Modul 3 - Produktion av Biologiska Läkemedel Flashcards
(23 cards)
Introduktion till biologiska läkemedel
Introduktion till biologiska läkemedel
Definition - Biologiska läkemedel:
* Läkemedel som härrör från levande organismer eller innehåller komponenter från levande organismer. Biologiska läkemedel kan även produceras från genmodifierade organismer (t.ex. bakterier, jäst, eller däggdjursceller) som används för att producera en specifik biologisk substans.
I vissa fall även direkt från mänskligt material, exempelvis: Donerat blod eller plasma.
Exempel:
* Plasmaproteiner (albumin, polyklonal IgG, Factor IX, VIII, etc): Dessa används bland annat för behandling av immunbristsjukdomar och blödningsrubbningar. Dessa är utvunna från mänsklig plasma, men med tiden har rekombinanta tekniker utvecklats för att öka säkerheten och minska risken för överföring av virus som HIV och hepatit.
- Monoklonala antikroppar (mAbs): Specifika antikroppar som riktar sig mot ett specifikt antigen.
Fördel: Snabb utveckling och hög specificitet. - Rekombinanta proteiner (icke-mAbs): Ett rekombinant protein kodas av rekombinant DNA, vilket skapas när DNA från olika organismer sammanfogas till exempel när man sätter in en gen från en art i en annan arts arvsmassa. Produceras i genmodifierade cellinjer, ofta bakterier eller däggdjursceller, med syfte att ersätta eller förstärka kroppsegna funktioner. (Exempel: Insulin, tillväxthormon).
- Vacciner: Biologiska LM är inte bara protein, utan även virus i sig. Kan bestå av inaktiverade eller försvagade virus, virala vektorer eller delar av bakterier.
- Cell- och genterapier: Terapier som baseras på levande celler.
- Extracellulära vesiklar (exosomer)- under utveckling: Små vesiklar som kan laddas med läkemedel. Inte på marknaden än.
Biologiska läkemedel vs. småmolekylära läkemedel
Biologiska läkemedel vs. småmolekylära läkemedel
Småmolekylära läkemedel:
- Exempel: Acetylsalicylsyra (ASA).
- Har en liten och väldefinierad kemisk struktur.
- Tillverkas genom kemisk syntes, vilket ger en hög grad av kontroll och reproducerbarhet.
- Är lätta att karakterisera – man kan exakt beskriva deras molekylära sammansättning.
- Generellt stabila och har lägre risk för immunogena reaktioner än biologiska läkemedel.
Biologiska läkemedel:
- Stora och komplexa molekyler, såsom proteiner, virus, celler eller extracellulära vesiklar (exosomer).
- Peptidbaserade biologiska läkemedel kan bestå av enbart aminosyror, men vissa (som virus och exosomer) innehåller även lipider, kolhydrater och andra biologiska komponenter som inte kan beskrivas med samma noggrannhet.
- Produceras inte genom kemisk syntes, utan via levande celler eller organismer.
- Karakterisering är svårare.
- Har en högre risk för immunogenicitet.
- Tekniska komplexiteten: Små LM molekyler att jämföra att bygga en cykel och stor flygplan. (Antal detaljer som ingår för att bygga flygplan).
Betydelse av biologiska LM:
Betydelse av biologiska LM:
* 8 av 10 bästsäljande läkemedel är biologiska LM.
* 40% av nya läkemedelsgodkännanden är biologiska LM, men det är svårt att få dem godkända.
* Global marknad beräknas överstiga 500 miljarder USD år 2026.
Vägen till patienten - Produktutveckling:
Vägen till patienten - Produktutveckling:
För biologiska LM:
Till skillnad från småmolekylära läkemedel är produktionen av biologiska läkemedel en central och ofta avgörande utmaning.
- Skalbarhet: Det som fungerar i labbskala är inte alltid lätt att skala upp till industriproduktion.
- Kostnad: Produktionsprocessen är dyr, både vad gäller tid och resurser.
