Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Erythropoietin is a hematopoietic hormone and the main physiological function is the induction of erythropoiesis. Recombinant DNA technology enabled cloning and expression of rhEPO gene to produce recombinant human erythropoietin (rhEPO). It is a sialoglycoprotein composed of 165 amino acids chain and about 40% of the molecule consists of carbohydrates, important for biological activity due to the presence of sialic acid residues at the termini of chains affecting its half-life. In the present study an alternative in vitro cell culture-based assay using TF-1 cell line was validated, to be used in conjunction with a reversed-phase liquid chromatography method with fluorescence detection (F-RP-LC) validated to determine the content of sialic acids. The values obtained for the sialic acids were higher than 126.83 ng/μg, and the biotechnology-derived products were subjected to the cell culture bioassay giving potencies 2.91% ± 0.85 lower related to the bioassay in normocythaemic mice, with significant correlation calculated by the Pearson coefficient (r = 0.9947). In parallel, it was determined the content/potency of the products by the validated reversed-phase and size-exclusion liquid chromatography methods that showed mean results 3.14% higher and 2.87% lower, respectively, compared to the in vitro bioassay. It was demonstrated that in vitro cell culture bioassay represent a valid alternative to the in vivo bioassay for the potency assessment of rhEPO, in the context of the reduction and/or replacement of animals. Likewise, correlation of the results obtained with the physicochemical methods, represents advances for the characterization of the biomolecule, which can be applied to the production steps and for the quality control, contributing to assure the batch-to-batch consistency of the bulk and the finished biological products of rhEPO. / A eritropoietina é um hormônio hematopoiético cuja principal função fisiológica é a indução da eritropoiese. Através da tecnologia do DNA recombinante foi possível a clonagem e expressão do gene para produzir a eritropoietina humana recombinante (rhEPO). É uma sialoglicoproteína composta por cadeia de 165 aminoácidos e, aproximadamente, 40% da molécula é constituída de carboidratos, importantes para a atividade biológica devido à presença de resíduos de ácidos siálicos nas extremidades das cadeias, que influenciam na meia-vida da biomolécula. No presente estudo foi validado ensaio alternativo baseado na cultura da linhagem de células TF-1 in vitro, e método por cromatografia líquida por fase reversa com detecção por fluorescência para determinação de ácidos siálicos, para avaliação em conjunto da potência de rhEPO. Determinaram-se teores de ácidos siálicos acima de 126,83 ng/μg e os produtos biotecnológicos foram submetidos ao bioensaio por cultura de células fornecendo potências 2,91% ± 0,85 menores em relação ao ensaio biológico em camundongos normocitêmicos, com correlação significativa calculada pelo coeficiente de correlação de Pearson (r = 0,9947). Paralelamente, determinou-se o teor/potência dos produtos pelas metodologias validadas por cromatografia líquida por fase reversa e por exclusão molecular, que forneceram média de resultados 3,14% maior e 2,87% menor, respectivamente, em relação ao bioensaio in vitro. Demonstrou-se que o bioensaio por cultura de células in vitro, constitui-se em alternativa ao ensaio biológico in vivo para a avaliação de potência de rhEPO, no contexto da redução e/ou substituição do uso de animais. Do mesmo modo, a correlação com os resultados fornecidos pelos métodos físico-químicos, representa avanços para caracterização da biomolécula, que podem ser aplicados nas etapas do processo de produção e para o controle de qualidade, contribuindo para garantir a consistência lote-a-lote da solução concentrada e dos produtos biológicos acabados de rhEPO.

