Een nieuwe manier om kleine hoeveelheden biofarmaceutische on demand produceren, Systeem kan snel worden aangepast aan een verscheidenheid van eiwitgeneesmiddelen produceren.

Biopharmaceuticals, een klasse van geneesmiddelen omvat proteïnen zoals antilichamen en hormonen, vormen een snel groeiende sector van de farmaceutische industrie. Ze zijn steeds belangrijker voor “precisie geneeskunde” - drugs op maat gesneden in de richting van de genetische of moleculaire profielen van bepaalde groepen patiënten.

Dergelijke geneesmiddelen worden normaliter geproduceerd in grote installaties gewijd aan een enkel product, procédés die moeilijk opnieuw te configureren zijn. Dit stijfheid betekent dat fabrikanten hebben de neiging zich te richten op drugs nodig zijn door veel patiënten, terwijl de drugs die kunnen helpen kleinere populatie van de patiënten niet kunnen worden gemaakt.

Om ervoor te meer van deze geneesmiddelen beschikbaar, MIT-onderzoekers hebben een nieuwe manier om snel biofarmaceutische on demand produceren ontwikkeld. Hun systeem kan eenvoudig worden geconfigureerd om verschillende drugs te produceren, moet flexibele omschakeling tussen producten wanneer dat nodig is.

“Traditionele biomanufacturing is gebaseerd op unieke processen voor elk nieuw molecuul dat wordt geproduceerd,”Zegt J. Christopher Love, een professor in de chemische technologie aan het MIT en een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research. “We hebben een hardware configuratie die verschillende recombinante eiwitten kan produceren in een volledig geautomatiseerde aangetoond, hands-free manier.”

De onderzoekers hebben dit productiesysteem gebruikt, die past op een lab benchtop, drie verschillende biofarmaceutische producten, en toonde aan dat ze zijn van vergelijkbare kwaliteit in de handel verkrijgbare uitvoeringen.

Liefde is de senior auteur van de studie, die verschijnt in het XX nummer van het tijdschrift Nature Biotechnology. Het papier van de leidende auteurs zijn afgestudeerde studenten Laura Crowell en Amos Lu, en onderzoek wetenschapper Kerry Routenberg Liefde.

Een gestroomlijnde werkwijze

Biopharmaceuticals, die gewoonlijk worden geïnjecteerd, worden vaak gebruikt om kanker te behandelen, evenals andere ziekten, waaronder hart- en vaatziekten en auto-immuunziekten. De meeste van deze drugs worden geproduceerd in “bioreactoren”, waar bacteriën, gist, of zoogdiercellen churn grote hoeveelheden van een enkel geneesmiddel. Deze medicijnen moeten worden gezuiverd voor gebruik, dus het gehele productieproces kunnen bestaan ​​uit tientallen stappen, waarvan vele vereisen menselijke tussenkomst. Als gevolg, het kan weken tot maanden duren om één enkele partij van een geneesmiddel te produceren.

De MIT-team wilde komen met een flexibeler systeem dat gemakkelijk kan worden geherprogrammeerd om snel te produceren een verscheidenheid van verschillende drugs on demand. Ze wilde ook een systeem dat zeer weinig menselijk toezicht nodig zou zijn met behoud van de hoge kwaliteit van de eiwitten die nodig zijn voor gebruik bij patiënten te creëren.

“Ons doel was om het hele proces geautomatiseerd maken, dus zodra je het opzetten van ons systeem, U drukt op ‘go’ en dan kom je weer een paar dagen later en er is gezuiverd, geformuleerd geneesmiddel voor u klaar,”Crowell zegt.

Een belangrijk onderdeel van het nieuwe systeem is dat de onderzoekers gebruikten een ander type cel in hun bioreactoren - een giststam genoemd Pichia pastoris. Gist kan beginnen met het produceren eiwitten veel sneller dan zoogdiercellen, en ze kunnen groeien naar hogere bevolkingsdichtheid. Daarnaast, Pichia pastorisscheidt slechts ongeveer 150 naar 200 eiwitten van haar eigen, vergeleken met ongeveer 2,000 voor Chinese hamster ovarium (TO) cellen, die vaak worden gebruikt voor biofarmaceutische productie. Dit maakt het zuiveringsproces van geneesmiddelen door Pichia pastoris "Traditionele bioproductie is afhankelijk van unieke processen voor elk nieuw molecuul dat wordt geproduceerd.

