Изучение новых парадигм для биотехнологической

Подрывной технологии, такие как одноразовые биореакторы, метаболические модели потока, а glycoengineered дрожжи, могут изменить лицо - и темпы - из biomanufacturing.

"Биологическое инженеров несут ответственность за производство фармацевтических быстро и экономически эффективно" сказал сопредседатель конференции Боб Адамсон, старший вице-президент Уайет BioPharma, во вступительном слове на второй Международной конференции по ускорению развития биофармацевтических (ICABD), проходившей в Коронадо, штат Калифорния, Март.

Новые передовые технологии предлагают один путь к достижению этой цели и были в центре внимания на этой конференции. Новые передовые технологии Заседание прошло под председательством Брайан Келли, вице-президент процесса развития на Genentech, и Джеймс S wartz, профессор химической инженерии в Стэнфорде Univ. Конференция была организована Обществом по биологической инженерии (SBE), технологического сообщества Айше, и под совместным председательством Чак Гучи, директор биотехнологических технологий в Centocor, подразделение компании Джонсон

Утилизируемые биореакторы

Одна из основных передовых технологий обсуждалась реализация компактных, гибких и модульных biomanufacturing технологии с использованием одноразовых биореакторы (рис. 1). Sadettin Ozturk, руководитель Биопроцесс технике на Centocor, подразделение Джонсон

Значительный прогресс в клеточной инженерии и клеточной линии культуры процесса развития на протяжении последних 20 лет привели к увеличению концентрации продукта (именуемого титры), примерно от 0,5 г / л до 10-13 г / л, при этом некоторые из опрошенных компаний сообщили, как титры достигает 30 г / л Это увеличение титра позволило одноразовые биореакторов, чтобы стать серьезной возможностью для клинического изготовления. Утилизируемые биореакторы теперь доступны в размерах до 2,00 ПР, достаточно большой, чтобы удовлетворить нынешний спрос на самые biologies.

Традиционные многоразового нержавеющей стали биореакторов требуют широкого очистки и стерилизации. Это налагает строгие зависимости от стандартных оперативных процедур, потребляет большое количество воды, пара и электроэнергии, а также требует наличия персонала, обучение - все из которых имеют высокую стоимость. Одноразовые компонентов предлагают явное преимущество над этими нержавеющей стали биореакторов за счет устранения необходимости для очистки и стерилизации.

Ozturk сравнил работу 1 ,000-L Hyclone одноразовые биореактора, что и 30-L нержавеющей стали биореакторах. Предполагая, 6 1 ,000-L одноразовые биореакторов в комплект, 300-day/yr эксплуатации, а также 70% от общего выхода очистки, он показал, что 1 ,000-кг в год, спрос может быть удовлетворены с помощью одноразовых биореакторов производства 20 партий / год, и стоимость товаров (COG) будет сокращен более чем $ 300 / г до $ 100 / г продукта (рис. 2). Кроме того, расходы будут уменьшаться по всем направлениям, в том числе драматического падения капитала, труда и коммунальных расходов.

Он утверждал, что одноразовые компоненты и системы будут становиться все более выступает из-за этого явное преимущество стоимости. Эти компоненты предлагают дополнительные выгоды в виде более быстрого объекта масштабов, сокращение простоев, упрощенная проверка, более эффективное использование площади завода, а также существенно снижает риск перекрестного заражения.

Ozturk считает, что одноразовые биореакторов в состоянии превратить biomanufacturing парадигмы. Он также прогнозирует, что в будущем оборудование будет более компактной и модульной в соответствии с требованиями для более быстрой и конкурентоспособной циклов развития для будущих biotherapeutic молекул.

На выходе обработки

Хотя увеличение титров может вступить в новую эру одноразовых платформ производства, эти более высокие титры представляют собой серьезную проблему для глубокой переработки. Brian Хаббарда, научных исполнительный директор компании Amgen, обсудили новые переработку стратегии для решения этой проблемы. Методом Монте-Карло, он анализировал узких мест в глубокую переработку оперативного подразделения (рис. 3) для выявления потенциальных областей улучшения.

