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チャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞は、チャイニーズハムスターの卵巣上皮細胞から派生した不死化細胞株のファミリーであり[ 1 ]、生物学および医学研究、そして商業的には組換え治療タンパク質の生産によく使用されています。[ 1 ] [ 2 ]遺伝学、毒性スクリーニング、栄養、遺伝子発現の研究、特に1980年代以降は組換えタンパク質の発現に広く使用されています。CHO細胞は、組換えタンパク質治療薬の工業生産に最も一般的に使用されている哺乳類宿主です。[ 2 ]
中国のハムスターが医学研究に初めて使用されたのは1919年で、北京協和医科大学の謝 ET 博士が地元の畑で捕獲したハムスターを肺炎球菌の型別検査に使用した。[ 3 ]その後、同じ研究所のジョセリン・スマイリーとチャールズ・ヤングという2人の医師によって、ハムスターがカラアザール（内臓リーシュマニア症）の伝播に優れた媒介動物であることが発見され、リーシュマニアの研究が促進された。[ 4 ] [ 5 ]
飼育下でのげっ歯類の繁殖は、まず1928年に北京協和医科大学で、その後米国ハーバード大学医学部で150匹のハムスターのコロニーを用いて試みられたが、いずれも失敗に終わった。研究者たちはハーバード大学比較病理学棟の地下室、そしてその後は外の芝生の庭に、自然に近い交尾用の巣穴を広範囲に作ったにもかかわらず、ハムスターはニューイングランドの厳しい冬を生き延びたものの、繁殖しなかった。[ 6 ]
1943年、イタリアの遺伝学者グイド・ポンテコルヴォは、チャイニーズハムスターの細胞には比較的大きな染色体がわずか14本しかないことを発見した。これはマウスの40本、ラットの42本と比べて少ない数である。染色体の数が少なく、サイズが大きいほど、分離、特徴付け、マッピングが容易になるため、これらのげっ歯類はゲノム研究において重宝されるようになった。
1948年、中国内戦の影が忍び寄り、北京陥落の数週間前、胡正祥博士は、南京でマラリアを研究していたアメリカ人のロバート・ブリッグス・ワトソン博士に、オス10匹、メス10匹の計20匹の中国ハムスターを送った。ワトソン博士は、視界を遮る雨の中を11時間かけて車を走らせ、徘徊する共産党軍の集団を間一髪で避けながら、ハムスターを上海に届け、パンアメリカン航空の米国行きの最後の便の1つに乗せた。ハムスターはニューヨーク州北部の熟練したげっ歯類ブリーダーであるビクター・シュヴェントカーに送られ、ハーバード大学の大学院生ジョージ・ヤーガニアンが彼から数匹のハムスターを購入し、独自の繁殖プログラムを開始して染色体の正しい数（2n=22）を決定した。現代のCHO細胞はすべて、1948年に胡博士から提供された20匹のハムスターの子孫である。アメリカの科学者たちとの協力により、彼は朝鮮戦争におけるアメリカの細菌兵器開発を支援したとして「反動的な学識者」として迫害され、6ヶ月間の再教育キャンプへの収容を宣告された。数十年後の1966年8月、中国の文化大革命中にこれらの告発が再び持ち上がり、紅衛兵による自宅での激しい暴行につながり、その後まもなく彼と妻は自殺した。[ 7 ] [ 8 ]
1957年、セオドア・T・パックは、ボストンがん研究財団のジョージ・ヤーガニアン博士の研究室から雌のチャイニーズハムスターを入手し、それを用いて最初のチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞株を樹立した。それ以来、CHO細胞は、浮遊培養での急速な増殖、高タンパク質産生、哺乳類の転写後糖鎖修飾を受けたタンパク質を産生する能力のため、好ましい細胞株となっている。[ 4 ] [ 9 ]
心筋梗塞に対する血栓溶解薬アルテプラーゼ（アクチバーゼ）は、1987年に米国食品医薬品局によって承認されました。これは、CHO細胞から生産された最初の市販の組換えタンパク質でした。 [ 4 ] [ 10 ] CHO細胞は、組換えタンパク質治療薬および予防薬の製造に最も広く使用されている方法です。[ 11 ] [ 12 ] 2019年には、売上上位10位の医薬品のうち6つがCHO細胞で製造されました。[ 13 ]
すべてのCHO細胞株はプロリン合成が欠損している。[ 14 ]また、CHO細胞は上皮成長因子受容体（EGFR）を発現しないため、さまざまなEGFR変異の研究に理想的である。[ 15 ]
さらに、チャイニーズハムスター卵巣細胞は、ヒトで産生されるものと同様の複雑な糖鎖修飾や翻訳後修飾（PTM）を持つタンパク質を産生することができます。大規模培養で容易に増殖でき、生存率も高いため、 GMPタンパク質生産に理想的です。また、CHO細胞は、酸素濃度、 pH値、温度、細胞密度などのパラメーターの変動にも耐性があります。[ 16 ]
哺乳類としては非常に少ない染色体数（2n=22）を持つチャイニーズハムスターは、放射線細胞遺伝学および組織培養の優れたモデルでもある。[ 17 ] 組換え医薬品生産に使用された最初の細胞株であるため、内因性レトロウイルス配列（ERS）に関して規制上の懸念が提起された。CHO細胞にはこれらの配列が約1000個含まれており、その一部は細胞内A型粒子およびC型粒子の合成を指示することができる。また、逆転写酵素の発現が低いことも観察された。しかし、ERSの大部分は欠陥があり（すべてのリーディングフレームにストップコドンがある）、推定レトロウイルスゲノムの大きな欠失を含んでいる。[ 18 ] [ 19 ]