Human α-N-Acetylglucosaminidase (Naglu) is a lysosomal acid hydrolase implicated in tthe rare metabolic storage disorder known as mucopolysaccharidosis type IIIB (MPS IIIB; also Sanfilippo syndrome B). Absence of this enzyme results in cytotoxic accumulation of heparan sulphate in the central nervous system, causing mental retardation and a shortened lifespan. Enzyme replacement therapy is not currently effective to treat neurological symptoms due to the inability of exogenous Naglu to access the brain. This laboratory uses a Spodoptera frugiperda (Sf9) insect cell system to express Naglu fused to a synthetic protein transduction domain with the intent to facilitate delivery of Naglu across the blood-brain barrier. The project described herein may be broken down into three main sections. Firstly, the impact of two cryptic splice sites on Naglu expression levels was analyzed in both transiently expressing Sf9 cultures and stably selected cell lines. Secondly, the effectiveness of the native Naglu secretion-signaling peptide in the Sf9 system was examined. Finally, purification of a Naglu fusion protein from suspension culture medium was performed using hydrophobic interaction chromatographic techniques. The ultimate goal of this research is to develop an efficient system for economical, large-scale production of a human recombinant Naglu fusion protein that has the potential to be successfully used for enzyme replacement therapy to treat MPS IIIB. / Graduate

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS / The human parathyroid hormone (hPTH) is a polypeptide secreted by the parathyroid glands that is essential for the maintenance of the calcium ion homeostasis in the blood. The recombinant DNA technology has enabled the expression of hPTH gene in Escherichia coli, and thus the large-scale production of recombinant human parathyroid hormone (rhPTH 1-34), teriparatide, which contain the active amino-terminal fragment of the full length hPTH. The rhPTH is clinically used to treat osteoporosis at high risk of fractures in postmenopausal women, men with osteoporosis primary or hypogonadal and adults with glucocorticoid-induced osteoporosis (GIO). Cappilary zone electrophoresis (CZE) method was developed and validated for the assessment of rhPTH in biopharmaceutical formulations. The analysis for CZE method was performed on a fused-silica capillary (effective length, 40 cm; 50 μm i.d.), using electrolyte solution consisted of 50 mM dihydrogen phosphate solution at pH 3.0. The capillary was maintained at 25º C, the applied voltage was 20 kV. Injections were performed using a pressure mode at 50 mbar for 45 s, with detection by photodiode array detector set at 200 nm. Separation was obtained with a migration time of 5.3 min, and was linear over the concentration range of 0.25-250 μg mL-1 (r2 = 0.9992). The limits of detection and quantitation were 0.12 and 0.40 μg/mL, respectively. Specificity and stability-indicating capability were established in degradation studies, which also showed that there was no interference of the excipients. The accuracy was 100.28% with bias lower than 0.85%. Moreover, the in vitro cytotoxicity test of acidic, photolytic and thermal degradated forms showed significant differences (p<0.05) compared to intact molecule. The cell proliferation and alkaline phosphatase activity bioassays in UMR-106 cells were developed and applied to assess the biological activity of rhPTH in biopharmaceutical formulations The results of content/potency were correlated to those of the validated reversed-phase liquid chromatography (RP-LC), size-exclusion liquid chromatography (SE-LC) and CZE methods, showing significant correlation (p> 0.05) Thus, the application of the validated physico-chemical methods together with in vitro bioassays, was suggested to improve quality control of rhPTH biotechnology-derived product and to support studies of biosimilars. / O hormônio da paratireóide humano (hPTH) é um polipeptídeo produzido e secretado pelas glândulas paratireóides, e é fundamental para a manutenção da homeostase dos íons cálcio no sangue. A tecnologia do DNA recombinante possibilitou a expressão do gene do hPTH em Escherichia coli, e a produção em grande escala do hormônio da paratireóide humano recombinante (rhPTH 1-34), também denominado Teriparatida, o qual apresenta a sequência de aminoácidos responsável pela porção biologicamente ativa do paratôrmonio natural. O rhPTH é clinicamente indicado para o tratamento da osteoporose de alto risco de fraturas em mulheres pós-menopausa, de homens com osteoporose primária ou hipogonadal, e da osteoporose associada à terapia sistêmica com glicocorticóides. Neste trabalho foi desenvolvido e validado método por eletroforese capilar de zona (ECZ) para a avaliação de rhPTH em produtos biofarmacêuticos. No método por ECZ, utilizou-se capilar de sílica fundida (40 cm de comprimento efetivo x 50 μm d.i.) e solução eletrolítica composta de fosfato de sódio dihidrogenado 50 mM, pH 3,0. O capilar foi mantido a temperatura de 25ºC, e a tensão aplicada foi de 20 kV. O tempo de injeção foi de 45 s, com pressão de 50 mBar, e detecção por arranjo de diodos (DAD), em 200 nm. A separação eletroforética foi