Первое направление для улучшения урожая на культуре клеток. Высокая клеточной массы и плотности позволяет высшего титров, но и привести к снижению производительности уборки. Это происходит потому, повышенной мутности жидких снижает производительность центрифуг, которые, в свою очередь, снижает производительность глубины фильтров. Чтобы улучшить производительность урожая, Хаббард предложил флокуляции культуре клеток. Добавление флокулянта, таких, как полиэтиленимином (PEI) или хлористого кальция (CaCl1), или снижение рН бульона может улучшить удаление загрязняющих веществ при центрифугировании и ведет к повышению фильтруемости в глубинной фильтрации.

Следующий области улучшения этапе продукт захвата. Большинство моноклональных антител (МКА) в настоящее время получены с помощью белка хроматографии из-за его низкой стоимости и высокой селективностью. Белки избирательно связывается многих млекопитающих белков, в первую очередь иммуноглобулины, что делает его идеальным для МКА захвата. Тем не менее, белки потенциала должны быть улучшены для решения проблемы роста титров. Хаббард отметить, что Существуют некоторые хроматографического альтернативы белка, такие как обычных ионообменных смол, но их избирательность и расходы, как правило, не могут конкурировать с теми, белка А.

Белки потенциала значительно улучшилось в последние 10-15 лет, с 10-15г / л до 35-45 г / л сегодня. Тем не менее, потенциал необходимо улучшить другим 60%, до 55 г / л, для будущих возможностей операционной цели.

Некоторые производители добились существенного прогресса на следующем поколении белка смолы, но в ближайшее время, один рекомендуемый способ улучшить продукт захвата является снижение хроматографии элюции бассейн томов. Это может быть достигнуто путем загрузки хроматографии смолы ближе к его прорыву потенциала, а также оптимизации условий выделения и критерии пик сбора.

Хаббард также обсудили новые направления в области очистки технологий, включая использование не хроматографических методов, таких как осадки после кристаллизации, как полировка шаг. Кристаллизация (рис. 4) является простым и недорогим и может эксплуатироваться безопасно.

В заключение он отметил, что в ближайшее время, объект ограничения могут быть преодолены с помощью сочетания оперативной или инженерных подходов и совершенствование процесса с использованием современных технологий. Будущие изменения будет зависеть от желания дальнейшего увеличения пропускной завода, производительность процесса и использования объекта для обеспечения более массового продукта за единицу времени в нижнем течении операции.

Возможности и реалии спроса

Тем не менее, увеличение титров может быть не так, как allimportant конвенции кажется диктовать. Брайан Келли, вице-президент процесса развития на Genentech, оспариваемая диска в отрасли для получения высшего титры, отметив, что в будущем возможности на самом деле планируется превышать спрос. Вместо этого он предложил стратегический сдвиг в области технологического развития в сторону создания новых инструментов, баз данных и глубокое понимание процессов.

Глобальный спрос на коммерческие МКАТ будет примерно 7 тонн / год в 2009 году и по оценкам, увеличится примерно до 25 тонн / год в 2012 году. На основании титра клеточной культуре 2 г / л, всего в мире мощностей в 20 1 3, как ожидается, будет 130 тонн / год. Таким образом, ограничения на емкость, вряд ли в течение многих лет. При анализе отраслевых объем требований коммерческих и клинических трубопровода кандидатов, которые приняли во внимание вероятность дозировки, ожидаемые проникновения на рынок и производительность оценки загрузки производственных мощностей в 2013 году, по прогнозам, лишь 65%.

Келли пошел на вызов мудрости в здании "Фабрики будущего", или FoF. Это FoF будет базироваться на небольших, одноразовых биореакторов, которые требуют меньших капитальных инвестиций и обладают высокой степенью модульности.

Но он попросил, это то, что производители действительно нужно? Для блокбастера наркотиков, определяемых как спроса, превышающего 10 тонн / год, FoF потребуется около 45 2-KL биореакторы. Обычных завода потребуется лишь шесть 15-Ы биореакторы. Келли предсказал, что, несмотря на значительные капиталовложения, необходимые для нержавеющей стали завод, экономия от масштаба приведет к обычным завода с меньшими затратами. FoF будут сдерживаться ограниченности возможностей.

Но эффект масштаба в игру вступают даже для препаратов значительно ниже спроса. Келли показали, что 100-kg/yr наркотиками по-прежнему получать выгоды от экономии масштаба, и что это на самом деле дешевле контракта из производства, а не вкладывать средства в FoF. Эти данные вызывают интересная дискуссия по поводу будущего biologies производства.

