Blaffere hindrer medicins holdbarhed

Hvorfor nogle biofarmaceutiske midler har længere holdbarhed end andre, er et problem, der har forvirret både videnskabsmænd og producenter. Selv den samme medicin, produceret af forskellige producenter, kan variere i dets holdbarhed.

University of Delaware-professorerne Kelvin Lee og Abraham Lenhoff giver indsigt i, hvordan dette kan ske i en særlig klasse af lægemidler kaldet monoklonale antistoffer, som omfatter en stor del af biofarmaceutiske produkter.

Traditionel medicin med små molekyler, såsom ibuprofen eller aspirin, er fremstillet ved hjælp af veldefinerede, adskilte kemiske reaktioner mellem forskellige kemiske forbindelser. Biofarmaceutiske produkter, på den anden side, er meget større og mere komplekse molekyler, der fremstilles af celler i vækst, der producerer et ønsket protein (ofte, et antistof), der renses for at skabe medicinen.

Biopharmaceuticals kan bruges til at behandle kræftformer og autoimmune eller inflammatoriske lidelser, såsom reumatoid arthritis og Crohns sygdom. Adalimumab, for eksempel, er et monoklonalt antistof, der blokerer for inflammation forårsaget af leddegigt ved at binde sig til det signalprotein, der udløser hævelsen.

Den menneskelige krop danner millioner af antistoffer i små mængder. Antistoffer er det, der beskytter dig mod infektion, og til en vis grad, fra sygdom. For eksempel, en skoldkoppevaccine hjælper kroppen med at lære at lave et antistof mod skoldkoppevirus. Hvis du får skoldkopper efter at have været vaccineret, kroppen samler sine antistoftropper og sender dem afsted for at finde, og binder, til virussen; signalerer derefter immunsystemet om at fjerne det fra kroppen.

"Når du får cellen til at begynde at lave stoffet til dig, så dyrker du masser af celler, rense stoffet, formulere det og sende det ud til lægekontorer og hospitaler. Dette er forenklet, selvfølgelig, men det er generelt, hvordan disse klasser af medicin fremstilles, " sagde Lee, Gore -professor i kemiteknik og direktør for Manufacturing USA National Institute for Innovation in Manufacturing Biopharmaceuticals (NIIMBL) ved UD.

Problemet er, at cellerne ikke kun laver det ønskede antistof (dvs. medicinen), celler producerer tusindvis af andre proteiner, også. Når en medicin fremstilles, disse andre proteiner fjernes gennem en proces kaldet oprensning. Imidlertid, nogle proteiner kan klæbe til antistoffet og piggyback deres vej gennem fremstillingsprocessen. Producenter har udviklet metoder til at adskille piggybacking-molekylerne på forskellige måder, på forskellige tidspunkter under fremstillingen, men der kan opstå problemer, hvis blaffeproteinet "ser ud" eller opfører sig som målmedicinen.

Tilføjet til dette, antistofbaserede lægemidler blandes ofte med kemiske tilsætningsstoffer for at holde medicinen sikker og stabil i en periode, sige seks eller 12 måneder. En almindeligt anvendt stabilisator er polysorbat. Polysorbatets opgave er at holde proteinantistoffet i opløsning.

En udfordring, som den biofarmaceutiske industri har observeret, er, at niveauet af polysorbat fundet i nogle lægemidler kan falde over tid. Dette problem kan forkorte en medicins holdbarhed. I mange år, der var ingen mærkbar grund til, hvorfor polysorbatet blev nedbrudt i nogle tilfælde, men ikke i andre tilfælde.

At afdække problemet, drive nye løsninger

I tidligere National Science Foundation-finansieret arbejde, Lee og Lenhoff samarbejdede for at forstå, hvilke forurenende proteiner, eller urenheder, kan være særligt vanskeligt at fjerne fra et lægemiddel. Lee har specialiseret sig i at analysere komplekse blandinger og identificere alle de forskellige proteiner indeni, et felt kaldet proteomik. Lenhoff, Allan P. Colburn professor i kemiteknik, er ekspert i at adskille blandinger af proteiner.

Gennem en række eksperimenter, forskerholdene identificerede et par dusin proteiner, der så ud til at være urenheder, som ville være svære at fjerne. Et protein, der viste sig at være interessant for dets potentiale til at forblive gennem hele fremstillingsprocessen som en urenhed, var lipoproteinlipase.

Lipaser er enzymer, der tygger fedtstoffer op. Lipoprotein lipase er et almindeligt enzym, der findes i den menneskelige krop, der nedbryder triglycerider, en type fedt fundet i blodet med en kendt sammenhæng til hjertesygdomme og kolesterolproblemer.

"Lipoproteinlipase er et eksempel på et protein, der associeres med antistoffer og nogle gange ikke kan adskilles fra antistoffer ved hjælp af standardmetoder. Således, det kan i sidste ende finde vej gennem fremstillingsprocessen til den anden ende, " sagde Lee.

Forskerne blev nysgerrige om lipoproteinlipase kunne bidrage til polysorbatnedbrydning og fokuserede yderligere eksperimenter på at sænke mængden af ​​lipoproteinlipase for at bestemme hvad, hvis nogen, effekt det havde på polysorbat. Det viste sig, at sænkning af mængden af ​​lipoproteinlipase, der var til stede, sænkede nedbrydningshastigheden af ​​polysorbat.

"Vi vidste gennem arbejdet fra andre på området allerede i 2010, at mængden af ​​polysorbat-nedbrydning syntes at være relateret til problemer, folk ser i stabiliteten af ​​lægemidlet, " forklarede Lee. "Nu, vores publicerede forskning viser en klar sammenhæng mellem tilstedeværelsen af ​​lipoproteinlipase og polysorbatnedbrydning, hvilket har været et centralt problem, som branchen har stået over for i flere år."

Forskerne udviklede en metode til at reducere mængden af ​​lipoproteinlipase, der produceres af cellerne, for at reducere den mængde, der kan vise sig nedstrøms som en urenhed i relevante antistofbaserede lægemiddelformuleringer. De patenterede ideen ved hjælp af UD's Office of Economic Innovation and Partnerships (OEIP). To tidligere UD-ph.d.-studerende, Kristen Valente og Nick Levy, som begge nu arbejder i den biofarmaceutiske industri, er navngivet på patentet.

Mens teknikken kun gælder for medicin, der kan opleve polysorbat-nedbrydning, forskerne betragter det som et trinvis skridt, der kan hjælpe med at informere fremstillingsindustrien.

"Det er et kvalitetskontrolproblem, og når du taler om menneskers liv på spil, du er virkelig meget opmærksom på det, sagde Lenhoff.

Lee var enig, selvom han indrømmede, at hvad der derefter sker, er fortsat usikkert.

"Når teknologien bliver vedtaget, eller af hvem, Jeg ved ikke, sagde han. Men, nu er der nogle klare løsninger, som folk kan følge for potentielt at forbedre fremstilling af en stabil forsyning af medicin, der kan opleve nedbrydning af polysorbat. "