Análisis de la expresión de interferón gamma humano usando el sistema de células HEK293-Adenovirus en ambientes de microgravedad

En las últimas décadas, el desarrollo de biofármacos producidos mediante el cultivo de células animales ha crecido de manera exponencial debido a las posibilidades que estos brindan en el tratamiento de enfermedades crónico/degenerativas e infecciosas. Así, el uso de diferentes sistemas de producción sigue siendo materia de estudio, ya que es necesario tener sistemas cuyas productividades sean competitivas que brinden productos con la calidad y eficacia adecuadas a un costo aceptable. Por ello, el análisis de novedosas condiciones de cultivo tales como la microgravedad es materia de estudio. El Rotating Cell Culture System (RCCS) en su modalidad de biorreactor High Aspect Ratio Vessel (HARV) proporciona un entorno de microgravedad simulada que ha permitido el establecimiento de modelos in vitro de células de mamífero con aplicación en el establecimiento de cultivos organotípicos, modelos de interacción hospedero-patógeno, evaluación de nuevas dianas terapéuticas, toxicología y evaluación de nuevos fármacos. La aplicación de este sistema en el campo de la producción de proteínas recombinantes y vectores virales ha sido casi nula, y para nuestro conocimiento, este trabajo reporta por primera vez la caracterización de cultivos de células HEK293 y la producción de proteína recombinante y vectores adenovirales en medio libre de suero bajo condiciones simuladas de microgravedad en el biorreactor HARV frente a cultivos agitados en gravedad terrestre. Los resultados muestran que los cultivos celulares HEK293 perciben un porcentaje de gravedad mínimo y máximo verticales cuyos valores son 〖%g〗 mínimo= 0,153% (sentido descendente) y 〖%g〗máximo= -0,053% (donde el signo menos implica sentido contrario a la gravedad) considerando g=9,81 m/s². El crecimiento de las células no se vio afectado, sin embargo, se observaron efectos celulares tales como la formación de agregados en medio con suero y la generación de cultivo de células sin agregados en medio libre de suero. Asimismo, la optimización del consumo de nutrimentos mejoró principalmente en cultivos infectados. Finalmente, la producción de proteína recombinante y vectores adenovirales se vio favorecida. Dichos fenómenos fueron modelados matemáticamente utilizando un enfoque de ecuación diferencial adaptable utilizando una red neuronal diferencial para poder predecir comportamientos futuros como principio de la optimización del proceso. Así, se concluye que la microgravedad es un parámetro que ha sido poco estudiado, aunque ofrece ventajas en el cultivo de células HEK293 en la producción de vectores adenovirales y proteína recombinante, siendo a nuestro conocimiento, el primer trabajo en el mundo que reporta este tipo de estudio.

In recent decades, the development of biopharmaceuticals produced through animal cell culture has grown exponentially due to the possibilities they offer in the treatment of chronic/degenerative and infectious diseases. Therefore, the use of different production systems remains a subject of study. So, it is necessary to have systems whose productivities are competitive and provide products with the required quality and efficacy at an acceptable cost. Hence, the analysis of novel culture conditions such as microgravity is a subject of study. The Rotating Cell Culture System (RCCS) in its High Aspect Ratio Vessel (HARV) bioreactor mode provides a simulated microgravity environment that has allowed the establishment of in vitro models of mammalian cells with applications in the establishment of organotypic cultures, host-pathogen interaction models, evaluation of new therapeutic targets, toxicology, and assessment of new drugs. The application of this system in the field of recombinant protein production and viral vector production has been almost non-existent, and to our knowledge, this is the first work that reports the characterization of HEK293 cell cultures and the production of recombinant protein and adenoviral vectors in serum-free conditions under simulated microgravity in the HARV bioreactor compared to stirred cultures in Earth's gravity. The results show that HEK293 cell cultures perceive a minimum and maximum vertical gravity percentage, which values are〖%g〗 minimum = 0.153% (downward direction) and 〖%g〗 maximum = -0.053% (where the minus sign implies the opposite direction of gravity), considering g = 9.81 m/s². Cell growth was not affected in such a condition, however, cellular effects such as aggregate formation were observed in serum-containing medium, and the generation of aggregate-free cell cultures was observed in serum-free medium. Additionally, nutrient consumption optimization improved mainly in infected cultures. Finally, the production of recombinant protein and adenoviral vectors was favored. These phenomena were mathematically modeled using an adaptable differential equation approach using a differential neural network to predict future behaviors as a basis for process optimization. Thus, it is concluded that even though microgravity is a parameter that has been little studied, it offers advantages in the culture of HEK293 cells in the production of adenoviral vectors and recombinant protein. To our knowledge this is the first work in the world that reports this type of study.