Келли подвел с его мнением, что в будущем, успешных групп развития процесса будет зависеть от таких инноваций, как высокой пропускной методов изучения клон отбора, развития средств массовой информации, дизайн пространства, объекты подходят анализа и оценки технологичности, а также развитие метаболического моделей потоков и интегративной биологии инструменты, такие как геномика, протеомика, транскриптомику, и других-omics инструментов.

Подсластители дрожжей

Стефан Вильдт, старший директор Merck, обсудили один из самых потенциально опасных технологий представлен на совещании. Он сделал обзор развития glycoengineered дрожжей, которые имеют возможность добавить сахар молекул (так называемый гликанов) для терапевтического белковых продуктов. Известный как glycosylate, этот процесс важен, поскольку он влияет на производительность наркотиков в плане оборотными полураспада, распределение в тканях, активность и иммуногенность Ити. Это также требуется для большинства млекопитающих белки функционировать и раз правильно.

гликозилирования Нормальный дрожжей путей выхода продуктов, которые являются потенциально иммуногенных людей. Glycofi Инк, дочерняя компания Merck, разработала дрожжи с гликозилирования профили, аналогичные людей (называют очеловеченных дрожжи), которые не имеют этой проблемы. glycoengineered дрожжей GlycoFi нынешних альтернативы млекопитающих biomanufacturing платформ для человека биотерапевтических.

Вильдт показал, что кандидат белки могут быть получены glycoengineered дрожжей в биореакторе процесса в 6:57 дня - несколько быстрее, чем аналогичные производства в млекопитающих систем. В качестве дополнительного преимущества, очеловеченных дрожжи производят белки человека гликанов которые являются весьма форме, в то время как у млекопитающих системы производят гликопротеинов, которые являются весьма неоднородны и содержат не glycoforms человека.

Например, MK2578 является кандидатом наркотиков в рамках Фазы 1 испытания для лечения анемии. MK2578 имеет сложный профиль гликозилирование. Тем не менее, платформа создана GlycoFi гликозилирования верности, что сохранить природный профиля гликозилирования белков, когда был произведен в лабораторном масштабе до 2000 Л.

У дрожжей, углеводов обработка происходит последовательно в секреторных путь, работающих как сборочной линии. Ферментов действовать один за другим, и их действия разделены во времени и пространстве. Работа с Пасторис Pichia дрожжей, дрожжи GlycoFi устранить конкретные гликозилирования и представил 14 неместных гены, которые сделали дрожжей, способных производить комплексный гликопротеины равномерно и точно.

Вильдт заметил, что при выборе конкретной дрожжей включает обследование на титр, fermentability, гликозилирование, и качество белка. Эффективно сбалансированности этих атрибутов может привести к деформации жизнеспособные производства.

Доходность составляет около 1,4 г / л на антитела кандидатов, но дает до 2 г / л может быть достигнута. Эта новая платформа производства, безусловно, готова нарушить биофармацевтической промышленности.

Заглядывая вперед

Вторая международная конференция по ускорению развития биофармацевтических оправдала свое название. Некоторые инновационные и наводящий на размышления методы для ускорения производства фармацевтических препаратов были обсуждены.

Одним из наиболее важных и спорных был области передовых технологий. Будущее biologies производственных мощностей может перейти от многоразового биореакторов для одноразовых пластиковых реакторов, а также новые biologies может быть представлено с использованием дрожжей вместо клеток млекопитающих.

Биологическом инженеры будут разумно держать их глаза на этих новых технологий, которые могли бы изобретать области фармацевтической разработки.

ДЖОНАТАН МОНАХА

AICHE ОБЩЕСТВО биологической инженерии

ДЖОНАТАН МОНАХА в настоящее время работает в качестве ассоциированного для общества AlChE по биологической инженерии (Телефон: 646-495-1381, электронная почта: jonam @ Аиш. Орг), где исследования новых технологий в биоинженерии состоялась. Он также вносит свой вклад в исследования в Mt. Синай школа медицины, где он работает на системах, подходы к выяснению стволовых клеток сети транскрипционных факторов. Недавно он получил BSE в области химического машиностроения из Принстонского Univ. Его интересы в системах и ietic биологии.