Ingeniørteamet opretter overvågningsværktøjssæt for at fremskynde produktionen af ​​biologiske lægemidler

To Rutgers University-ingeniører, der specialiserer sig i processen med at fremstille lægemidler afledt af levende organismer, har skabt et analytisk værktøj, som de forventer vil fremskynde opdagelsen og produktionen af ​​biologiske lægemidler, der ofte er på forkant med biomedicinsk forskning.

I en artikel, der er forsidehistorien i American Chemical Society-tidsskriftet Analytical Chemistry , giver forskerne detaljer om, hvad de kalder et "automatiseret værktøjssæt" - eller mere formelt, N-GLYcanyzer - og dets potentiale til hurtigt at overvåge lægemiddelkvalitet under produktion af biologiske lægemidler, som kan variere fra vacciner til rekombinante terapeutiske proteiner. Mens de fleste biologiske lægemidler testes i slutningen af ​​fremstillingsprocessen for kvalitet og ensartethed, kan Rutgers-værktøjssættet overvåge biologiske lægemidler, mens de produceres, og gøre det muligt for lægemidlerne at imødekomme kvalitetsoverholdelseskravene hos regulatoriske agenturer, såsom U.S. Food and Drug Administration (FDA).

"Dette værktøj giver os mulighed for at overvåge den biologiske lægemiddelkvalitet i næsten realtid under biofremstillingsprocessen," sagde forfatter Shishir Chundawat, en lektor ved Institut for Kemi og Biokemisk Teknik i Rutgers School of Engineering. "Kontinuerlig overvågning og kontrol af biofremstillingsprocesser er afgørende for at sikre lægemiddelkvalitet. Sådanne avancerede værktøjer vil hjælpe industrien med at spare penge ved at undgå produktion af lægemiddelpartier eller batches, der afviger fra regulatoriske krav, hvilket i sidste ende resulterer i lavere sundhedsomkostninger til gavn for patienterne."

I modsætning til konventionelle farmaceutiske lægemidler, der fremstilles gennem kemisk syntese, fremstilles biologiske lægemidler ved hjælp af celler, proteiner eller genetisk materiale enten manipuleret af bioteknologiske teknikker eller trukket direkte fra mennesker, dyr eller mikroorganismer. Mens biologiske lægemidler kan tilbyde revolutionerende typer behandlinger, såsom monoklonale antistoffer til behandling af COVID-19, er de svære at lave, fordi de er ekstremt følsomme over for ændringer i produktionsmiljøet. Bioprocesser er også let forurenede af mikrober og kan ødelægges af selv små variationer i procesbetingelser såsom temperatur.

Det nye værktøj er en automatiseret procesanalytisk teknologi (PAT), der anvender et målrettet biomolekylesensorsystem styret af software. Det bygger på en universel biokemisk proces, der er aktiv i de fleste levende celler, kaldet protein N-glykosylering, hvor proteiner modificerer deres overflader ved at vedhæfte komplekse sukkermolekyler kendt som glykaner. PAT-systemet kan hurtigt spore ændringer i disse sukkerarter og kan detektere, når cellulære processer går skævt, såsom når sukkermolekyler ikke er fastgjort korrekt eller forkerte sukkerarter er knyttet til proteiner, hvilket direkte påvirker sikkerheden og effektiviteten af ​​det biologiske lægemiddel.

"Vores system vil tillade, at komplekse biologiske stoffer kan produceres med præcision i molekylær skala," sagde medforfatter Aron Gyorgypal, en doktorgradskandidat ved Institut for Kemi og Biokemisk Teknik ved Rutgers, der ledede undersøgelsen. "Dybest set er vi i stand til at kontrollere lægemidlets kvalitet hurtigt, flere gange i løbet af processen, for at vide, at det biologiske stof, der produceres, følger den foretrukne reaktionsbane, der opfylder både regulatoriske og industrielle kvalitetskontrolforventninger."

Dette arbejde blev støttet af FDA på grund af vigtigheden af ​​at forbedre fremstillingsprocesser for biologiske lægemidler og "biosimilarer", nemlig generiske versioner af biologiske handelsnavne, sagde Chundawat. Som et resultat heraf er detaljer til at genskabe dette PAT-system blevet gjort let tilgængelige online for at lette bredere anvendelse af forskellige interessenter, herunder den biofarmaceutiske industri, såvel som lægemiddelregulerende agenturer.

Forskerne testede robustheden af ​​deres PAT ved at spore fremstillingen af ​​Trastuzumab, et biologisk brystkræftlægemiddel, over dets 14-dages produktionscyklus. Baseret på resultaterne håber de, at en sådan teknologi vil gøre det muligt i høj grad at udvide produktionen af ​​biosimilars.

Føderale regulatorer har været tøvende med at tillade bredskala produktion af biosimilarer på grund af kvalitets- og sikkerhedsproblemer, sagde Chundawat. "FDA vil have meget mere tillid til et lægemiddelprodukt, der har lignende avancerede analytiske værktøjer, der bruges til at overvåge dets fremstillingsproces," sagde Chundawat. + Udforsk yderligere

Biosimilære lægemidler kan generere 38,4 milliarder USD i besparelser over fem år