سیستم سنتز پروتئین بدون سلول (Cell Free Expression System: CFPS) یک فناوری نوآورانه است که کاربردهای متنوعی در زیستشناسی مولکولی، بهخصوص در تولید پروتئینهای دارویی و واکسنها، دارد.
این سیستم مزایای قابلتوجهی نسبت به روشهای سنتی بیان پروتئین در سلولهای زنده دارد. مهمترین مزیت آن این است که فرایندهای رونویسی و ترجمه به طور همزمان و در فضای خارج از سلول انجام میشود که میتواند به تولید سریع پروتئینها کمک کند. این سیستم بهویژه برای تولید پروتئینهای سمی، غشایی، ویروسی و پروتئینهایی که سریعاً توسط پروتئازها تخریب میشوند، کاربرد دارد.
سیستم CFPS مشابه پلتفرم تولید mRNA است و به دلیل موفقیتهای اخیر این پلتفرم در تولید واکسنها، استفاده از آن برای تولید محصولات بهداشتی و درمانی در حال افزایش است. در سیستم CFPS، پروتئینها در چند ساعت از طریق فرآیند همزمان رونویسی و ترجمه با استفاده از mRNA یا DNA تولید میشوند.
سیستم CFPS معمولاً به مدت ۱ تا ۲ روز برای تولید پروتئینها زمان میبرد، درحالیکه در روشهای
in-vivo ممکن است این فرایند ۱ تا ۲ هفته طول بکشد. بهعلاوه، این سیستم نیاز به نگهداری سلول یا مراحل کلونینگ ژن ندارد و میتواند برای غربالگری سریع و مقیاس بالا مناسب باشد.
سیستمهای CFPS معمولاً از منابع پروکاریوتی (مانند E. coli ) یا یوکاریوتی (مانند عصارههای سلولی خرگوش یا انسانی) استفاده میکنند که انتخاب آنها بستگی به نوع پروتئین و نیاز به تغییرات پسا ترجمهای دارد. ازآنجاییکه عصارههای E. coli کمهزینه و کارا هستند، در بسیاری از کاربردها بهویژه برای تولید پروتئینهای درمانی مورد استفاده هستند.
از جمله چالشهای سیستم CFPS، ناپایداری سیستم به دلیل تولید اندونوکلئازها، مشکلات ایمنی و نیاز به بهینهسازیهای مداوم برای هر محصول است. بااینحال، این سیستم برای تولید پروتئینهای دارویی، واکسنها و پپتیدهای ضدمیکروبی استفاده میشود.
سیستمهای CFPS در حال حاضر در تولید آنتیبادیها و بیومولکولها مانند پپتیدهای ضدمیکروبی یا پروتئینهای سیتوتوکسیک مانند اونکوناز (Onconas) به کار میروند. اونکوناز یک پروتئین با سمیت سلولی بالا بوده و از تعامل با مهارکننده RNase سیتوزولی جلوگیری میکند تا فعالیت سیتوتوکسیک بالایی علیه انواع مختلف سلولهای سرطانی انسانی مانند سلولهای گلیوما و سلولهای لنفومای B را اِعمال کند.
همچنین آنتیبادی Trastuzumab IgG در عصاره E. coli با بازده نزدیک به ۱ گرم در لیتر سنتز شد. پلتفرمهای بدون سلول برای تولید پروتئینهای درمانی به ویژه در مقیاسهای بزرگ، با پیشرفتهای اخیر در کارایی واکنشها، بهطور فزایندهای مورد توجه قرار گرفتهاند.
باوجود چالشهایی چون هزینه مواد اولیه، به دلیل پیشرفتها در کاهش زمان واکنش و هزینهها، سیستم CFPS بهعنوان یکی از نسلهای بعدی تولید پروتئینهای دارویی شناخته میشود و احتمالاً در رقابت با روشهای سنتی تولید پروتئین در سلولهای پایه در آینده قرار خواهد گرفت.