Det är ofta få företag globalt som har kapacitet att tillverka avancerade biologiska läkemedel. Det som avgör om en LM kandidat produceras är produktionen. Detta leder till långa väntetider i utvecklingskedjan.
Biologiska läkemedel = Utmanande tillverkning, komplexa regulatoriska processer och höga kostnader.
Process is the drug:
Process is the drug: Biologiska läkemedel är så komplexa att de inte kan karakteriseras fullständigt i slutprodukten. Därför är det inte bara slutprodukten som är viktigt – utan hur man tillverkar det (Hela tillverkningsprocessen):
* Mindre processförändringar kan väsentligt påverka produktkvaliteten: T.ex.: Ultracentrifug används för att producera viruspartiklar, men vid uppskalningen, kan endast ett viss antal användas (Brist på resurser).
* Fullständig karakterisering är ofta inte möjlig.
* Robust tillverkning är avgörande för produktsäkerhet och effektivitet.
Produktionskapacitet och klinisk indikation:
Produktionskapacitet och klinisk indikation:
* Antal celler som ska infekteras samt storleken på målorgan påverkar i hög grad kostnaden för genterapi. Storleken på målorganet och antalet celler som behöver modifieras har stor påverkan på både produktionsbehov och kostnad.
- MOI (multiplicity of infection) är antal viruspartiklar för att infektera 1 cell.
Värdet på MOI är virus- och celltypspecifikt, och hög MOI innebär att fler viruspartiklar krävs per cell – vilket ökar produktionskraven.
Produktionskapacitet:
Produktionskapacitet: Utbud och efterfråga för virusvektorer:
Efterfrågan på virusvektorer ökar kraftigt. Trots detta är endast ett fåtal genterapier godkända globalt, produktionsresurser är fortfarande begränsade och behov av kliniska prövningar är stor.
Underkapacitet och regulatoriska hinder: Det råder global underkapacitet för produktion av virusvektorer.
Produktionen sker ofta i specialiserade anläggningar med hårda regulatoriska krav, det kan därför ta flera år innan LM kandidat produceras till kliniska prövningar (Som kanske inte visar någon effekt). Detta innebär att resurser investeras i produkter som i slutändan kanske inte blir godkända, vilket ytterligare pressar systemet.
Tillverkning av monoklonala antikroppar - Flödesschema:
Tillverkning av monoklonala antikroppar - Flödesschema:
1- Upstream processing: Cellerna odlas i en bioreaktor innehållande näringsrikt odlingsmedium. Produktion i bioreaktor (Med kontrollerad tillväxt och proteinproduktion).
2- Midstream: Separera celler från den producerade lösningen (Filtrering eller centrifugering).
3- Downstream: Rening och formulering av det aktiva ämnet (Virusreduktion).
Cellsystem: Olika typer:
Cellsystem: Olika typer:
* Bakterier: E. coli (Enkla proteiner, icke-glykosylerade).
- Jäst: S. cerevisiae, P. pastoris (Enkel glykosylering).
- Insektsceller: Sf9, Sf21 med baculovirus (Mellanliggande glykosylering); Virusvektorer.
- Däggdjursceller: CHO, HEK293, NS0 (Komplex glykosylering).
Det som skiljer dessa cellsystemen åt är komplexitet av det producerade proteinet, om glykosylering uppkommer eller ej, då glykosylering påverkar egenskaperna av proteinet i kroppen som LM.
Bioreaktorsystem
Bioreaktorsystem
· Systemtyper:
1. Omrörda tankreaktorer: Stor kärl med omrörare, där sensorer används för att kontrollera viktiga parametrar i processen.
2. Våg-/gungbioreaktorer.
3. Hollow fibersystem (MF/TFF): Kontinuerligt separerar och samlar upp producerade proteiner från levande cellodlingar – utan att störa tillväxten av cellerna själva.
4. Fixed bed-reaktorer
Systemtyper - Överväganden:
* Single-use vs. rostfritt stål: Single-use används mest.
