Nowy sposób produkcji małych partii biofarmaceutyków na żądanie, System można szybko przekonfigurować, aby wytwarzał różnorodne leki białkowe.

Biofarmaceutyki, klasa leków zawierająca białka, takie jak przeciwciała i hormony, reprezentują szybko rozwijający się sektor przemysłu farmaceutycznego. Mają coraz większe znaczenie w „medycynie precyzyjnej” – lekach dostosowanych do profili genetycznych lub molekularnych poszczególnych grup pacjentów.

Takie leki są zwykle produkowane w dużych zakładach zajmujących się pojedynczym produktem, przy użyciu procesów trudnych do rekonfiguracji. Ta sztywność oznacza, że ​​producenci skupiają się na lekach potrzebnych wielu pacjentom, podczas gdy leki, które mogłyby pomóc mniejszym populacjom pacjentów, mogą nie zostać wyprodukowane.

Aby pomóc w udostępnieniu większej liczby tych leków, Naukowcy z MIT opracowali nowy sposób szybkiej produkcji biofarmaceutyków na żądanie. Ich system można łatwo przekonfigurować w celu wytwarzania różnych leków, umożliwiając elastyczne przełączanie między produktami w miarę ich potrzeb.

„Tradycyjna bioprodukcja opiera się na unikalnych procesach dla każdej nowej wytwarzanej cząsteczki,– mówi j. Krzysztof Miłość, profesor inżynierii chemicznej w MIT i członek Instytutu Kocha ds. Integracyjnych Badań nad Rakiem na MIT. „Zademonstrowaliśmy pojedynczą konfigurację sprzętową, która może wytwarzać różne rekombinowane białka w sposób w pełni zautomatyzowany, bez użycia rąk.”

Naukowcy wykorzystali ten system produkcyjny, który zmieści się na stole laboratoryjnym, do produkcji trzech różnych biofarmaceutyków, i wykazało, że ich jakość jest porównywalna z wersjami dostępnymi na rynku.

Love jest głównym autorem badania, który ukazuje się w XX numerze czasopisma Biotechnologia Przyrody. Głównymi autorami artykułu są doktoranci Laura Crowell i Amos Lu, i naukowiec Kerry Routenberg Love.

Usprawniony proces

Biofarmaceutyki, które zwykle trzeba wstrzykiwać, są często stosowane w leczeniu raka, a także inne choroby, w tym choroby układu krążenia i zaburzenia autoimmunologiczne. Większość tych leków wytwarzana jest w „bioreaktorach”, w których żyją bakterie, drożdże, lub komórki ssaków wytwarzają duże ilości pojedynczego leku. Leki te należy oczyścić przed użyciem, więc cały proces produkcyjny może obejmować dziesiątki kroków, wiele z nich wymaga interwencji człowieka. W rezultacie, wyprodukowanie pojedynczej partii leku może zająć tygodnie lub miesiące.

Zespół MIT chciał opracować bardziej elastyczny system, który można by łatwo przeprogramować, aby szybko produkował różnorodne leki na żądanie. Chcieli także stworzyć system, który wymagałby bardzo niewielkiego nadzoru człowieka, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości białka wymaganego do stosowania u pacjentów.

„Naszym celem była automatyzacja całego procesu, więc po skonfigurowaniu naszego systemu, naciskasz „Idź”, a potem wracasz kilka dni później i wszystko jest oczyszczone, gotowy lek czeka na Ciebie,– mówi Crowell.

Jednym z kluczowych elementów nowego systemu jest to, że badacze zastosowali w swoich bioreaktorach inny typ komórek — szczep drożdży zwany Figi pasterskie. Drożdże mogą zacząć wytwarzać białka znacznie szybciej niż komórki ssaków, i mogą urosnąć do większej gęstości zaludnienia. Dodatkowo, Figi pasterskiewydziela tylko około 150 do 200 własne białka, w porównaniu do około 2,000 dla jajnika chomika chińskiego (DAWAĆ) komórki, które są często wykorzystywane do produkcji biofarmaceutycznej. To sprawia, że ​​proces oczyszczania leków produkowanych przez Figi pasterskie dużo prostsze.

Naukowcy znacznie zmniejszyli także rozmiar systemu produkcyjnego, a ostatecznym celem jest uczynienie go przenośnym. Ich system składa się z trzech połączonych ze sobą modułów: bioreaktor, gdzie drożdże wytwarzają pożądane białko; moduł oczyszczania, gdzie cząsteczka leku jest oddzielana od innych białek za pomocą chromatografii; oraz moduł, w którym lek białkowy jest zawieszony w buforze, który przechowuje go do momentu dotarcia do pacjenta.

