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Warum ist Bioherstellung so schwer?
Anfang des Jahres gab das in Cambridge ansässige Biotech-Unternehmen Genzyme die neueste in einer Reihe von Produktionsverzögerungen für Fabrazyme bekannt, ein biologisches Medikament zur Behandlung einer seltenen genetischen Störung, nachdem eine Charge des Medikaments kontaminiert war. Die Nachricht folgte einem schwereren Rückschlag im Jahr 2009, als sowohl Fabrazyme als auch ein anderes Medikament mit einem Virus kontaminiert wurden; das Problem schloss die Produktionsstätte und führte zu großen Engpässen.
Der Chemieingenieur Chris Love am MIT will die Produktion von biologischen Arzneimitteln vorhersehbarer machen.
Genzyme ist mit diesen Problemen nicht allein. Biologika – Medikamente, die durch einen biologischen Prozess und nicht durch chemische Synthese hergestellt werden, eine Kategorie, die rekombinante Proteine, Impfstoffe und Antikörper umfasst – sind das am schnellsten wachsende Segment der pharmazeutischen Industrie. Im Jahr 2008 wurden fast 30 Prozent des Umsatzes der Top-100-Medikamente mit Biologika erzielt, eine Zahl, die bis 2014 auf 50 Prozent steigen soll.
Aber die gleichen Faktoren, die Biologika zu wirksamen Medikamenten machen, machen ihre Herstellung auch zu einer Herausforderung. Sie ahmen typischerweise Proteine und andere Moleküle nach, die in lebenden Organismen vorkommen, und können mit großer Genauigkeit schädliche Einheiten wie einige Krebszellen angreifen; viele der vielversprechendsten neuen Medikamente gegen Krebs und andere Krankheiten fallen in diese Klasse. Biologika sind in der Regel größere und komplexere Moleküle als Medikamente, die durch chemische Reaktionen synthetisiert werden, was die Produktion erschwert und teuer macht. Eine Einzeldosis einiger biologischer Therapien kann 10.000 US-Dollar kosten.
Biologika werden meistens von Zellen hergestellt, die in einem Bioreaktor wachsen, einem Bottich, der sorgfältig kalibrierte Bedingungen aufrechterhalten soll. Da die Zellen leben, kann das Ergebnis jedes Mal, wenn Sie einen Reaktor betreiben, etwas anders sein, sagt Chris Liebe , ein Chemieingenieur, der Teil des MIT ist Forschungsprogramm Biomanufaktur . Diese inhärente Variabilität macht den Prozess sowohl teuer als auch unvorhersehbar.
Ein weiteres Problem ist, dass es für die Zulassung von Biologika durch die Aufsichtsbehörden nicht ausreicht, dass das Medikament selbst zugelassen wird, wie dies bei niedermolekularen Medikamenten der Fall ist. auch das Herstellungsverfahren muss genehmigt werden. Dies ist zwar aus Sicherheitsgründen wichtig, macht es aber auch kostspielig, den Produktionsprozess nach der Zulassung zu ändern, was Innovationen abschreckt. Wenn das Medikament auf dem Markt ist, arbeitet man mit alter Technologie, sagt Charles Cooney , ein Chemieingenieur am MIT. Sie müssen die Technologie viele Jahre vor der Markteinführung eines kommerziellen Produkts einbinden.
Und selbst bei der Entwicklung experimenteller Medikamente halten sich die Hersteller an Methoden, die sich zuvor als sicher erwiesen haben. Infolgedessen wurden neue Fortschritte in der Systembiologie und Mikrotechnologie nicht in die Biofertigung integriert, sagt Love.
Forscher verwenden diesen Mikrochip, um nach Zellen zu suchen, die Proteine am produktivsten produzieren können.
Er und andere Forscher hoffen, dies zu ändern, indem sie die Bioproduktion berechenbarer machen. Eines der Ziele von Love ist es, sicherzustellen, dass die Zellen, die diese teuren Medikamente produzieren, so produktiv wie möglich sind, was die Kosten senken sollte. Dafür nutzen die Forscher die natürlichen Produktivitätsunterschiede zwischen den Zellen. Sie fördern Mutationen, um genetische Variabilität zu erzeugen, und verwenden dann Mikrochips, um das Verhalten einzelner Zellen zu analysieren, und wählen die produktivsten für die Produktion in größerem Maßstab aus.
Eine zweite große Herausforderung in der Biomanufaktur ist die Sicherstellung der Qualität der Medikamente, die kompliziert ist, da sich proteinbasierte Medikamente in eine dreidimensionale Form falten und die entsprechenden chemischen Markierungen aufweisen müssen. Und weil diese Medikamente unter für Mikroben günstigen Bedingungen hergestellt werden, können sie mit Viren infiziert werden. Viele Fehler werden gemacht, weil wir nicht die richtige Analytik haben, um das Produkt oder den Prozess zu messen, sagt Cooney. Die Herstellung befindet sich auf einem kritischen Weg zwischen Wissenschaft und Patient und sollte in das Kontinuum der Arzneimittelentwicklung integriert werden. Ich denke, die meisten Unternehmen wissen, dass sie frühzeitig in die Fertigung investieren müssen, aber sie investieren nicht frühzeitig genug in die Prozessentwicklung.