Bioreaktorer kan vara engång användning eller av stål; Dyrare med stål som kräver rengöring och validering. Engångs bioreaktor är populär som är plastpåse som slängas efter användningen men är kostsam.
* Uppskalningsförmåga: Hur lätt att skala upp.
* Avancerat kontrollsystem
* Kostnader (CAPEX/OPEX): Alla operativa kostnader.
· Processparametrar: Identifiera om man ha kontaminering men även för att kontrollera dessa parametrar i bioreaktorn: 1. Temperatur 2. pH 3. Löst syre 4. CO₂-nivåer 5. Omrörningshastighet 6. Näringskoncentration 7. Olika metaboliter
Processparametrar - Överväganden:
* Noggrann optimering och kontroll.
* Komplext, multidimensionellt parameterutrymme.
* Process intensifiering.
Skörd och klarning - Midström:
Skörd och klarning - Midström: Syftet med skörd och klarning:
1.Rening och avlägsnande av föroreningar för att kunna fina separations mekanismer i nedström och öka biosäkerhet (Avlägsna bakterier, virus).
* Cellskräp.
* DNA/RNA, kromatin.
* Värdcellsproteiner (host cell proteins) och proteinaggregat.
* Endotoxin (bakteriefermentering): Endotoxiner är ämnen som finns hos bakterieceller. Extremt potenta; Även mycket små mängder kan orsaka feber, inflammation och i allvarliga fall septisk chock hos människa.
2.Ökad biosäkerhet
* Minskning av biobelastning (bakterier, mykoplasma, virus).
3.Processekonomiska aspekter: Detta anses vara viktig ur ett ekonomiskt perspektiv (Ju mer rening i Midström, desto mindre kostnader i nedström). Ju renare produkt —> Enklare process nedström.
* Skydd av kromatografikolonner.
* Reducerad filterstorlek/filterkostnad nedströms.
* Skalbarhet.
* Produktutbyte och kvalitet.
Modern skörd och klarning - Processintensifiering:
Modern skörd och klarning - Processintensifiering: Utmaningar med moderna processer:
* Ökande celldensitet (från 3 till 200 miljoner celler/ml)
* Höga proteinhalter
* Höga nivåer av icke-levande celler och cellnedbrytning (lysis)
* Höga nivåer av processföroreningar (HCP, DNA)
* Högre krav på renhet nedströms
Primär skörd (Djup filtrering): Vanlig metod: Djupfiltrering (depth filtration) – den mest använda tekniken idag. Kan även inkludera centrifugering som första steg.
Sekundär skörd (Fin rening): Få bort små föroreningar som fritt DNA och Host Cell Proteiner (HCP). Vanliga metoder: Finfiltrering.
Disc stack separator ultracentrifugation:
Disc stack separator ultracentrifugation:
Används för att snabbt och effektivt separera celler och cellrester från odlingsvätska efter eller cellodling i bioreaktorer. Där bioreaktorn delar upp cellrester (cellskräp) i fraktioner:
1- Heavy centrate: Består av DNA och Kromatin.
2- Light centrate
Proteininfångning och polering - Nedström:
Proteininfångning och polering - Nedström:
Efter skörd/klarning (Midström), fortsätter reningen i två huvudsakliga kromatografisteg:
1- Proteininfångning:
Exempel på teknik:
- Protein A-affinitetskromatografi
2- Polering:
Exempel på teknik:
- Jonbytarkromatografi (IEX)
Proteininfångning och polering - Nedström:
Proteininfångning och polering - Nedström:
1. Plattformsmetoder: * Protein A-kromatografi (antikroppar) * Affinitetskromatografi (taggade proteiner): Som har speciell affinitet till kolonn. * Jonbyteskromatografi (IEX) 2. Poleringssteg: När virusvektorer (t.ex. för genterapi) eller andra stora biomolekyler produceras, krävs finrening (polering). * Jonbyteskromatografi (IEX) * Hydrofob interaktionskromatografi (HIC) * Storleksseparationskromatografi (SEC)
Överväganden:
* Bindningskapacitet: Antal gånger man kan använda kolonnen.