1956年に最初のCHO細胞株が記述されて以来、さまざまな目的のために細胞株の多くの変異株が開発されてきた。[ 14 ] 1957年には、CHO細胞の単一クローンからCHO-K1が生成された。[ 20 ] しかし、業界関係者によると、科学者のセオドア・パックが最初にCHO-K1を単離したのは1968年である。[ 1 ] パックと同僚は、1957年にチャイニーズハムスター卵巣由来の細胞株を開始したと報告した。[ 21 ] [ 22 ] K1の変異株には、ATCC、ECACCの寄託株、およびタンパク質を含まない培地での増殖に適応したバージョンが含まれる。[ 20 ]
CHO-K1 は 1970 年代にエチルメタンスルホン酸で突然変異させ、ジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR) 活性を欠く細胞株CHO-DXB11 (CHO-DUKX とも呼ばれる) を生成した。[ 23 ]しかし、これらの細胞は突然変異させるとDHFR 活性に復帰する可能性があり、研究における有用性がやや限定的であった。[ 23 ]その後 1983 年に、CHO 細胞はガンマ線で突然変異させられ、 DHFR遺伝子座の両方の対立遺伝子が完全に除去された細胞株CHO-DG44 が得られた。[ 24 ]これらの DHFR 欠損株は、増殖にグリシン、ヒポキサンチン、チミジンを必要とする。 [ 24 ]変異したDHFRを持つ細胞株は、チミジン欠乏培地でDHFR遺伝子の機能的なコピーとともに目的の遺伝子を導入した細胞を容易にスクリーニングできるため、遺伝子操作に有用である。このため、DHFRを欠損したCHO細胞は、工業用タンパク質生産に最も広く使用されているCHO細胞である。
近年では、他の選択システムが普及しており、CHO細胞の活性クロマチンをより効率的に標的とするベクターシステムを用いることで、抗生物質選択（ピューロマイシン）も利用して、高レベルでタンパク質を発現する組換え細胞を作製することが可能になった。この種のシステムは特別な変異を必要としないため、DHFR欠損のない宿主細胞培養でも優れたレベルのタンパク質を産生することが分かっている。
CHO細胞は（すべての不死化細胞と同様に）遺伝的不安定性が非常に高いため、その名称が製造目的での有用性を示していると考えるべきではありません。たとえば、2013年に入手可能な3つのK1子孫培養株は、それぞれ互いに有意な変異の蓄積があります。[ 20 ]工業的に使用されているCHO細胞株のほとんどすべては、動物成分を含まない培地または化学的に定義された培地で培養され、懸濁培養で大規模バイオリアクターで使用されています。[ 14 ] [ 20 ] CHO細胞の複雑な遺伝学と細胞集団のクローン由来に関する問題については、広範囲に議論されました。[ 25 ] [ 26 ]
CHO細胞で行われる遺伝子操作の多くは、DHFR酵素を欠損した細胞で行われます。この遺伝子選択スキームは、組換え治療用タンパク質の生産のためにトランスフェクトされたCHO細胞株を確立するための標準的な方法の1つです。このプロセスは、目的の遺伝子とDHFR遺伝子を単一の哺乳類発現系に分子クローニングすることから始まります。次に、2つの遺伝子を搭載したプラスミドDNAを細胞にトランスフェクトし、細胞をチミジン欠乏培地で選択条件下で培養します。生き残った細胞は、目的の遺伝子とともに外来性のDHFR遺伝子をゲノムに組み込んでいます。[ 27 ] [ 28 ]各細胞株の増殖速度と組換えタンパク質の生産レベルは大きく異なります。望ましい表現型特性を持つ安定的にトランスフェクトされた細胞株をいくつか得るには、数百の候補細胞株を評価する必要があるかもしれません。
CHO細胞株とCHO-K1細胞株は、保健保護庁培養コレクションの一部である欧州細胞培養コレクションなど、多くの生物資源センターから入手できます。これらの組織は、成長曲線、成長のタイムラプスビデオ、画像、継代培養ルーチン情報などのデータも保持しています。[ 29 ]
CHO細胞は、治療用モノクローナル抗体などの治療用タンパク質の大量生産に最も一般的に使用される哺乳類細胞株であり、治療用mAbの70%で使用されています。[ 2 ] CHO細胞は、培養液1リットルあたり3～10グラムの規模で組換えタンパク質を生産できます。 [ 14 ] CHO細胞の産物は、これらの哺乳類細胞が組換えタンパク質に対してヒトと同様の翻訳後修飾を行うため、ヒトへの応用に適しています。これは、いくつかのタンパク質の機能にとって重要です。 [ 30 ] CHO-K1トランスジェニック細胞は、バイオマス蓄積を犠牲にしてモノクローナル抗体の発現が高いことが特徴であると考えられており、 [ 31 ]例えば、CHO-K1を基に、1リットルあたり最大6.5グラムの生産性を持つモノクローナル抗体産生細胞株が選択されています。[ 32 ]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元の URL の状態が不明です (リンク){{cite web}}: CS1 maint: bot: 元の URL の状態が不明です (リンク){{cite web}}: CS1 maint: bot: 元の URL の状態が不明です (リンク)あるチャイニーズハムスター卵巣 (CHO) 細胞で生産されています。
2016年以降、すべてのrBPおよびmAbの約70%がチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞株から生産されている。
Urquhart、2020）。