Eine neue Methode zur Herstellung kleiner Chargen von Biopharmazeutika nach Bedarf, Das System kann schnell neu konfiguriert werden, um eine Vielzahl von Proteinarzneimitteln herzustellen.

Biopharmazeutika, eine Klasse von Arzneimitteln, die Proteine ​​wie Antikörper und Hormone umfassen, repräsentieren einen schnell wachsenden Sektor der Pharmaindustrie. Sie werden für die „Präzisionsmedizin“ immer wichtiger - Medikamente, die auf die genetischen oder molekularen Profile bestimmter Patientengruppen zugeschnitten sind.

Solche Medikamente werden normalerweise in großen Anlagen hergestellt, die einem einzigen Produkt gewidmet sind, Verwenden von Prozessen, die schwer neu zu konfigurieren sind. Diese Starrheit bedeutet, dass sich die Hersteller in der Regel auf Medikamente konzentrieren, die von vielen Patienten benötigt werden, Medikamente, die kleineren Patientengruppen helfen könnten, werden möglicherweise nicht hergestellt.

Um mehr von diesen Medikamenten zur Verfügung zu stellen, MIT-Forscher haben einen neuen Weg entwickelt, um Biopharmazeutika bei Bedarf schnell herzustellen. Ihr System kann leicht neu konfiguriert werden, um verschiedene Medikamente herzustellen, Ermöglichen eines flexiblen Wechsels zwischen Produkten nach Bedarf.

„Die traditionelle Bioproduktion basiert auf einzigartigen Prozessen für jedes neue Molekül, das produziert wird,Sagt J.. Christopher Love, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und Mitglied des Koch-Instituts für integrative Krebsforschung des MIT. „Wir haben eine einzige Hardwarekonfiguration demonstriert, mit der verschiedene rekombinante Proteine ​​vollautomatisch hergestellt werden können, Freisprecheinrichtung. “

Die Forscher haben dieses Fertigungssystem verwendet, die auf eine Laborarbeitsplatte passen kann, drei verschiedene Biopharmazeutika herzustellen, und zeigten, dass sie von vergleichbarer Qualität wie im Handel erhältliche Versionen sind.

Liebe ist der leitende Autor der Studie, welches in der XX Ausgabe des Journals erscheint Nature Biotechnology. Die Hauptautoren der Arbeit sind die Doktoranden Laura Crowell und Amos Lu, und Forscher Kerry Routenberg Love.

Ein optimierter Prozess

Biopharmazeutika, die normalerweise injiziert werden müssen, werden oft zur Behandlung von Krebs eingesetzt, sowie andere Krankheiten, einschließlich Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Autoimmunerkrankungen. Die meisten dieser Medikamente werden in „Bioreaktoren“ hergestellt, in denen Bakterien vorkommen, Hefe, oder Säugetierzellen produzieren große Mengen eines einzelnen Arzneimittels. Diese Medikamente müssen vor der Verwendung gereinigt werden, Der gesamte Produktionsprozess kann also Dutzende von Schritten umfassen, Viele davon erfordern menschliches Eingreifen. Als Ergebnis, Es kann Wochen bis Monate dauern, bis eine einzelne Charge eines Arzneimittels hergestellt ist.

Das MIT-Team wollte ein agileres System entwickeln, das leicht umprogrammiert werden kann, um bei Bedarf schnell eine Vielzahl verschiedener Medikamente herzustellen. Sie wollten auch ein System schaffen, das nur sehr wenig menschliche Aufsicht erfordert und gleichzeitig die hohe Proteinqualität beibehält, die für die Verwendung bei Patienten erforderlich ist.

„Unser Ziel war es, den gesamten Prozess zu automatisieren, Sobald Sie unser System eingerichtet haben, Wenn Sie auf "Los" klicken, kehren Sie einige Tage später zurück und es wird gereinigt, formulierte Droge, die auf Sie wartet,Sagt Crowell.

Ein Schlüsselelement des neuen Systems ist, dass die Forscher in ihren Bioreaktoren einen anderen Zelltyp verwendeten - einen Hefestamm namens Pichia pastoris. Hefe kann viel schneller Proteine ​​produzieren als Säugetierzellen, und sie können zu höheren Bevölkerungsdichten wachsen. zusätzlich, Pichia pastorissekretiert nur etwa 150 zu 200 eigene Proteine, im Vergleich zu etwa 2,000 für Eierstock des chinesischen Hamsters (ZUM) Zellen, die oft für die biopharmazeutische Produktion verwendet werden. Dies macht den Reinigungsprozess für Arzneimittel hergestellt von Pichia pastoris viel einfacher.

