 1 von 500 000 eher selten. Die Behandlung erfolgt durch intravenöse Gabe von gentechnologisch hergestelltem (rekombinantem) aktiviertem Faktor VII oder von Faktor VII, der aus menschlichem Blut gewonnenen wird.

Rekombinante Produktion in Säugerzellen

Aufgrund des Risikos einer Viruskontamination und der knappen Verfügbarkeit von Blutkonserven werden die früher aus humanem Blutplasma isolierten Proteine der Blutgerinnung inzwischen immer häufiger über gentechnische Methoden hergestellt. Der humane Faktor VII, eine von Vitamin K abhängige Serin-Protease, besteht aus einem einkettigen Molekül von 406 Aminosäuren, das in der Gerinnungskaskade in die aktive zweikettige Form FVIIa überführt wird.

Für die Etablierung des neuen Syntheseweges haben wir die DNA des Proteins in ein spezifisches Vektorsystem kloniert, dieses stabil in Baby Hamster Kidney Cells (BHK-Zellen) eingebracht und zu hoher Kopienzahl amplifiziert. Die Zellen sind an ein serumfreies, wenig proteinhaltiges Medium und Suspensionsbedingungen adaptiert, um eine möglichst effiziente Produktion zu ermöglichen. Das Protein FVII wird als Pro-Enzym (Zymogen) in das Medium sekretiert, was die Aufarbeitung wesentlich erleichtert. Die Umwandlung zum aktiven Enzym erfolgt quantitativ während der Proteinaufreinigung im späteren Verlauf der Herstellung. Das Endprodukt in diesem Herstellungsprozess ist damit aktivierter Faktor VII (rFVIIa).

Faktor VII aus hochexprimierendem Zellklon

Phasenkontrastaufnahme der adhärent wachsenden BHK-Zelllinie (ATCC CRL 10314, links) und adaptiert an ein serumfreies und wenig proteinhaltiges Medium sowie Suspensionsbedingungen (rechts)

Phasenkontrastaufnahme der adhärent wachsenden BHK-Zelllinie (ATCC CRL 10314, links) und adaptiert an ein serumfreies und wenig proteinhaltiges Medium sowie Suspensionsbedingungen (rechts)

Mit diesen Arbeiten konnte ein hochexprimierender Zellklon (BHK-Zelllinie) mit einer Expressionsrate von 4,9 µg/ml etabliert werden. Die quantitative Analyse der Faktor-VII-Mengen im Mediumüberstand der Produktionszelllinie wurde mittels ELISA bestimmt. Die biologische Aktivität wurde mit dem COASET FVII (Fa. CHROMOGENIX) und dem Clotting Assay der Fa. Dade Behring verifiziert. Der Western Blot zeigt eine spezifische Bande des Proteins Faktor VII aus einer Probe des nicht konzentrierten und des 10-fach konzentrierten Kultivierungsüberstands. Als Kontrolle wurde serumfreies Medium getestet.

Ausblick

Mit der Herstellung des Gerinnungsfaktors VII konnten wir am Fraunhofer IGB einen weiteren Produktionsprozess für ein Biogenerikum erfolgreich etablieren. Dies beinhaltet die Herstellung der DNA-Konstrukte, die Klonierung und die stabile Transfektion in unterschiedlichen Expressionssystemen, die Kultivierung auch größerer Volumina und die abschließende Aufreinigung des aktiven Proteins (Downstream Processing).  

Im Jahr 2006 erfolgte die Zulassung als Medikament unter dem Namen CinnoVex, das seitdem durch die Partnerfirma CinnaGen im Iran vertrieben wird. Zwischenzeitlich ist CinnoVex auch in Russland, Syrien, Armenien und dem Azerbaijan zugelassen.

Projekt

Development of a Production Process for Recombinant Factor VII

  • Projektpartner: CinnaGen Inc., Teheran