W tym badaniu, badacze wykorzystali swoją nową technologię do wyprodukowania trzech różnych leków: ludzki hormon wzrostu; interferon alfa 2b, który jest stosowany w leczeniu raka; i czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów (GCSF), stosowany w celu wzmocnienia układu odpornościowego pacjentów otrzymujących chemioterapię.

Odkryli to dla wszystkich trzech cząsteczek, leki wyprodukowane w nowym procesie miały te same cechy biochemiczne i biofizyczne, co ich wersje produkowane komercyjnie. W testach na zwierzętach produkt GCSF zachowywał się porównywalnie do licencjonowanego produktu firmy Amgen.

Rekonfiguracja systemu w celu wytworzenia innego leku wymaga po prostu przekazania drożdżom sekwencji genetycznej nowego białka i zastąpienia niektórych modułów w celu oczyszczenia. Z kolegami z Rensselaer Polytechnic Institute, badacze zaprojektowali także oprogramowanie, które pomaga opracować nowy proces oczyszczania każdego leku, który chcą produkować. Korzystanie z tego podejścia, mogą opracować nową procedurę i rozpocząć produkcję nowego leku w ciągu około trzech miesięcy. W przeciwieństwie, opracowanie nowego przemysłowego procesu produkcyjnego może zająć 18 do 24 miesiące.

Zdecentralizowana produkcja

Łatwość, z jaką system przełącza się pomiędzy produkcją różnych leków, może umożliwić wiele różnych zastosowań. Dla jednego, może być przydatny do produkcji leków stosowanych w leczeniu rzadkich chorób. Obecnie, na takie choroby dostępnych jest niewiele metod leczenia, ponieważ nie opłaca się firmom farmaceutycznym poświęcać całej fabryki na produkcję leku, który nie jest powszechnie potrzebny. Dzięki nowej technologii MIT, można łatwo osiągnąć produkcję takich leków na małą skalę, a tę samą maszynę można wykorzystać do produkcji szerokiej gamy takich leków.

Innym potencjalnym zastosowaniem jest produkcja niewielkich ilości leków potrzebnych w „medycynie precyzyjnej”.,”, która polega na podawaniu pacjentom chorym na nowotwór lub inną chorobę leków specyficznych dla mutacji genetycznej lub innej cechy ich konkretnej choroby. Wiele z tych leków jest również potrzebnych w niewielkich ilościach.

„Niniejsza praca stanowi ważny przełom w możliwościach wytwarzania i rozwijania bioterapeutyków w miejscu opieki, i sprawia, że ​​medycyna spersonalizowana staje się rzeczywistością,” – mówi Huub Schellekens, profesor biotechnologii medycznej na Uniwersytecie w Utrechcie w Holandii, co jest bardzo ekscytujące.

Maszyny te można również wdrożyć w regionach świata, w których nie ma zakładów produkujących leki na dużą skalę.

„Zamiast scentralizowanej produkcji, możesz przejść do zdecentralizowanej produkcji, więc możesz mieć kilka systemów w Afryce, i wtedy łatwiej jest dostarczyć te leki tym pacjentom, niż robić wszystko w Ameryce Północnej, wysłać go tam, i staram się zachować zimną krew,– mówi Crowell.

Tego typu system można również wykorzystać do szybkiego wytwarzania leków potrzebnych w odpowiedzi na epidemię, taką jak wirus Ebola.

Naukowcy pracują obecnie nad uczynieniem swojego urządzenia bardziej modułowym i przenośnym, a także eksperymentuje z produkcją innych terapii, w tym szczepionki. System można również wdrożyć w celu przyspieszenia procesu opracowywania i testowania nowych leków, naukowcy mówią.

„Można prototypować wiele różnych cząsteczek, ponieważ naprawdę można zbudować procesy, które są proste i szybkie we wdrożeniu. Moglibyśmy przyjrzeć się w klinice wielu różnym aktywom i już na wczesnym etapie podjąć decyzję o tym, które z nich sprawdzają się najlepiej klinicznie., ponieważ potencjalnie moglibyśmy osiągnąć jakość i ilość niezbędną do tych badań,” mówi Routenberg Love.

Badania sfinansowała Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony, SPAWAR Systems Center Pacific, oraz wsparcie Instytutu Kocha (rdzeń) Grant z Narodowego Instytutu Raka.

Źródło:

https://news.mit.edu