* Elueringsbetingelser
* Hartslivslängd (resin life-time)
* Kolumntryck
* Rengöringsvalidering
Virussäkerhet:
Virussäkerhet: Eftersom biologiska läkemedel ofta produceras i levande celler, finns det alltid en risk för viruskontaminering. Virussäkerhet är därför ett kritiskt kvalitets- och säkerhetskrav.
1- Virus inaktivering: Med låg pH
2- Virus filtrering
Virusrisken kan komma från produktionsceller (levande celler), tillsatser från djur, personal och miljö, men de flesta viruskontamineringar kommer från själva organismen.
Virussäkerhet
* Viruskontaminering händer sällan
Virussäkerhet
* Viruskontaminering händer sällan (∼0.04% av alla tillverkade batcher) MEN när det händer konsekvenserna är mycket allvarliga. Vid viruskontaminering i industri, allt ska kasseras och speciell steril gas pumpas in, processen ska valideras igen och patienter som är beroende av LM kan påverkas, för att detta kan ta halv år. Företag kan tappa marknaden:
- Kasserade produktionspartier
- Sanering av lokaler och utrustning
- Omvalidering av produktionsprocesser
- Läkemedelsbrist för berörda patienter
- Tappad marknadsandel till konkurrenter
- Vanligaste källan av kontaminering är tillsatser som härrör från djur (liksom FBS, FCS) som används under cellodling.
- Det är ett regulatoriskt krav att inkludera minst 2 dedikerade och oberoende steg för virusborttagning.
- Virusinkativeringsmetoder (gäller bara stora kapslade virus)
- Låg pH-behandling
- S/D (solvent-detergent)-behandling: Kombination av ett lösningsmedel och ett detergent, dessa ämnen löser upp virusets lipidmembran.
I Nedströmsprocessen är det detekterat att ha två metoder som är virus borttagande som är oberoende av varandra, vid behov även andra saker som värme och UV.
- Virusfiltrering med 20 nm membranfilter (gäller även små icke-kapslade virus)- Enskilt dyraste steget för hela nedströms produktionen.
- Andra metoder kan tillämpas vid behov (värme, UV-C).
Biosäkerhet och virusborttagning:
Biosäkerhet och virusborttagning:
Riskreduceringsstrategier:
* Råmaterialskvalificering, kontroll av leverantörer och förvaringslokaler (skadedjur).
* Användning av kemiskt definierade tillsatser under odlingen istället för ämnen som härrör från djur (fetal bovine serum, albumin).
* Cellbankstestning.
- In-process-testning:
- Kontroll av processparametrar att detektera avvikelsen (pH, näringskonsumption, syrekonsumption, CO2-nivåer). OBS! Vissa virus förökar sig utan att orsaka särskilt stor förändringar i celltillväxt.
- Tidigare tog det upp till 2 veckor att detektera och verifiera kontaminering pga cellodling (för sent).
- Vissa virus har ingen etablerad cellinje för odling (svårt att konfirmera kontaminering).
- Moderna PCR-metoder är snabbare att detektera kontaminering.
- Virusrensningsvalidering.
- Främmande ämnen kontroll.
- Kräver specialiserade anläggningar och expertis för att säkert hantera modellvirus.
Virusfilter är kostsamma: Ofta vid produktion av biologiska LM är virus borttagning det dyraste steget för att dessa filter är engångsanvändning.
Gör man inte filtrering i mindre skala först? Jo, men vid uppskalningen kan man märka att filtreringsprocessen inte är tillräcklig.
När processen skalas upp ökar inte bara volymen – även antalet viruspartiklar ökar markant, vilket ställer högre krav på filtreringskapacitet och robusthet. Filtrering som fungerar i liten skala är inte alltid tillräcklig i stor skala och måste valideras noggrant.
