Transferrin trong nuôi cấy tế bào: Chất mang sắt quan trọng cho các hệ thống không có huyết thanh

I. Cấu trúc của Transferrin (TF)

TF chứa 679 gốc axit amin, có trọng lượng phân tử khoảng 79 kDa và điểm đẳng điện khoảng 6,6. Trình tự axit amin của nó bao gồm 38 gốc cystein có khả năng hình thành 19 cặp liên kết disulfua, rất quan trọng để ổn định cấu trúc protein và nó có ba vị trí N-glycosyl hóa. TF bao gồm hai miền liên kết sắt có cấu trúc tương tự nhau: miền đầu N (336 aa) và miền hình cầu đầu C (343 aa). Hai miền được kết nối bằng một chuỗi đệm ngắn.

Mỗi vị trí liên kết Fe³⁺‑ trong các miền chứa bốn axit amin được bảo toàn, bao gồm hai tyrosine, một axit aspartic và một histidine, và các gốc này được sắp xếp theo hình bát diện. Ngoài ra, cần có hai nguyên tử oxy được cung cấp bởi các ion cacbonat tại các vị trí liên kết Fe³⁺ để ổn định nguyên tử sắt. Gần các vị trí gắn TF, Gly‑65, Glam‑83, Tyr‑85, Arg‑124, Lys‑206, Ser‑248 và Lys‑296 đóng vai trò quan trọng trong việc giải phóng sắt. Hiệu ứng proton của cặp bazơ Lys‑206‑Lys‑296 nằm ở miền đối diện với đầu N có thể tạo ra cấu dạng mở hoặc đóng của TF.

II. Chức năng của Transferrin (TF)

Sắt là một trong những yếu tố cần thiết để duy trì sự phát triển, tăng sinh và hoạt động trao đổi chất của tế bào. Hầu hết sắt tự do trong cơ thể được vận chuyển và phân phối nhờ transferrin. Transferrin (TF), β-globulin liên kết và vận chuyển sắt chính trong huyết tương, chịu trách nhiệm chính vận chuyển sắt được hấp thu từ đường tiêu hóa và sắt được giải phóng từ sự thoái hóa hồng cầu. Trong huyết thanh người, nồng độ TF xấp xỉ 2,5 g/L, 30% trong số đó chứa sắt. TF chủ yếu tồn tại ở ba dạng: holo‑transferrin (holo‑TF), transferrin bão hòa một phần (sidero‑TF) và apo‑transferrin (apo‑TF).

Trong khoang ngoại bào (pH ≈ 7,5), thụ thể transferrin (TFR) có ái lực gắn kết với TF gắn sắt (holo-TF) cao hơn so với dạng không chứa sắt (apo-TF). Kết quả là TF gắn với sắt sau đó được nội hóa, trong khi apo-TF được giải phóng ở bề mặt tế bào. Trong các nội nhũ (pH ≈ 5,6), TFR liên kết với apo-TF tốt hơn so với holo-TF, làm trung gian vận chuyển apo-TF từ nội nhũ trở lại màng tế bào. Thông qua quá trình này, sắt được đưa vào tế bào và TF được tái chế.

Sắt rất quan trọng trong nuôi cấy tế bào trong ống nghiệm. Là một đồng yếu tố của nhiều enzyme khác nhau, transferrin tham gia vào nhiều chức năng sinh lý tế bào, ba khía cạnh chính được mô tả dưới đây:

1. Tham gia chuyển hóa hô hấp tế bào
Ty thể là nơi diễn ra quá trình chuyển hóa oxy hóa tế bào và là trung tâm năng lượng của tế bào. Succinate dehydrogenase trên màng ty thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Là một thành phần của succinate dehydrogenase, sắt tham gia vào quá trình chuyển hóa oxy hóa tế bào và sản xuất năng lượng.

2. Bảo vệ tế bào chống lại tổn thương oxy hóa
Là cốt lõi của cấu trúc sắt-porphyrin, sắt là thành phần chính của các enzym như catalase và peroxidase. Nó loại bỏ độc tính của hydro peroxide, phenol, amin và aldehyd, bảo vệ tế bào khỏi bị hư hại do peroxit bao gồm H₂O₂. Nó cung cấp khả năng chống oxy hóa cho tế bào và cải thiện sức khỏe tế bào.

3. Cải thiện mật độ và khả năng sống của tế bào
Sắt là một yếu tố cần thiết cho sự tăng sinh tế bào. Nếu không có sắt, các tế bào không thể tiến triển từ pha G1 sang pha S trong quá trình tăng sinh và thiếu sắt sẽ gây ra hiện tượng apoptosis và chết tế bào. Thiếu sắt làm suy yếu quá trình tổng hợp DNA trong quá trình sao chép tế bào, vì sắt là thành phần của ribonucleotide reductase - enzyme hạn chế tốc độ xúc tác quá trình chuyển đổi ribonucleotide thành deoxyribonucleotide trong quá trình tổng hợp DNA.

III. Ứng dụng của Transferrin trong nuôi cấy không có huyết thanh

Transferrin (TF) là thành phần không thể thiếu trong nuôi cấy tế bào. Đặc biệt trong môi trường không có huyết thanh (SFM), TF đã được áp dụng rộng rãi trên quy mô lớn trong sản xuất sinh học, chẳng hạn như sản xuất kháng thể đơn dòng, tổng hợp protein tái tổ hợp, cũng như nuôi cấy tế bào miễn dịch và tế bào gốc.

1. Tăng cường sự phát triển của tế bào và năng suất sản phẩm
Việc bổ sung TF trong môi trường không có huyết thanh (SFM) hỗ trợ nuôi cấy tế bào CHO mật độ cao, kéo dài chu kỳ sản xuất và tăng sản lượng protein.
Việc bổ sung TF vào môi trường không có huyết thanh dành cho tế bào lai giúp cải thiện tốc độ tăng sinh và khả năng sống sót của tế bào.
Bằng cách điều chỉnh cân bằng nội môi sắt, transferrin làm giảm tính không đồng nhất của glycoform protein và đảm bảo tính nhất quán của dược phẩm theo từng mẻ.
Khi áp dụng vào nuôi cấy tế bào CAR-T, tế bào NK và tế bào gốc trung mô (MSC) không có huyết thanh, TF duy trì khả năng sống sót của tế bào và các đặc tính chức năng.

2. Đơn giản hóa và tiêu chuẩn hóa công thức
Là thành phần cốt lõi của các chất bổ sung bao gồm ITS (insulin-transferrin-selenium) và SPIT/SPITE, TF có thể thay thế huyết thanh để đạt được công thức không chứa động vật, được xác định về mặt hóa học và giảm sự biến đổi theo từng đợt.

3. Thay thế cho chất thải hóa học
Các chất chelat hóa học (ví dụ EDTA, citrate) khó điều chỉnh chu trình oxy hóa khử và dễ tạo ra các gốc tự do. Ưu điểm của việc liên kết sắt bằng TF là nó dựa vào con đường tự nhiên qua trung gian thụ thể mà không tạo ra các sản phẩm phụ gốc tự do.

Công ty TNHH Công nghệ sinh học Anrate Bắc Kinh cung cấp transferrin tái tổ hợp không có động vật được sản xuất công nghiệp có nguồn gốc từ nấm men và tế bào CHO. Yêu cầu và thử nghiệm thử nghiệm đều được chào đón.

Thông báo quan trọng