De onderzoekers ook sterk verminderde de grootte van het productiesysteem, met het uiteindelijke doel van het maken van deze draagbare. Hun systeem bestaat uit drie aan elkaar verbonden modules: de bioreactor, waarbij gist het gewenste eiwit; een zuiveringsmodule, waarbij het geneesmiddelmolecuul is gescheiden van andere eiwitten met behulp van chromatografie; en een module waarin het proteïne geneesmiddel wordt gesuspendeerd in een buffer die het bewaart totdat de patiënt bereikt.

in dit onderzoek, de onderzoekers gebruikten hun nieuwe technologie om drie verschillende drugs te produceren: menselijk groeihormoon; interferon alfa 2b, die wordt gebruikt voor de behandeling van kanker; en granulocyt-kolonie stimulerende factor (GCSF), die wordt gebruikt om het immuunsysteem van patiënten die chemotherapie te verhogen.

Zij vonden dat voor alle drie de moleculen, de geneesmiddelen geproduceerd met nieuwe werkwijze had dezelfde biochemische en biofysische eigenschappen als commercieel vervaardigd versies. De G-CSF product gedroeg zich vergelijkbaar met een product onder licentie van Amgen wanneer het wordt getest bij dieren.

Opnieuw configureren van het systeem voor de productie van een ander medicijn vereist alleen geven de gist de genetische sequentie voor het nieuwe eiwit en vervanging van bepaalde modules te zuiveren. Met collega's aan het Rensselaer Polytechnic Institute, de onderzoekers ook ontworpen software die helpt om te komen met een nieuw zuiveringsproces voor elk geneesmiddel dat ze willen produceren. Met behulp van deze aanpak, ze kunnen komen met een nieuwe procedure en beginnen met het vervaardigen van een nieuw geneesmiddel binnen ongeveer drie maanden. In tegenstelling tot, het ontwikkelen van een nieuw industrieel productieproces kan duren 18 naar 24 maanden.

decentrale fabricage

Het gemak waarmee de omschakeling tussen de productie van verschillende drugs kan vele verschillende toepassingen mogelijk te maken. Voor een, het zou nuttig zijn voor de productie van geneesmiddelen voor de behandeling van zeldzame ziekten zijn. Momenteel, dergelijke ziekten hebben weinig behandelingen beschikbaar, want het is niet de moeite waard voor farmaceutische bedrijven om een ​​hele fabriek te wijden aan de productie van een geneesmiddel dat niet op grote schaal nodig is. Met de nieuwe MIT technologie, kleinschalige productie van dergelijke geneesmiddelen kan gemakkelijk worden bereikt, en dezelfde machine kan worden gebruikt om een ​​breed scala van dergelijke geneesmiddelen te produceren.

Een andere mogelijke toepassing is de productie van kleine hoeveelheden drugs nodig zijn voor “precisie geneeskunde,”Wat inhoudt dat het geven van patiënten met kanker of andere ziekten geneesmiddelen die specifiek zijn voor een genetische mutatie of een ander kenmerk van hun specifieke ziekte. Veel van deze middelen zijn ook nodig in kleine hoeveelheden.

“Dit document is een belangrijke doorbraak in de mogelijkheid om te produceren en te ontwikkelen biotherapeutica op het punt van zorg, en maakt gepersonaliseerde geneeskunde een realiteit,” says Huub Schellekens, een professor in de medische biotechnologie aan de Universiteit Utrecht in Nederland, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Deze machines kunnen ook worden ingezet om de regio's van de wereld die niet beschikken over grootschalige drug productie-installaties.

“In plaats van gecentraliseerde productie, kunt u naar gedecentraliseerde productie, dus je kunt een paar systemen in Afrika, en dan is het gemakkelijker om die medicijnen om die patiënten krijgen in plaats van het maken van alles in Noord-Amerika, scheepvaart het daar, en proberen te houden het koud,”Crowell zegt.

Dit type systeem kan ook worden gebruikt om snelle opbouw van medicijnen nodig om te reageren op een uitbraak zoals Ebola.

De onderzoekers zijn nu bezig met het maken van hun toestel meer modulair en draagbaar, en experimenteren met de productie van andere therapieën, waaronder vaccins. Het systeem kan ook worden ingezet voor het versnellen van het proces van het ontwikkelen en testen van nieuwe geneesmiddelen, zeggen de onderzoekers.

“Je zou kunnen prototypes van vele verschillende moleculen omdat je echt processen die eenvoudig en snel te implementeren zijn kunnen bouwen. We zou kunnen kijken in de kliniek in een groot aantal verschillende activa en het nemen van beslissingen over welke het beste presteren klinisch in een vroeg stadium, omdat we zou kunnen bereiken van de kwaliteit en de hoeveelheid die nodig is voor deze studies,”Routenberg Liefde zegt.

Het onderzoek werd gefinancierd door het Defense Advanced Research Projects Agency, SPAWAR Systems Center Pacific, en het Koch Instituut Ondersteuning (kern) Subsidie ​​van de National Cancer Institute.

Bron:

https://news.mit.edu