วิธีใหม่ในการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ตามต้องการในปริมาณน้อย, สามารถกำหนดค่าระบบใหม่ได้อย่างรวดเร็วเพื่อผลิตยาโปรตีนหลายชนิด.

ชีวเภสัชภัณฑ์, ประเภทของยาที่ประกอบด้วยโปรตีน เช่น แอนติบอดีและฮอร์โมน, เป็นตัวแทนของภาคอุตสาหกรรมยาที่เติบโตอย่างรวดเร็ว. สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญมากขึ้นสำหรับ "การแพทย์ที่แม่นยำ" ซึ่งเป็นยาที่ปรับให้เหมาะกับลักษณะทางพันธุกรรมหรือโมเลกุลของผู้ป่วยกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งโดยเฉพาะ.

โดยปกติยาดังกล่าวจะผลิตในโรงงานขนาดใหญ่ที่จำหน่ายยาชนิดเดียวโดยเฉพาะ, ใช้กระบวนการที่ยากต่อการกำหนดค่าใหม่. ความแข็งแกร่งนี้หมายความว่าผู้ผลิตมักจะมุ่งเน้นไปที่ยาที่ผู้ป่วยจำนวนมากต้องการ, ในขณะที่ยาที่สามารถช่วยผู้ป่วยจำนวนน้อยอาจไม่สามารถทำได้.

เพื่อช่วยให้มียาเหล่านี้เพิ่มมากขึ้น, นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาวิธีใหม่ในการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ตามความต้องการอย่างรวดเร็ว. ระบบของพวกเขาสามารถกำหนดค่าใหม่ได้อย่างง่ายดายเพื่อผลิตยาที่แตกต่างกัน, ทำให้สามารถสลับระหว่างผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้อย่างยืดหยุ่นตามต้องการ.

“การผลิตทางชีวภาพแบบดั้งเดิมอาศัยกระบวนการเฉพาะสำหรับโมเลกุลใหม่แต่ละโมเลกุลที่ผลิตขึ้น,"เจกล่าว. คริสโตเฟอร์ เลิฟ, ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีที่ MIT และสมาชิกของ Koch Institute for Integrative Cancer Research ของ MIT. “เราได้สาธิตการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์เพียงตัวเดียวที่สามารถสร้างโปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่แตกต่างกันได้ในระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ, แบบแฮนด์ฟรี”

นักวิจัยได้ใช้ระบบการผลิตนี้, ซึ่งสามารถวางบนโต๊ะห้องปฏิบัติการได้, เพื่อผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ที่แตกต่างกันสามชนิด, และแสดงให้เห็นว่ามีคุณภาพเทียบเท่ากับรุ่นที่มีจำหน่ายในท้องตลาด.

ความรักเป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา, ซึ่งปรากฏในวารสารฉบับ XX เทคโนโลยีชีวภาพธรรมชาติ. ผู้เขียนนำรายงานนี้คือนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Laura Crowell และ Amos Lu, และนักวิทยาศาสตร์การวิจัย Kerry Routenberg Love.

กระบวนการที่คล่องตัว

ชีวเภสัชภัณฑ์, ซึ่งปกติจะต้องฉีดเข้าไป, มักใช้รักษาโรคมะเร็ง, เช่นเดียวกับโรคอื่น ๆ รวมถึงโรคหลอดเลือดหัวใจและโรคภูมิต้านตนเอง. ยาเหล่านี้ส่วนใหญ่ผลิตใน “เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ” ซึ่งมีแบคทีเรีย, ยีสต์, หรือเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมปั่นป่วนยาตัวเดียวในปริมาณมาก. ยาเหล่านี้ต้องได้รับการทำให้บริสุทธิ์ก่อนใช้งาน, ดังนั้นกระบวนการผลิตทั้งหมดจึงสามารถมีขั้นตอนได้หลายสิบขั้นตอน, หลายแห่งต้องการการแทรกแซงจากมนุษย์. ผลที่ตามมา, อาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนในการผลิตยาชุดเดียว.

ทีมงาน MIT ต้องการสร้างระบบที่คล่องตัวมากขึ้น ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมใหม่ได้อย่างง่ายดายเพื่อผลิตยาหลากหลายชนิดตามความต้องการได้อย่างรวดเร็ว. พวกเขายังต้องการสร้างระบบที่ต้องการการดูแลจากมนุษย์เพียงเล็กน้อย ในขณะเดียวกันก็รักษาโปรตีนคุณภาพสูงที่จำเป็นสำหรับใช้ในผู้ป่วย.

