Kredit:CC0 Public Domain
Två Rutgers University ingenjörer som specialiserat sig på processen att göra läkemedel som härrör från levande organismer har skapat ett analysverktyg som de förväntar sig kommer att påskynda upptäckten och produktionen av biologiska läkemedel som ofta ligger i framkanten av biomedicinsk forskning.
I en artikel som är omslagsberättelsen i American Chemical Society-tidskriften Analytical Chemistry , ger forskarna detaljer om vad de kallar en "automatiserad verktygslåda" - eller mer formellt, N-GLYcanyzer - och dess potential att snabbt övervaka läkemedelskvalitet under produktion av biologiska läkemedel, som kan sträcka sig från vacciner till rekombinanta terapeutiska proteiner. Medan de flesta biologiska läkemedel testas i slutet av tillverkningsprocessen för kvalitet och enhetlighet, kan Rutgers verktygslåda övervaka biologiska läkemedel när de produceras och göra det möjligt för läkemedlen att möta kvalitetskraven hos tillsynsmyndigheter, såsom U.S. Food and Drug Administration (FDA).
"Det här verktyget tillåter oss att övervaka den biologiska läkemedelskvaliteten i nästan realtid under biotillverkningsprocessen", säger författaren Shishir Chundawat, docent vid Institutionen för kemi- och biokemisk teknik vid Rutgers School of Engineering. "Kontinuerlig övervakning och kontroll av biotillverkningsprocesser är avgörande för att säkerställa läkemedelskvalitet. Sådana avancerade verktyg kommer att hjälpa industrin att spara pengar genom att undvika produktion av läkemedelspartier eller batcher som avviker från regulatoriska krav, vilket i slutändan resulterar i lägre vårdkostnader till förmån för patienterna."
Till skillnad från konventionella farmaceutiska läkemedel som framställs genom kemisk syntes, tillverkas biologiska läkemedel med hjälp av celler, proteiner eller genetiskt material antingen manipulerade med biotekniska tekniker eller hämtade direkt från människor, djur eller mikroorganismer. Medan biologiska läkemedel kan erbjuda revolutionerande typer av behandlingar, såsom monoklonala antikroppar för att behandla COVID-19, är de svåra att göra eftersom de är extremt känsliga för förändringar i produktionsmiljön. Bioprocesser är också lätt förorenade av mikrober och kan förstöras av även små variationer i processförhållanden såsom temperatur.
Det nya verktyget är en automatiserad processanalytisk teknologi (PAT) som använder ett riktat biomolekylsensorsystem som kontrolleras av mjukvara. Den bygger på en universell biokemisk process som är aktiv i de flesta levande celler som kallas protein N-glykosylering, där proteiner modifierar sina ytor genom att fästa komplexa sockermolekyler som kallas glykaner. PAT-systemet kan snabbt spåra förändringar i dessa sockerarter och kan upptäcka när cellulära processer går snett, till exempel när sockermolekyler inte fästs ordentligt eller felaktiga sockerarter är fästa till proteiner, vilket direkt påverkar säkerheten och effekten av det biologiska läkemedlet.
"Vårt system kommer att tillåta komplexa biologiska ämnen att produceras med precision i molekylär skala", säger medförfattaren Aron Gyorgypal, doktorand vid Institutionen för kemi- och biokemisk teknik vid Rutgers som ledde studien. "I grund och botten kan vi kontrollera läkemedlets kvalitet snabbt, flera gånger under processen, för att veta att det biologiska som produceras följer den föredragna reaktionsbanan som uppfyller både regulatoriska och industriella kvalitetskontrollförväntningar."
Detta arbete stöddes av FDA på grund av vikten av att förbättra tillverkningsprocesser för biologiska läkemedel och "biosimilarer", nämligen generiska versioner av biologiska läkemedel med varumärken, sade Chundawat. Som ett resultat har detaljer för att återskapa detta PAT-system gjorts lättillgängliga online för att underlätta bredare antagande av olika intressenter, inklusive den biofarmaceutiska industrin, såväl som läkemedelsmyndigheter.
Forskarna testade robustheten hos deras PAT genom att spåra tillverkningen av Trastuzumab, ett biologiskt bröstcancerläkemedel, under dess 14-dagars produktionscykel. Baserat på resultaten hoppas de att sådan teknik kommer att göra det möjligt att kraftigt utöka produktionen av biosimilarer.
Federala tillsynsmyndigheter har varit tveksamma till att tillåta storskalig produktion av biosimilarer på grund av kvalitets- och säkerhetsproblem, sade Chundawat. "FDA kommer att ha mycket mer förtroende för en läkemedelsprodukt som har liknande avancerade analysverktyg som används för att övervaka dess tillverkningsprocess," sa Chundawat. + Utforska vidare
