Impacts on product quality attributes of monoclonal antibodies produced in CHO cell bioreactor cultures during intentional mycoplasma contamination events

Predictive modeling for cell culture in commercial manufacturing of biotherapeutics

The biopharmaceutical industry continually seeks advancements in the commercial manufacturing of therapeutic proteins, where mammalian cell culture plays a pivotal role. The current work presents a novel data-driven predictive modeling application designed to enhance the efficiency and predictability of cell culture processes in biotherapeutic production. The capability of the cloud-based digital data science application, developed using open-source tools, is demonstrated with respect to predicting bioreactor potency from at-line process parameters over a 5-day horizon. The uncertainty in model's prediction is quantified, providing valuable insights for process control and decision-making. Model validation on unseen data confirms the model's robust generalizability. An interactive dashboard, tailored to process scientist's requirements is also developed to streamline biopharmaceutical manufacturing processes, ultimately leading to enhanced productivity and product quality.

Sık Kullanılan Bazı Hücre Hatları için Kalite Kontrol: Mikoplazma Kontaminasyon Tespiti, Sitokrom B ve Sitokrom Oksidaz Alt Birim I Genlerinin DNA Dizi Analizlerinin Gerçekleştirilmesi

Amaç: Laboratuvarlarda sık kullanılan serviks epitelyal karsinom (HeLa), insan periferal kan promiyelösitik lösemi (HL-60), fare C3/bağ dokusu (L929), Madin Darby köpek böbrek (MDCK), fare nöroblastom (Neuro-2a) gibi bazı hücre hatlarının mikoplazma kontaminasyon kontrollerinin yapılması, kimlik doğrulamalarının gerçekleştirilmesi ve klonalitelerinin belirlenmesidir.Yöntem: Bu çalışmada üç farklı türe ait beş hücre hattı kullanılmıştır. Çalışılan tüm hatların Bisbenzimid (Hoechst 33258) ile deoksiribonükleik asit (DNA) floresan işaretlemesi yapılarak mikoplazma kontaminasyonu kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Hücre hatlarından DNA izolasyonları yapılmış, elde edilen DNA örneklerinden sitokrom B (CYTB) geninin bölgesel amplifikasyonu için L14816 ve H15173 primerleri; sitokrom oksidaz alt birim I (COI) geni için ise LCO 1490 and HCO 2198 primerleri kullanılmıştır. İlgili amplifikasyonların DNA dizi analiz sonuçları, biyoinformatik araçlar kullanılarak referans dizilerle karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.Bulgular: Çalışmada ilgili hücrelerin, Bisbenzimid (Hoechst 33258) ile üretici firmanın protokollerine göre belirlenen konsantrasyon ve sürede yapılan boyama sonucunda mikoplazma kontaminasyonuna rastlanılmamıştır. Ayrıca CYTB gen bölgesi için veritabanında yer alan referans dizi ile yapılan karşılaştırma sonucu HL-60 için %97; "HeLa, L929, MDCK, Neuro-2a” hücre hatları için ise %98 oranında benzerlik bulunmuştur. COI gen bölgesi için ise bu benzerlik oranları “HeLa, HL-60, L929, MDCK ve Neuro-2a” hücre hatları için sırasıyla %95, %99, %96, %96 ve %98 olarak bulunmuştur.Sonuç: Bu bağlamda, çalışmadan elde edilen Bisbenzimid (Hoechst 33258) işaretleme ve DNA dizi analiz sonuçları, pek çok araştırmada kullanılan bu hücre hatlarının kalitesi konusunda kabul edilebilir bir belirteç ve güven sağlamıştır.   

Impacts on product quality attributes of monoclonal antibodies produced in CHO cell bioreactor cultures during intentional mycoplasma contamination events

A mycoplasma contamination event in a biomanufacturing facility can result in costly cleanups and potential drug shortages. Mycoplasma may survive in mammalian cell cultures with only subtle changes to the culture and penetrate the standard 0.2‐µm filters used in the clarification of harvested cell culture fluid. Previously, we reported a study regarding the ability of Mycoplasma arginini to persist in a single‐use, perfusion rocking bioreactor system containing a Chinese hamster ovary (CHO) DG44 cell line expressing a model monoclonal immunoglobulin G 1 (IgG1) antibody. Our previous work showed that M. arginini affects CHO cell growth profile, viability, nutrient consumption, oxygen use, and waste production at varying timepoints after M. arginini introduction to the culture. Careful evaluation of certain identified process parameters over time may be used to indicate mycoplasma contamination in CHO cell cultures in a bioreactor before detection from a traditional method. In this report, we studied the changes in the IgG1 product quality produced by CHO cells considered to be induced by the M. arginini contamination events. We observed changes in critical quality attributes correlated with the duration of contamination, including increased acidic charge variants and high mannose species, which were further modeled using principal component analysis to explore the relationships among M. arginini contamination, CHO cell growth and metabolites, and IgG1 product quality attributes. Finally, partial least square models using NIR spectral data were used to establish predictions of high levels (≥10⁴ colony‐forming unit [CFU/ml]) of M. arginini contamination, but prediction of levels below 10⁴ CFU/ml were not reliable. Contamination of CHO cells with M. arginini resulted in significant reduction of antibody product quality, highlighting the importance of rapid microbiological testing and mycoplasma testing during particularly long upstream bioprocesses to ensure product safety and quality.