“เป้าหมายของเราคือการทำให้กระบวนการทั้งหมดเป็นแบบอัตโนมัติ, ดังนั้นเมื่อคุณตั้งค่าระบบของเราแล้ว, คุณกด 'ไป' แล้วคุณกลับมาอีกสองสามวันต่อมา และมันก็บริสุทธิ์แล้ว, สูตรยารอคุณอยู่,โครเวลล์กล่าว.

องค์ประกอบสำคัญอย่างหนึ่งของระบบใหม่ก็คือ นักวิจัยใช้เซลล์ประเภทอื่นในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ซึ่งเป็นยีสต์สายพันธุ์หนึ่งที่เรียกว่า มะเดื่อของคนเลี้ยงแกะ. ยีสต์สามารถเริ่มผลิตโปรตีนได้เร็วกว่าเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมาก, และสามารถเติบโตจนมีประชากรหนาแน่นมากขึ้น. นอกจากนี้, มะเดื่อของคนเลี้ยงแกะหลั่งเพียงประมาณ 150 ถึง 200 โปรตีนของมันเอง, เทียบกับประมาณ 2,000 สำหรับรังไข่หนูแฮมสเตอร์จีน (ให้) เซลล์, ซึ่งมักใช้สำหรับการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์. ทำให้มีกระบวนการทำให้บริสุทธิ์สำหรับยาที่ผลิตโดย มะเดื่อของคนเลี้ยงแกะ ง่ายกว่ามาก.

นักวิจัยยังลดขนาดของระบบการผลิตลงอย่างมาก, โดยมีเป้าหมายสูงสุดคือการทำให้พกพาได้. ระบบประกอบด้วยโมดูลที่เชื่อมต่อกันสามโมดูล: เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ, โดยที่ยีสต์ผลิตโปรตีนที่ต้องการ; โมดูลการทำให้บริสุทธิ์, โดยที่โมเลกุลของยาถูกแยกออกจากโปรตีนอื่นโดยใช้โครมาโตกราฟี; และโมดูลที่ยาโปรตีนถูกแขวนไว้ในบัฟเฟอร์ที่จะเก็บรักษาไว้จนกว่าจะถึงผู้ป่วย.

ในการศึกษาครั้งนี้, นักวิจัยใช้เทคโนโลยีใหม่เพื่อผลิตยาสามชนิดที่แตกต่างกัน: ฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์; อินเตอร์เฟอรอน อัลฟ่า 2b, ซึ่งใช้รักษาโรคมะเร็ง; และปัจจัยกระตุ้นอาณานิคมของแกรนูโลไซต์ (กจส), ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยที่ได้รับเคมีบำบัด.

พวกเขาพบว่าสำหรับทั้งสามโมเลกุล, ยาที่ผลิตด้วยกระบวนการใหม่มีลักษณะทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์เช่นเดียวกับยาที่ผลิตในเชิงพาณิชย์. ผลิตภัณฑ์ GCSF มีพฤติกรรมเทียบเท่ากับผลิตภัณฑ์ที่ได้รับอนุญาตจากแอมเจนเมื่อทำการทดสอบในสัตว์.

การกำหนดค่าระบบใหม่เพื่อผลิตยาที่แตกต่างกันนั้นต้องเพียงแค่ให้ลำดับพันธุกรรมของโปรตีนใหม่แก่ยีสต์และเปลี่ยนโมดูลบางตัวเพื่อทำให้บริสุทธิ์. กับเพื่อนร่วมงานที่ Rensselaer Polytechnic Institute, นักวิจัยยังได้ออกแบบซอฟต์แวร์ที่ช่วยในการสร้างกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ใหม่สำหรับยาแต่ละชนิดที่พวกเขาต้องการผลิต. โดยใช้แนวทางนี้, พวกเขาสามารถคิดขั้นตอนใหม่และเริ่มผลิตยาใหม่ได้ภายในเวลาประมาณสามเดือน. ในทางตรงกันข้าม, การพัฒนากระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมแบบใหม่สามารถทำได้ 18 ถึง 24 เดือน.

