Superprodução do interferon β1 humano recombinante em Escherichia coli

Abstract

Interferons are proteins expressed by different human cells and synthesized in response to many chemical and biological agents. They are involved in antiviral, antiproliferative and immunomodulatory responses, acting to both maintain homoeostasis and in host defense. Because of this biological activity, interferons are now licensed worldwide for the treatment of various viral, malignant and immune disorders. Interferon β1, for instance, is one of the few substances which has proved to have effectiveness in suppressing manifestations of multiple sclerosis that is a chronic disease of the central nervous system. It is commercially produced in microorganisms such as Escherichia coli by using recombinant DNA techniques and is thus designated as biopharmaceutical. The patents for many originator biopharmaceuticals are expiring, and a new generation of follow-on molecules, termed “biosimilars”, is under development. Interferon β1 was approved for use in the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis by U. S. Food and Drug Administration in 1993 and lost its patent protection in 2007 becoming a target to biosimilar production for pharmaceutical industries. The development of interferon β1 biosimilar is an alternative to the high cost of the originator biopharmaceutical. We have developed a protocol to produce large quantities of pure interferon β1 in which approximately 3 mg of homogeneous recombinant protein could be obtained from 1 g of E. coli Rosetta(DE3) cells. N-terminal amino acid sequencing and mass spectrometry analysis provided evidence for the identity and purity of the recombinant protein. Reverse phase liquid chromatography analysis demonstrated the content of deamidates and sulphoxides were similar to a commercial standard, and no heterogeneous forms of rhIFN-β1ser17 were detected. Size exclusion chromatography analysis demonstrated the absence of high molecular mass aggregates and dimers. The protocol developed may be used to biosimilar production by pharmaceutical industries and thereby lower costs to healthcare payers and consumers.

Interferons são proteínas expressas por diferentes células humanas e sintetizadas como resposta a muitos agentes químicos e biológicos. Eles estão envolvidos em repostas antiviral, antiproliferativa e imunomodulatória, atuando na manutenção da homeostase e na proteção do organismo contra patógenos. Devido a essa atividade biológica, os interferons são atualmente aprovados no mundo inteiro para o tratamento de várias desordens virais, malignas e imunológicas. Interferon β1, por exemplo, é uma das poucas substâncias que provou ser efetiva na supressão das manifestações da esclerose múltipla que é uma doença crônica do sistema nervoso central. Ele é produzido comercialmente em microorganismos como Escherichia coli, utilizando a tecnologia do DNA recombinante e é chamado de biofármaco. As patentes de muitos biofármacos originais estão expirando e uma nova geração de moléculas, chamadas “biossimilares”, está em desenvolvimento. O interferon β1 foi aprovado para uso no tratamento da esclerose múltipla surtoremissão pelo Departamento de Controle de Drogas e Alimentos dos EUA em 1993 e perdeu sua proteção de patente em 2007, tornando-se um alvo para a produção do biossimilar pelas indústrias farmacêuticas. O desenvolvimento do biossimilar interferon β1 é uma alternativa para o alto custo do biofármaco original. Desenvolvemos um protocolo para produzir grandes quantidades do interferon β1, no qual aproximadamente 3 mg da proteína recombinante homogênea podem ser obtidos a partir de 1 g de células de E. coli Rosetta(DE3). As análises por seqüenciamento N-terminal de aminoácidos e espectrometria de massas proveram evidências para a identidade e pureza da proteína recombinante. A análise por cromatografia líquida de fase reversa demonstrou que o conteúdo de deamidados e sulfóxidos foi similar ao padrão comercial, e nenhuma forma heterogênea da proteína rhIFN-β1ser17 foi detectada. A análise por cromatografia líquida de exclusão molecular demonstrou a ausência de agregados de alta massa molecular e de dímeros. O protocolo desenvolvido poderá ser utilizado para a produção do biossimilar pelas indústrias farmacêuticas e deste modo, diminuir os custos do Ministério da Saúde e dos consumidores com este biofármaco.