Medium optimization for the rhizosecretion of three monoclonal antibodies from Nicotiana tabacum hydroponic culture - Université de Lorraine Access content directly
Master Thesis Year : 2014

Medium optimization for the rhizosecretion of three monoclonal antibodies from Nicotiana tabacum hydroponic culture

Abstract

Plants are being developed as an inexpensive alternative platform for the production of recombinant pharmaceuticals, including monoclonal antibodies (mAbs). Transgenic plants were previously demonstrated to secrete the recombinant proteins from their roots in a process called rhizosecretion. Thus hydroponic cultivation of transgenic plants that allows harvesting of recombinant proteins from the hydroponic medium has been investigated for some years, but has not yet provided sufficient yields of target proteins for commercial viability. Scaling up the current in vitro production system could consist of the elaboration of an appropriate media for Nutrient Film Technique (NFT) ex vitro system. Medium supplemented with gelatin has previously shown 20 times-improvement of rhizosecreted antibody yields but is incompatible with NFT. In this project we have assessed loss in yields in the absence of gelatin of three monoclonal antibodies: M12 (anti-vitronectin), VRC01 (anti- HIV) and ?E559 (anti-rabies). Consistently, a 50% yield decrease occurred without gelatin, for each antibody. The NFT system has so far been recalcitrant to rhizosecretion with no detectable yields. Nitrate enriched hydroponic medium has previously been found to increase antibody secretion, by a mechanism currently thought to be osmolarity-related. A similar enrichment was applied to NFT medium in vitro in this project, and for the first time M12 antibody secretion could be detected and quantified. These results are encouraging for the scaling up of rhizosecretion to the NFT system as a recombinant protein production platform. Presently, plant yields remain dramatically lower than mammalian-cell production and plant molecular farming has not been embraced by pharmaceutical companies. However, such plant manufacturing systems could be of particular interest for the development of small scale, low-technology recombinant therapeutics production systems, highly needed to fight neglected diseases (e.g. rabies, tuberculosis) occurring in developing countries.
Les nombreuses propriétés des plantes sont actuellement étudiées dans le but de développer une nouvelle plateforme de production de produits pharmaceutiques à bas prix (Plant Molecular Pharming – PMP). Des protéines recombinantes fonctionnelles ont été secrétées avec succès dans un milieu hydroponique par des racines de tabac transgénique. Cependant, les rendements obtenus par rhizosecretion n’ont jamais étés assez élevés pour permettre l’exploitation industrielle du système. L’élaboration d’un milieu adapté à la technique de culture sur film nutritif (NFT) pourrait permettre le Scale-up de l’actuel système in vitro. Dans de précédents travaux, l’addition de gélatine dans le milieu de culture a permis d’augmenter 20 fois le rendement en anticorps secrétés, seulement, cet additif est incompatible avec le système NFT. Dans ce projet, l’impact de l’absence de gélatine sur le rendement de trois anticorps monoclonaux : M12 (anti-vitronectine), VRC01 (anti-VIH) and ?E559 (anti-virus de la rage). Une perte de rendement de 50% a pu être observée, indépendamment de l’anticorps étudié. D’autre part, une augmentation de la sécrétion d’anticorps recombinant a précédemment été obtenue grâce à l’ajout de Nitrates dans le milieu de culture hydroponique. Ici, un enrichissement similaire fut appliqué au milieu de culture utilisé en culture NFT. La première sécrétion quantifiable d’anticorps M12 à ce jour en milieu de culture NFT a pu être détectée, encourageant l’investigation de ce système pour la production de protéines recombinantes. Actuellement, les rendements en protéines pharmaceutiques obtenus en PMP restent considérablement inférieurs à ceux des plateformes de production en cellules animales, système bien établi dans les industries pharmaceutiques. Cependant, cette technologie accessible et low-cost pourrait s’avérer d’un intérêt majeur dans le développement à petite échelle de nouvelles plateformes production de produits pharmaceutiques. Cela permettrait aux pays en voie de développement de manufacturer leurs propres produits thérapeutiques pour le traitement de maladies actuellement négligées comme la rage ou la tuberculose, qui y sont pourtant toujours d’actualité.
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hal-01835626 , version 1 (11-07-2018)

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Dorian Bocciarelli. Medium optimization for the rhizosecretion of three monoclonal antibodies from Nicotiana tabacum hydroponic culture. Environmental Sciences. 2014. ⟨hal-01835626⟩
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