Human milk lactoferrin (hmLF) is a glycoprotein with well-known effects on immune function. Helaina Inc. has used a glycoengineered yeast, Komatagaella phaffii, to produce recombinant human lactoferrin (Helaina rhLF, Effera™) that is structurally similar to hmLF with intended uses as a food ingredient. However, earlier FDA reviews of rhLF were withdrawn due to insufficient safety data and unanswered safety questions the experts and FDA raised about the immunogenicity/immunotoxicity risks of orally ingested rhLF. Helaina organized a panel of leading scientists to build and vet a safety study roadmap containing the studies and safety endpoints needed to address these questions. Panelists participated in a one-day virtual workshop in June 2023 and ensuing discussions through July 2023. Relevant workshop topics included physicochemical properties of LF, regulatory history of bovine LF and rhLF as food ingredients in the FDA's generally recognized as safe (GRAS) program, and synopses of publicly available studies on the immunogenicity/alloimmunization, immunotoxicology, iron homeostasis, and absorption, distribution, metabolism, and excretion of rhLF. Panelists concluded that the safety study roadmap addresses the unanswered safety questions and the intended safe use of rhLF as a food ingredient for adults and agreed on broad applications of the roadmap to assess the safety and support GRAS of other recombinant milk proteins with immunomodulatory functions.

Oral toxicity and toxicokinetic properties of human lactoferrin (LF) alpha produced in Komagataella Phaffii (effera™) were investigated in adult Sprague-Dawley rats over a 28-day period under good laboratory practice conditions. Main study dosing used groups of 10 rats/sex/dose, and a secondary study evaluating toxicokinetic parameters used 6 rats/sex/dose. The vehicle control group received sodium citrate buffer, test groups received daily doses of 200, 600, and 2000 mg of effera™ per kg body weight, and the comparative control group received 2000 mg bovine LF (bLF)/kg body weight per day. T-cell dependent antibody response against keyhole limpet hemocyanin and immunophenotyping of the spleen were performed as measures of immunotoxicity. Clinical observations, body weight, hematology, coagulation, clinical chemistry, urinalysis, immunotoxicity, gross necropsy, and histopathology were assessed. Toxicokinetic parameters were analyzed as an indication of LF bioavailability, and anti-LF antibody assays were conducted to detect antibodies produced against LF to measure immunogenicity. No treatment related toxicologically significant changes were observed. Based on the absence of toxicologically relevant changes, effera™ is well tolerated in rats at doses up to 2000 mg rhLF/kg/day, an amount ~400 times that of the estimated daily intake at the 90th percentile proposed for human adult use.

The oral toxicity of recombinant human lactoferrin (Helaina rhLF, Effera™) produced in Komagataella phaffii was investigated in adult Sprague-Dawley rats by once daily oral gavage for 14 consecutive days. The study used groups of 3-6 rats/sex/dose. The vehicle control group received sodium citrate buffer and the test groups received daily doses of 200, 1000 and 2000 mg of rhLF per kg body weight. Bovine LF at 2000 mg/kg body weight per day was used as a comparative control. Clinical observations, body weight, hematology, clinical chemistry, iron parameters, immunophenotyping, and gross examination at necropsy were used as criteria for detecting the effects of treatment in all groups and to inform dose levels for future toxicology studies. Quantitative LF levels were also analyzed as an indication of bioavailability. Overall, administration of Helaina rhLF by once daily oral gavage for 14 days was well tolerated in rats at levels up to 2000 mg/kg/day, or 400x Helaina&#146s intended commercial use, and indicating that a high dose of 2000 mg/kg/day is appropriate for future definitive toxicology studies.

The germinal center response or reaction (GCR) is a hallmark event of adaptive humoral immunity. Unfolding in the B cell follicles of the secondary lymphoid organs, a GC culminates in the production of high-affinity antibody-secreting plasma cells along with memory B cells. By interacting with follicular dendritic cells (FDC) and T follicular helper (Tfh) cells, GC B cells exhibit complex spatiotemporal dynamics. Driving the B cell dynamics are the intracellular signal transduction and gene regulatory network that responds to cell surface signaling molecules, cytokines, and chemokines. As our knowledge of the GC continues to expand in depth and in scope, mathematical modeling has become an important tool to help disentangle the intricacy of the GCR and inform novel mechanistic and clinical insights. While the GC has been modeled at different granularities, a multiscale spatial simulation framework – integrating molecular, cellular, and tissue-level responses – is still rare. Here, we report our recent progress toward this end with a hybrid stochastic GC framework developed on the Cellular Potts Model-based CompuCell3D platform. Tellurium is used to simulate the B cell intracellular molecular network comprising NF-κB, FOXO1, MYC, AP4, CXCR4, and BLIMP1 that responds to B cell receptor (BCR) and CD40-mediated signaling. The molecular outputs of the network drive the spatiotemporal behaviors of B cells, including cyclic migration between the dark zone (DZ) and light zone (LZ) via chemotaxis; clonal proliferative bursts, somatic hypermutation, and DNA damage-induced apoptosis in the DZ; and positive selection, apoptosis via a death timer, and emergence of plasma cells in the LZ. Our simulations are able to recapitulate key molecular, cellular, and morphological GC events, including B cell population growth, affinity maturation, and clonal dominance. This novel modeling framework provides an open-source, customizable, and multiscale virtual GC simulation platform that enables qualitative and quantitative in silico investigations of a range of mechanistic and applied research questions on the adaptive humoral immune response in the future.

