Das Ingenieurteam erstellt ein Überwachungs-Toolkit, um die Produktion biologischer Arzneimittel zu beschleunigen

Zwei Ingenieure der Rutgers University, die auf den Prozess der Herstellung von aus lebenden Organismen gewonnenen Arzneimitteln spezialisiert sind, haben ein Analysewerkzeug entwickelt, von dem sie erwarten, dass es die Entdeckung und Produktion von biologischen Arzneimitteln beschleunigen wird, die oft an der Spitze der biomedizinischen Forschung stehen.

In einem Artikel, der die Titelgeschichte in der Zeitschrift American Chemical Society ist Analytische Chemieliefern die Forscher Details über das, was sie einen „automatisierten Werkzeugkasten“ nennen – oder formaler den N-GLYcanyzer – und sein Potenzial zur schnellen Überwachung der Arzneimittelqualität während der Produktion von Biologika, die von Impfstoffen bis hin zu rekombinanten therapeutischen Proteinen reichen können. Während die meisten Biologika am Ende des Herstellungsprozesses auf Qualität und Einheitlichkeit getestet werden, kann das Rutgers-Toolkit Biologika während ihrer Herstellung überwachen und es den Arzneimitteln ermöglichen, die Qualitätsanforderungen von Aufsichtsbehörden wie der US Food and Drug Administration zu erfüllen (FDA).

„Mit diesem Tool können wir die Qualität biologischer Arzneimittel während des Bioherstellungsprozesses nahezu in Echtzeit überwachen“, sagte der Autor Shishir Chundawat, außerordentlicher Professor am Department of Chemical and Biochemical Engineering der Rutgers School of Engineering. „Die kontinuierliche Überwachung und Kontrolle der biologischen Herstellungsprozesse sind entscheidend für die Sicherstellung der Arzneimittelqualität. Solche fortschrittlichen Tools werden der Industrie helfen, Geld zu sparen, indem sie die Produktion von Arzneimittelchargen oder -chargen vermeiden, die von den behördlichen Anforderungen abweichen, was letztendlich zu niedrigeren Gesundheitskosten zum Nutzen der Patienten führt.“

Im Gegensatz zu herkömmlichen pharmazeutischen Arzneimitteln, die durch chemische Synthese hergestellt werden, werden biologische Arzneimittel unter Verwendung von Zellen, Proteinen oder genetischem Material hergestellt, die entweder durch biotechnologische Techniken manipuliert oder direkt von Menschen, Tieren oder Mikroorganismen stammen. Während Biologika revolutionäre Arten von Behandlungen bieten können, wie z. B. monoklonale Antikörper zur Behandlung von COVID-19, sind sie schwierig herzustellen, da sie äußerst empfindlich auf Änderungen in der Produktionsumgebung reagieren. Bioprozesse werden auch leicht durch Mikroben kontaminiert und können selbst durch geringfügige Schwankungen der Prozessbedingungen, wie z. B. der Temperatur, ruiniert werden.

Das neue Werkzeug ist eine automatisierte Prozessanalysetechnologie (PAT), die ein zielgerichtetes Biomolekül-Sensorsystem einsetzt, das von einer Software gesteuert wird. Es konzentriert sich auf einen universellen biochemischen Prozess, der in den meisten lebenden Zellen aktiv ist und als Protein-N-Glykosylierung bezeichnet wird, bei dem Proteine ​​​​ihre Oberflächen modifizieren, indem sie komplexe Zuckermoleküle, die als Glykane bekannt sind, anlagern. Das PAT-System kann Änderungen in diesen Zuckern schnell verfolgen und erkennen, wenn zelluläre Prozesse schief gehen, z. B. wenn Zuckermoleküle nicht richtig oder falsche Zucker an Proteine ​​gebunden sind, was sich direkt auf die Sicherheit und Wirksamkeit des biologischen Arzneimittels auswirkt.

„Unser System wird es ermöglichen, komplexe Biologika mit molekularer Präzision herzustellen“, sagte Co-Autor Aron Gyorgypal, Doktorand am Department of Chemical and Biochemical Engineering bei Rutgers, der die Studie leitete. „Grundsätzlich sind wir in der Lage, die Qualität des Medikaments während des Prozesses mehrmals schnell zu überprüfen, um mit Sicherheit zu wissen, dass das hergestellte Biologikum dem bevorzugten Reaktionsverlauf folgt, der sowohl den behördlichen als auch den Erwartungen der industriellen Qualitätskontrolle entspricht.“

Diese Arbeit wurde von der FDA wegen der Bedeutung der Verbesserung der Herstellungsprozesse für Biologika und „Biosimilars“, nämlich generische Versionen von Biologika mit Handelsnamen, unterstützt, sagte Chundawat. Infolgedessen wurden Details zur Nachbildung dieses PAT-Systems online verfügbar gemacht, um eine breitere Akzeptanz durch verschiedene Interessengruppen, einschließlich der biopharmazeutischen Industrie sowie der Arzneimittelzulassungsbehörden, zu erleichtern.

Die Forscher testeten die Robustheit ihres PAT, indem sie die Herstellung von Trastuzumab, einem biologischen Brustkrebsmedikament, über seinen 14-tägigen Produktionszyklus verfolgten. Basierend auf den Erkenntnissen erhoffen sie sich von einer solchen Technologie, die Produktion von Biosimilars stark auszuweiten.

Die Bundesbehörden haben aufgrund von Qualitäts- und Sicherheitsbedenken gezögert, die Produktion von Biosimilars in großem Maßstab zuzulassen, sagte Chundawat. „Die FDA wird viel mehr Vertrauen in ein Arzneimittel haben, das über ähnlich fortschrittliche Analysewerkzeuge verfügt, die zur Überwachung seines Herstellungsprozesses verwendet werden“, sagte Chundawat.