การผลิตแบบกระจายอำนาจ

ความง่ายในการสลับระบบระหว่างการผลิตยาที่แตกต่างกันสามารถเปิดใช้งานการใช้งานที่แตกต่างกันได้มากมาย. สำหรับหนึ่ง, อาจเป็นประโยชน์ในการผลิตยารักษาโรคที่หายากได้. ปัจจุบัน, โรคดังกล่าวมีวิธีการรักษาน้อย, เพราะไม่คุ้มค่าที่บริษัทยาจะทุ่มเททั้งโรงงานเพื่อผลิตยาที่ไม่ต้องการอย่างกว้างขวาง. ด้วยเทคโนโลยีใหม่ของเอ็มไอที, การผลิตยาดังกล่าวในขนาดเล็กสามารถทำได้ง่าย, และเครื่องจักรเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้ผลิตยาได้หลากหลายชนิด.

การใช้ประโยชน์ที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือการผลิตยาในปริมาณเล็กน้อยซึ่งจำเป็นสำหรับ "ยาที่แม่นยำ",” ซึ่งเกี่ยวข้องกับการให้ยาแก่ผู้ป่วยที่เป็นโรคมะเร็งหรือโรคอื่น ๆ ที่จำเพาะต่อการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมหรือลักษณะอื่นของโรคเฉพาะของพวกเขา. ยาเหล่านี้จำนวนมากจำเป็นต้องใช้ในปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น.

“บทความนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านความเป็นไปได้ในการผลิตและพัฒนาการบำบัดทางชีวภาพ ณ จุดดูแลผู้ป่วย, และทำให้ยาเฉพาะบุคคลเป็นจริงได้,” ฮูบ เชลเลเกนส์ กล่าว, ศาสตราจารย์ด้านเทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์ที่มหาวิทยาลัย Utrecht ในประเทศเนเธอร์แลนด์, ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัย.

เครื่องจักรเหล่านี้ยังสามารถนำไปใช้กับภูมิภาคต่างๆ ของโลกที่ไม่มีโรงงานผลิตยาขนาดใหญ่ได้.

“แทนที่จะรวมศูนย์การผลิต, คุณสามารถย้ายไปสู่การผลิตแบบกระจายอำนาจได้, ดังนั้นคุณจึงสามารถมีได้ 2 ระบบในแอฟริกา, และจากนั้นก็ง่ายกว่าที่จะส่งยาเหล่านั้นไปให้ผู้ป่วยเหล่านั้น แทนที่จะทำทุกอย่างในอเมริกาเหนือ, จัดส่งไปที่นั่น, และพยายามทำให้มันเย็น,โครเวลล์กล่าว.

ระบบประเภทนี้ยังสามารถใช้เพื่อผลิตยาที่จำเป็นเพื่อตอบสนองต่อการระบาดอย่างรวดเร็ว เช่น อีโบลา ได้อย่างรวดเร็ว.

ขณะนี้นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อทำให้อุปกรณ์ของตนเป็นแบบโมดูลาร์และพกพาได้มากขึ้น, พร้อมทั้งทดลองผลิตวิธีการรักษาอื่นๆ, รวมถึงวัคซีนด้วย. ระบบนี้สามารถนำไปใช้เพื่อเร่งกระบวนการพัฒนาและทดสอบยาใหม่ได้, นักวิจัยกล่าวว่า.

“คุณสามารถสร้างต้นแบบโมเลกุลต่างๆ มากมายได้ เพราะคุณสามารถสร้างกระบวนการที่ง่ายและรวดเร็วในการปรับใช้. เราอาจดูทรัพย์สินต่างๆ มากมายในคลินิก และตัดสินใจว่าสิ่งใดบ้างที่ทำงานได้ดีที่สุดทางคลินิกตั้งแต่ระยะแรก, เนื่องจากเราอาจบรรลุคุณภาพและปริมาณที่จำเป็นสำหรับการศึกษาเหล่านั้นได้,Routenberg Love กล่าว.

การวิจัยได้รับทุนจากสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม, SPAWAR Systems Center แปซิฟิก, และการสนับสนุนสถาบัน Koch (แกนกลาง) เงินสนับสนุนจากสถาบันมะเร็งแห่งชาติ.

แหล่งที่มา:

https://news.mit.edu