obtida com tempo de migração de 5,3 min, sendo linear na faixa de concentração de 0,25-250 μg/mL (r2 = 0,9992). Os limites de detecção e quantificação foram de 0,12 e 0,40 μg/mL, respectivamente. A especificidade foi avaliada através de análises com os excipientes da formulação biofarmacêutica e estudos de degradação, demonstrando a seletividade do método. A exatidão foi 100,28% com bias inferior a 0,85%. Além disso, realizou-se o teste de citotoxicidade in vitro das formas degradadas, apresentando, para as amostras submetidas às condições ácida, fotolítica e térmica, diferença significativa (p< 0,05) em relação à molécula íntegra. Os bioensaios de proliferação celular e da atividade da fosfatase alcalina em células UMR-106 foram desenvolvidos e aplicados para avaliação da atividade biológica de rhPTH em formulações biofarmacêuticas. Os resultados de teor/potência foram correlacionados com os métodos já validados por cromatografia líquida em fase reversa (CL-FR), cromatografia líquida por exclusão molecular (CL-EM) e ECZ, apresentando correlação significativa (p> 0,05). Assim, sugere-se que o métodos físico-químicos validados sejam aplicados paralelamente aos bioensaios in vitro para aprimorar o controle da qualidade do produto biotecnológico de rhPTH, e para avaliação da biossimilaridade de rhPTH.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) is a hematopoietic cytokine that stimulates and regulates the proliferation and differentiation of neutrophils precursors cells of the bone marrow. The recombinant hormone (rhG-CSF) non-glycosylated, filgrastim, is used to treat the neutropenia induced by chemotherapy and bone marrow transplantation. The hydrophobic protein is a 175 aminoacids chain which contains an extra methionine at its N-terminus, and molecular weight of 18.8 kDa. In the present study, a capillary zone electrophoresis (CZE) method was developed and validated for the analysis of filgrastim in pharmaceuticals. The analyses were performed on a fused-silica capillary (75 μm i.d.; effective length, 72 cm) and background electrolyte consisted of 50 mM sodium tetraborate solution at pH 9.0. The capillary temperature was maintained at 15 °C and the applied voltage was 15 kV. The injection was performed using the hydrodynamic mode at 50 mbar for 6 s, with detection at 195 nm using a PDA detector. The electrophoretic separation was obtained with migration time of 21.8 and 15.8 minutes for the filgrastim and leuprorrelin acetate (internal standard), respectively, and with run time of 30 minutes. The procedure was validated by the parameters of specificity, linearity, precision, accuracy, robustness, limit of quantitation and limit of detection. The method was linear in the concentration range of 1 200 μg/mL (r2 = 0.9978) and the limit of quantitation (LOQ) was 1 μg/mL, with acceptable validation parameters. The method was applied for the analysis of pharmaceutical formulations, and the results were correlated to the reversed-phase HPLC method (RP-HPLC), size-exclusion HPLC method (SE-HPLC) and in vitro bioassay method. Therefore, the procedures represent valid alternatives which can improve the quality control, assuring the safety and therapeutic efficacy of the biological product. / O fator estimulador da colônia de granulócitos humanos é uma citocina hematopoiética que estimula e regula a proliferação e diferenciação de células precursoras de neutrófilos da medula óssea. O hormônio recombinante (rhG-CSF) sob a forma não-glicosilada, filgrastima, é usado para o tratamento de neutropenia induzida por quimioterapia e transplante de medula óssea. A proteína hidrofóbica é constituída por uma cadeia de 175 aminoácidos com uma metionina N-terminal, e massa molecular de 18,8 kDa. No presente estudo, foi desenvolvido e validado método por eletroforese capilar de zona (CZE) para determinação de filgrastima em formulações farmacêuticas. As análises foram realizadas em capilar de sílica fundida (comprimento efetivo de 72 cm e diâmetro interno de 75 μm) e solução eletrolítica composta de tetraborato de sódio 50 mM, pH 9,0. O capilar foi mantido a temperatura de 15 °C, e a tensão aplicada foi de 15 kV. O tempo de injeção foi de 6 s, com pressão de 50 mbar, e detecção por arranjo de diodos (DAD) a 195 nm. A separação eletroforética foi obtida com tempo de migração de 21,8 e 15,8 minutos para filgrastima e acetato de leuprorrelina (padrão interno), respectivamente, e tempo total de corrida de 30 minutos. O procedimento foi validado, avaliando-se os parâmetros de especificidade, linearidade, precisão, exatidão, robustez, limite de quantificação e limite de detecção. Demonstrou-se linearidade na faixa de concentração de 1 200 μg/mL (r2 = 0,9978) e limite de quantificação (LQ) de 1 μg/mL, com os demais parâmetros de validação aceitáveis. O método foi aplicado para análise de formulações farmacêuticas, e os resultados foram correlacionados com os obtidos por cromatografia líquida em fase reversa (CL-FR) e por exclusão molecular (CLEM), e pelo bioensaio in vitro. Deste modo, os procedimentos pesquisados contribuem para o estabelecimento de alternativas que aprimoram o controle da qualidade, garantindo a segurança e eficácia terapêutica do produto biológico.