Slutlig formulering:
Slutlig formulering: För att justera pH (Man använder ju låg pH som virus inkativerings metod):
* Används för att justera pH, uppnå önskvärd koncentration och förbättra proteinstabilitet.
* Kräver omfattande stabilitetsstudier under olika förhållanden för att säkerställa produktens hållbarhet.
* UF/DF (ultrafiltration-diafiltration) med hjälp av tangentiell flödesfiltrering är den vanligaste metoden för buffertbyte, koncentrationsjustering.
Överväganden - Slutlig formulering:
* Bufferttsammansättning
* pH-optimering
* Val av hjälpämnen (olika sockerämnen, surfaktanter, aminosyror)
* Tonicitet/osmolalitet: Vid injektion.
* Koncentration (subkutant)
* Frystorkning/Spraytorkning (om lämpligt)
Formulering av högkoncentrerade antikroppsläkemedel:
Formulering av högkoncentrerade antikroppsläkemedel:
Proteinkoncentration:
* Upp till 200 mg/ml
Formuleringens pH:
* pH-intervall på 5–6 är vanligast för att inte bilda aggregat, för att under Nedströmsprocessen används pH som är låg för virusborttagning, därför måsta man justera pH.
Hjälpämnen:
* Två eller fler (upp till fyra) aminosyror är vanliga, bidrar till ökad proteinstabilitet.
* Histidin är den mest använda bufferten.
* Arginin är det mest använda viskositetssänkande ämnet.
* Vissa produkter använder metionin som antioxidant.
* Sackaros är det mest använda tonicitetsämnet och sockerstabilisatorn, dock vissa tillverkare föredrar trehalos.
* Polysorbat 80 är det mest använda surfaktanten.
Beredningsform:
* Lösningar är den vanligaste beredningsformen.
* Även när frystorkade produkter finns tillgängliga erbjuds även dess lösningsanalog.
Administrering:
* Subkutan (SK) administrering är lämpligast för högkoncentrerade antikroppsläkemedel.
ENHANZE® teknologi:
* ENHANZE är rekombinant humant hyaluronidas PH20 (enzym) som används vid SK-injektioner, bryter ner lokalt hyaluronsyra i huden för att skapa plats för större injektionsvolymer.
Hög koncentration protein produkt → Subkutant → Injektionsvolym kan vara stor → Hyaluronidas PH20 möjliggör subkutan injektion av stora volymer (t.ex. biologiska läkemedel med hög proteinkoncentration), då den bryta ner hyaluronsyra och skapar mer plats i vävnaden.
Förpackning för ökad stabilitet:
* Glasflaskor och vialer.
Processvalidering:
Processvalidering: För att minska validering kan man använda sig av single-use metoder:
Valideringssteg:
* Processdesign (utveckling)
* Processkvalificering
* Utrustningskvalificering
* Processprestationskvalificering
* Kontinuerlig processverifiering
* Hur processförståelse och karakterisering direkt påverkar valideringsstrategi och framgång
* Det blir vanligt att gå helt över till single-use produktionsmetoder
Regulatoriska överväganden - Viktiga inlämningskomponenter:
Regulatoriska överväganden - Viktiga inlämningskomponenter:
* Chemistry, Manufacturing, and Controls (CMC)
* Jämförbarhetsprotokoll för processförändringar
* Valideringsmästarplaner
* Stabilitetsdata
Sammanfattning:
Sammanfattning:
* Tillverkning av biologiska läkemedel kombinerar vetenskap, teknik och regulatorisk expertis (i högre grad än tidigare).
* “Processen definierar produkten” förblir den vägledande principen.
* Integration av uppströms- och nedströmsprocesser är avgörande för framgångsrik tillverkning.
* Biosäkerhet av biologiska läkemedel är kritisk för dess användning.
* Quality by Design-metoder förbättrar processrobusthet.
* Framväxande teknologier fortsätter att omvandla området.