Tissue-specific network models of chemical-induced gene perturbation can improve our mechanistic understanding of the intracellular events leading to adverse health effects resulting from chemical exposure. The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a ligand-inducible transcription factor (TF) that activates a battery of genes and produces a variety of species-specific adverse effects in response to the potent and persistent environmental contaminant 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). Here we assemble a global map of the AHR gene regulatory network in TCDD-treated mouse liver from a combination of previously published gene expression and genome-wide TF binding data sets. Using Kohonen self-organizing maps and subspace clustering, we show that genes co-regulated by common upstream TFs in the AHR network exhibit a pattern of co-expression. Specifically, directly-bound, indirectly-bound and non-genomic AHR target genes exhibit distinct patterns of gene expression, with the directly bound targets generally associated with highest median expression. Further, among the directly bound AHR target genes, the expression level increases with the number of AHR binding sites in the proximal promoter regions. Finally, we show that co-regulated genes in the AHR network activate distinct groups of downstream biological processes, with AHR-bound target genes enriched for metabolic processes and enrichment of immune responses among AHR-unbound target genes, likely reflecting infiltration of immune cells into the mouse liver upon TCDD treatment. This work describes an approach to the reconstruction and analysis of transcriptional regulatory cascades underlying cellular stress response using bioinformatic and statistical tools.

Oral toxicity and toxicokinetic properties of human lactoferrin (LF) alpha produced in Komagataella phaffii (effera™) were investigated in adult Sprague-Dawley rats over a 28-day period under good laboratory practice conditions. Main study dosing used groups of 10 rats/sex/dose, and a secondary study evaluating toxicokinetic parameters used 6 rats/sex/dose. The vehicle control group received sodium citrate buffer, test groups received daily doses of 200, 600, and 2000 mg of effera™ per kg body weight, and the comparative control group received 2000 mg bovine LF (bLF)/kg body weight per day. T-cell-dependent antibody response against keyhole limpet hemocyanin and immunophenotyping of the spleen were performed as measures of immunotoxicity. Clinical observations, body weight, hematology, coagulation, clinical chemistry, urinalysis, immunotoxicity, gross necropsy, and histopathology were assessed. Toxicokinetic parameters were analyzed as an indication of LF bioavailability, and anti-LF antibody assays were conducted to detect antibodies produced against LF to measure immunogenicity. No treatment related toxicologically significant changes were observed. Based on the absence of toxicologically relevant changes, effera™ is well tolerated in rats at doses up to 2000 mg rhLF/kg/day, an amount ∼400 times that of the estimated daily intake at the 90th percentile proposed for human adult use.

Abstract The germinal center response or reaction (GCR) is a hallmark event of adaptive humoral immunity. Unfolding in the B cell follicles of the secondary lymph organs, a GC culminates in the production of high-affinity antibody-secreting plasma cells along with memory B cells. By interacting with follicular dendritic cells (FDC) and T follicular helper (Tfh) cells, GC B cells exhibit complex spatiotemporal dynamics. Driving the B cell dynamics are the intracellular signal transduction and gene regulatory network that responds to cell surface signaling molecules, cytokines, and chemokines. As our knowledge of the GC continues to expand in depth and in scope, mathematical modeling has become an important tool to help disentangle the intricacy of the GCR and inform novel mechanistic and clinical insights. While the GC has been modeled at different granularities, a multiscale spatial simulation framework – integrating molecular, cellular, and tissue-level responses – is still rare. Here, we report our recent progress toward this end with a hybrid stochastic GC framework developed on the Cellular Potts Model-based CompuCell3D platform. Tellurium is used to simulate the B cell intracellular molecular network comprising NF-κB, FOXO1, MYC, AP4, CXCR4, and BLIMP1 that responds to B cell receptor (BCR) and CD40-mediated signaling. The molecular outputs of the network drive the spatiotemporal behaviors of B cells, including cyclic migration between the dark zone (DZ) and light zone (LZ) via chemotaxis; clonal proliferative bursts, somatic hypermutation, and DNA damage-induced apoptosis in the DZ; and positive selection, apoptosis via a death timer, and emergence of plasma cells in the LZ. Our simulations are able to recapitulate key molecular, cellular, and morphological GC events including B cell population growth, affinity maturation, and clonal dominance. This novel modeling framework provides an open-source, customizable, and multiscale virtual GC simulation platform that enables qualitative and quantitative in silico investigations of a range of mechanic and applied research questions in future.