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按需求生產小批量生物藥品的新方法

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/10/04
麻省理工學院的化學工程師設計了一種新型桌上型機器,可以輕鬆地重新設定生產少量不同的生物藥劑。 圖片:麻省理工學院Christine Daniloff,Felice Frankel

生物藥品是一類含有蛋白質如抗體和激素的藥物,代表了製藥業快速發展的領域。它們對於“精準醫學”越來越重要 - 針對特定患者群體的遺傳或分子特徵定製的藥物。

這些藥物通常在專用於單一產品的大型設施中製造,使用難以重新設定的過程。這種僵化意味著製造商傾向於關注許多患者所需的藥物,而無法製造可能幫助較小患者群體的藥物。

為了幫助提供更多這些藥物,麻省理工學院的研究人員,開發了一種按照需求快速生產生物藥品的新方法。他們的系統可以輕鬆地重新配置以生產不同的藥物,從而在需要時靈活地切換產品。

麻省理工學院化學工程教授,同時也是科赫綜合癌症研究所成員J. Christopher Love說:「傳統的生物製造依賴於生產的每種新分子的獨特過程。 而我們展示了一種可以完全自動化,免持式生產不同重組蛋白的單一硬體配置系統。」

這種製造系統,可以安裝在實驗室工作台上,生產三種不同的生物藥品,並證明生產的品質與市售版本相當。

J. Christopher Love是這篇發表在Nature Biotechnology期刊論文的高級作者。該論文的主要作者是研究生Laura CrowellAmos Lu,以及研究科學家Kerry Routenberg Love

簡化的流程

注射型的生物藥劑通常用於治療癌症,以及包括心血管疾病和自身免疫性疾病。這些藥物大多數是在“生物反應器”中生產的。其中細菌、酵母或哺乳動物細胞產生大量單一藥物。這些藥物必須在使用前進行純化,因此整個生產過程可能包括許多步驟,其中許多步驟需要人為干預。因此,生產單批藥物可能需要數周到數月的時間。

麻省理工學院的團隊想要提出一個更靈活的系統,可以輕鬆地重新編程,以便按照需求快速生產各種不同的藥物。他們還希望發明一個系統,只需要很少的人為監督,同時保持患者使用所需的高質量蛋白質。

新系統的一個關鍵要素,是研究人員在他們的生物反應器中使用了一種不同類型的細胞 - 一種名為Pichia pastoris的酵母菌株。酵母可以比哺乳動物細胞更快地開始產生蛋白質,並且可以生長到更高的種群密度。此外,Pichia pastoris僅分泌約150200種蛋白質,而中國倉鼠卵巢(CHO)細胞約有2,000種,這些細胞通常用於生物製藥生產。這使得由巴斯德畢赤酵母生產的藥物純化過程更加簡單。

研究人員還大大縮小了製造系統的尺寸,最終目標是使其便於攜帶。系統由三個相連的模塊組成:生物反應器、酵母產生所需的蛋白質,純化模塊,其中藥物分子使用色譜法與其他蛋白質分離,以及將蛋白質藥物懸浮在緩衝液中的模塊,該緩衝液將其保留至患者體內。

在這項研究中,研究人員使用他們的新技術生產三種不同的藥物:人類生長激素、用於治療癌症的干擾素α2b,和用於增強化療患者免疫系統的粒細胞集落刺激因子(GCSF)。

他們發現,對於所有三種分子,使用新工藝生產的藥物具有與商業製造版本相同的生化和生物物理特性。在動物體內進行測試時,GCSF產品的性能與Amgen的許可產品相當。

重新配置系統以產生不同的藥物,需要簡單地給酵母提供新蛋白質的基因序列,並替換某些用於純化的模塊。研究人員還設計了軟體,幫助每種想要生產的藥物提供新的純化過程。他們使用這種方法,可以提出一個新的程序,並在大約三個月內開始製造新藥。相比之下,開發新的工業製造過程可能需要1824個月。

分散製造
系統在不同藥物生產之間切換的便易性可以實現許多不同的應用。例如,它可用於生產治療罕見疾病的藥物。目前,這些疾病的治療方法很少。使用新的麻省理工學院技術,可以很容易地實現這種藥物的小規模生產,並且可以使用相同的機器來生產各種此類的藥物。

另一個潛在的用途是生產“精準醫學”所需的少量藥物,以便向患有癌症或其他疾病的患者提供特定於基因突變,或其特定疾病的其他特徵藥物。許多這類藥物也只是少量需要。

荷蘭烏特勒支大學醫學生物技術教授Huub Schellekens表示:「這項研究是在護理點生產和開發生物治療藥物的重要突破,並使個體化醫療成為現實。」

「這些機器也可以部署到世界上沒有大規模藥物生產設施的地區,而非集中製造,以轉向分散製造,如此就可以更容易地將這些藥物送到就地製造的患者身上,而非在北美生產,再千里迢迢運送到非洲。」

研究人員正在努力使該設備更加模塊化和便於攜帶,並嘗試生產其他療法,包括疫苗。研究人員說,該系統還可用於加速開發和測試新藥的過程。