Sản xuất protein tái tổ hợp có dược tính sinh học (phần I)

Sản xuất protein tái tổ hợp có dược tính sinh học (phần I) Phát triển quy trình phụ thuộc vào mục đích của sản phẩm Một trong những thách thức trong giai đoạn đầu của quy trình là thiết kế các bước quy trình mạnh để thu nhận có hiệu quả các sản phẩm không ổn định như protein tái tổ hợp từ các dịch lên men để đáp ứng các tiêu chuẩn độ tinh sạch của dược học. Chi phí vận hành của giai đoạn này chiếm khoảng 50- 80% của tổng chi phí do đó việc tối ưu hoá các kỹ thuật giai đoạn đầu này là nhân tố trung tâm trong việc thiết kế một quy trình thích hợp. Quy trình tinh sạch bao gồm các kỹ thuật lọc và sắc ký. Sự kết hợp và thiết kế các bứơc đơn lẽ có tầm quan trọng nhất để phát triển các quy trình có hiệu quả kinh tế. Trong quy trình tổng thể này, thiết kế các kỹ thuật phải được xem xét các khía cạnh khác như loại bỏ các chất nhiễm trong quy trình sản xuất, khả năng mở rộng và tự động hoá, khả năng sắp sếp sản xuất theo một quy trình nhất định và các khía cạnh về quản lý. Tại mỗi bước của quy trình phải được tính toán và tối ưu hoá các thông số hiệu suất, độ tinh sạch và tính ổn định. Việc tinh sạch protein vẫn còn là một trở ngại trong qúa trình phát triển quy trình, đó chính là sự cải thiện chất nền trong phương pháp sắc ký để đáp ứng cho các quy trình tinh sạch hiệu quả hơn. Việc bổ sung thêm một giai đoạn trong quá trình tinh sạch của công ty Rentschler Biotechnologie là đưa thêm vào một kỹ thuật mới như tăng cường sự hấp thu của hạt (EBA) và các chất hấp thu qua màng. Những công nghệ này gia tăng hiệu suất, giảm thời gian toàn bộ quy trình, chi phí và rút ngắn thời gian đưa ra thị trường. Về các tiêu chuẩn tối ưu của chất nền sắc ký là tăng hiệu suất và và độ tinh khiết, các tiêu chuẩn này phải đạt được tiêu chuẩn GMP và thích hợp để sản xuất quy mô lớn. Các nhà sản xuất có thể cung cấp các cột tinh sạch đạt được các đặc tính kỹ thuật để chắc chắn đạt được chất lượng và duy trì chất lượng trong một thời gian dài. Hơn nữa, các chất nền phải được ổn định trong một khoảng pH rộng, cho phép tái chế và làm sạch cột và nên hỗ trợ số lần sử dụng. Trong trường hợp không có ký kết hợp đồng, nhà sản xuất không đảm bảo sự sản xuất của sản phẩm trong một vài năm. Khi sự hấp thu cột được mở rộng, với các kỹ thuật tinh sạch, thách thức là thu nhận protein mục tiêu ở trạng thái hoạt động và có hiệu suất từ hàng trăm hay hàng ngàn các protein được tìm thấy trong sinh vật chủ cũng như nhiều thành phần từ môi trường nuôi cấy tế bào. Các nhà sản xuất thường giải quyết khó khăn này thường là kết hợp nhiều bước của các kỹ thuật và bao gồm các bước ly tâm và lọc. Một khi được làm sạch, protein mục tiêu có thể được tập trung vào các bước siêu lọc và lọc gel hai pha và sau đó tinh sạch với các phương pháp khác nhau kết hợp, thường sử dụng là các phương pháp sắc ký cột kết hợp. Tuy nhiên, gần đây, sự hấp thụ qua cột được mở rộng đã sử dụng kết hợp nhiều bước đơn khác nhau để phân chia tế bào, lọc và cô đặc cũng như tinh sạch sơ bộ trong cùng một hệ thống. EBA gia tăng hiệu suất, giảm thời gian toàn bộ quy trình, giảm chi phí lao động, chi phí vận hành và tiên đầu tư so với các bước truyền thống. Các chất hấp thu qua màng, Các chất hấp thu qua màng là các màng sắc ký có các nhóm chức năng để gắn các phân tử sinh học. Chúng không phải là các chất lỏng, mặc dù cấu trúc của chúng cũng tương tự nhau. Sự phân được thực hiện bằng các liên kết protein không thuận nghịch với các ligand Các phương pháp và buffer được biết từ các phương pháp sắc ký lọc gel truyền thống có thể được ứng dụng được trực tiếp. So sánh với các cột sắc ký truyền thống, các hiệu quả động học chính của các chất hấp thụ qua màng có lỗ lớn được đối lưu với các phân tử chuyển động được chuyển vào các vị trí liên kết bằng sự khuyếch tán màng nhanh bằng áp lực bơm. Sự giới hạn khuyếch tán trong các hạt sắc ký chủ yếu do sự khuyếch tán yếu bởi vì các kích lỗ nhỏ có kích thước nanometer. Các chất hấp phụ cho phép các tốc độ dòng chảy lớn và khả năng liên kết cao đối với các protein. Tuy nhiên, sự dụng các sản phẩm mới, như các chất hấp phụ bằng màng, cũng có thể là trở ngại cho phát triển một quy trình. Do đó, Công ty Rentschler Biotechnologie đang cùng phát triển các màng hấp phụ qua màng mới với công ty Sartorius cũng với các hãng khác. Thiết kế một quy trình thông suốt, đòi hỏi có sự hiểu biết sâu về các đặc tính hoá và sinh học của sản phẩm và các thông tin chi tiết về các điều kiện nuôi cấy và thu nhận (bao gồm các thành phần môi trường, sự sống tế bào, hoạt tính enzyme, sự ổn định sản phẩm và virus). Số lượng sản phẩm lớn cần dược xác định về đặc tính sản phẩm, chất lượng và nồng độ sản phẩm và công thức trước khi phát triển. Sau đó các bước tinh sạch riêng rẽ phải được thực hiện cận thận để loại nhiễm, khả năng tải của cột, các tiêu chuẩn về dung dịch đệm, hiệu suất và thời gian cho toàn bộ quy trình, khả năng nâng cấp để thực hiện trong một quy trình lớn hơn. Khả năng có thể bổ sung các bước siêu lọc, lọc hai hệ thống và lọc qua màng nano và hiệu quả của các bước loại bỏ virus và DNA cần được quan tâm và tối ưu hoá. Thiết kế một quy trình thành công cũng bao gồm sự lựa chon các dung dịch đệm thích hợp để giảm thiễu số lượng và số lần sử dụng các dung dịch đệm. Hơn nữa, tính hoàn nguyên của các chất nền của cột phải được tính toán và tối ưu hoá. Sự phân huỷ sản phẩm phải được kiểm tra dưới các điều kiện của quy trình và thời gian bảo quản để xác định các bước lưu mẫu. Mỗi bước trong quy trình tinh sạch cần phải được tối ưu hoá theo hiệu suất riêng phần và hiệu suất toàn bộ và chất lượng sản phẩm của cách chất trung gian trong các giai đoạn lưu mẫu và số lượng sản phẩm lớn phải được quản lý chặt chẽ. Quy mô của các bước riêng rẽ trong quá trình tinh sạch phải được điều chỉnh theo chất lượng của các sản phẩm dự tính thu nhận.