Die Forscher reduzierten auch die Größe des Fertigungssystems erheblich, mit dem ultimativen Ziel, es tragbar zu machen. Ihr System besteht aus drei verbundenen Modulen: der Bioreaktor, wo Hefe das gewünschte Protein produzieren; ein Reinigungsmodul, wobei das Arzneimittelmolekül mittels Chromatographie von anderen Proteinen getrennt wird; und ein Modul, in dem das Proteinarzneimittel in einem Puffer suspendiert ist, der es konserviert, bis es den Patienten erreicht.

in dieser Studie, Die Forscher verwendeten ihre neue Technologie, um drei verschiedene Medikamente herzustellen: menschliches Wachstumshormon; Interferon alpha 2b, welches zur Behandlung von Krebs eingesetzt wird; und Granulozytenkolonie-stimulierender Faktor (GCSF), Dies wird verwendet, um das Immunsystem von Patienten zu stärken, die eine Chemotherapie erhalten.

Sie fanden das für alle drei Moleküle, Die mit dem neuen Verfahren hergestellten Arzneimittel hatten die gleichen biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften wie die kommerziell hergestellten Versionen. Das GCSF-Produkt verhielt sich bei Tierversuchen vergleichbar mit einem lizenzierten Produkt von Amgen.

Um das System neu zu konfigurieren, um ein anderes Medikament herzustellen, muss der Hefe einfach die genetische Sequenz für das neue Protein gegeben und bestimmte Module zur Reinigung ersetzt werden. Mit Kollegen am Rensselaer Polytechnic Institute, Die Forscher entwickelten auch eine Software, mit deren Hilfe für jedes Medikament, das sie produzieren möchten, ein neues Reinigungsverfahren entwickelt werden kann. Mit diesem Ansatz, Sie können ein neues Verfahren entwickeln und innerhalb von drei Monaten mit der Herstellung eines neuen Arzneimittels beginnen. Im Gegensatz, Die Entwicklung eines neuen industriellen Herstellungsprozesses kann dauern 18 zu 24 Monate.

Dezentrale Fertigung

Die Leichtigkeit, mit der das System zwischen der Herstellung verschiedener Arzneimittel wechselt, könnte viele verschiedene Anwendungen ermöglichen. Für einen, Es könnte nützlich sein, um Medikamente zur Behandlung seltener Krankheiten herzustellen. Zur Zeit, Für solche Krankheiten stehen nur wenige Behandlungen zur Verfügung, weil es sich für Pharmaunternehmen nicht lohnt, eine ganze Fabrik für die Herstellung eines Arzneimittels zu verwenden, das nicht allgemein benötigt wird. Mit der neuen MIT-Technologie, Eine Produktion solcher Arzneimittel in kleinem Maßstab könnte leicht erreicht werden, und dieselbe Maschine könnte verwendet werden, um eine große Vielzahl solcher Arzneimittel herzustellen.

Eine weitere mögliche Verwendung ist die Herstellung kleiner Mengen von Arzneimitteln, die für die „Präzisionsmedizin“ benötigt werden,”Dazu gehört, Patienten mit Krebs oder anderen Krankheiten Medikamente zu geben, die für eine genetische Mutation oder ein anderes Merkmal ihrer jeweiligen Krankheit spezifisch sind. Viele dieser Medikamente werden auch nur in geringen Mengen benötigt.

„Dieses Papier ist ein wichtiger Durchbruch bei der Möglichkeit, Biotherapeutika am Point of Care herzustellen und zu entwickeln, und verwirklicht personalisierte Medizin,Sagt Huub Schellekens, Professor für medizinische Biotechnologie an der Universität Utrecht in den Niederlanden, die nicht in der Forschung beteiligt.

Diese Maschinen könnten auch in Regionen der Welt eingesetzt werden, in denen es keine großen Produktionsstätten für Arzneimittel gibt.

„Anstelle einer zentralisierten Fertigung, Sie können zur dezentralen Fertigung wechseln, Sie können also ein paar Systeme in Afrika haben, und dann ist es einfacher, diese Medikamente zu diesen Patienten zu bringen, als alles in Nordamerika herzustellen, Versand dorthin, und versuchen, es kalt zu halten,Sagt Crowell.

Diese Art von System könnte auch verwendet werden, um schnell Medikamente herzustellen, die zur Reaktion auf einen Ausbruch wie Ebola benötigt werden.

Die Forscher arbeiten nun daran, ihr Gerät modularer und tragbarer zu machen, sowie mit der Herstellung anderer Therapien experimentieren, einschließlich Impfstoffe. Das System könnte auch eingesetzt werden, um den Prozess der Entwicklung und Erprobung neuer Medikamente zu beschleunigen, sagen die Forscher.

„Sie könnten Prototypen für viele verschiedene Moleküle erstellen, weil Sie wirklich Prozesse erstellen können, die einfach und schnell bereitzustellen sind. Wir könnten in der Klinik viele verschiedene Vermögenswerte untersuchen und frühzeitig entscheiden, welche klinisch am besten abschneiden, da wir möglicherweise die Qualität und Quantität erreichen könnten, die für diese Studien erforderlich sind,Routenberg Love sagt.

Die Forschung wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency finanziert, SPAWAR Systems Center Pacific, und die Unterstützung des Koch-Instituts (Ader) Stipendium des National Cancer Institute.

Quelle:

https://news.mit.edu