Автоматизация процесса разработки клеточных линий в фармацевтическом производстве для создания и выпуска инновационных лекарственных препаратов
Современное производство инновационных биофармацевтических препаратов требует эффективной организации процесса разработки продуцентов и запуска технологии в серийное производство. Это необходимый этап как для организации производства оригинальных лекарственных средств, так и для биосимиляров.
Сокращение затрат, экономия ресурсов, повышение воспроизводимости культивирования и исключение ошибок при выборе эффективных продуцентов способны серьезно повысить прибыльность и конкурентоспособность фармацевтического предприятия. Международный биотехнологический центр (МБЦ) «Генериум» успешно решил данные задачи с помощью первой в России системы автоматизации культивирования клеточных линий ambr15 компании Sartorius Stedim Biotech.
Описание ситуации
В биофармацевтике для производства активного вещества, обладающего желаемым фармакологическим эффектом, используются клеточные линии, способные эффективно его производить. Новая клеточная линия создается с помощью трансфекции. Однако после ее проведения получается смесь продуцентов, у каждого клона необходимый участок может встроиться в разные места генома. Поэтому необходимо выделить ту линию, которая даст наиболее жизнеспособное потомство с максимальной экспрессией целевого белка, что является достаточно трудоемким процессом. Дополнительно по его завершении необходимо оптимизировать протокол культивирования отобранного клона, так как на жизнеспособность клетки и её жизнедеятельность влияет множество параметров: рН; среда, в которой культивируется эта клетка; концентрация растворенного кислорода; температура.
Одновременно в работе могут быть 5–10 проектов. Для каждого из них создается не один продуцент, также разрабатываются варианты или резервные копии. В итоге за полгода речь идёт о десятках продуцентов, каждый из которых выбирается из 5–10 тысяч клонов.
Многие биотехнологии отмечают, что при отборе лидера с помощью шейкеров при переходе в дальнейшем на промышленные биореакторы лидеры часто могут меняться местами. Выбор неправильного лидера ведет к серьезным временным, финансовым и ресурсным затратам на оптимизацию процесса, который изначально идет в ложном направлении и не принесет ожидаемого результата.
Дмитрий Потеряев, руководитель отдела клеточной биологии МБЦ «Генериум»: Серьезной задачей является подбор условий для культивирования. Очень важным для качества белка, например, является pH-статирование или уровень растворенного кислорода, отбор определенных, индивидуальных для каждого клона питательных добавок. Лучше всего осуществлять подбор в биореакторе. Однако мы не можем культивировать в 24 параллельных биореакторах одновременно, они заняты другими задачами. Можно использовать шейкерные колбы, но этот процесс достаточно трудоемкий и имеет целый ряд недостатков. Прежде всего, они не позволяют проводить мониторинг всех физиологических параметров культуры. А, самое главное, то, как себя культура ведет в этих шейкерных колбах, серьезно отличается от ее поведения в биореакторе.
Задача
Перед специалистами была поставлена следующая задача: имея многовариантные условия культивирования, быстро и точно отобрать лидера – клеточную линию с максимальной производительностью по целевому белку, и подобрать условия, максимизирующие выход белка.
При выборе решения специалисты преследовали несколько целей:
- обеспечить корректность выбора продуцентов
- устранить человеческий фактор при поточной разработке клеточных линий
- получить возможность проводить полноценный многопараметри-ческий поиск оптимальных условий культивирования DoE (Design of Experiment).
Решение
Для решения этих задач компанией ОПТЭК был предложен прибор Sartorius ambr15, который отвечал всем обозначенным параметрам. Это платформа, на которой происходит параллельное культивирование в 24 микробиореакторах (также существует версия на 48 биореакторов). Прибор ambr15 полностью имитирует процесс, происходящий в промышленных биореакторах, что улучшает масштабирование. Его работа полностью автоматизирована, это устраняет человеческий фактор при добавлении разных добавок, поддержании заданных условий культивирования, проведении пробоотбора.
Благодаря автоматизации появляется возможность отдельно программировать параметры для каждого из 24 биореакторов и, таким образом, вести 24 параллельных процесса, не путаясь и точно воспроизводя план эксперимента. Например, если pH начинает выходить из заданных интервалов, система самостоятельно компенсирует эти изменения, добавляя щелочь или увеличивая подачу CO 2. Также контролируется оптимальное содержание растворенного кислорода. Процесс соответствует тому, как это в дальнейшем будет происходить в промышленном биореакторе.
Процесс настройки и запуска
Продуценты, показавшие себя лидерами при культивировании на приборе ambr15, лидировали также и при переходе на промышленные биореакторы. Кроме того, специалисты МБЦ «Генериум» были полностью удовлетворены системой обучения работе на приборе, которую предлагает компания ОПТЭК. Перед началом обучения эксперт компании ОПТЭК обсуждает план проведения первого эксперимента, прописывает программу для него, и в течение этой первой недели инструктаж проводится на примере первого эксперимента.
Таким образом, благодаря оптимальному построению системы обучения к концу недели пользователь не только чувствует себя уверенным в работе с прибором, но и одновременно получает первые данные.
Результаты
Второй важный момент: существует множество параметров, они могут варьироваться, и именно в таких условиях необходимо отобрать лидера. Результат эксперимента можно наблюдать только через 10–14 дней, что является стандартным сроком для наработки белка. Таким образом, в течение месяца в стандартных условиях возможно провести всего два-три цикла. Тот факт, что за первые полгода было разработано пять продуцентов на основе CHO клеток (как биосимиляров, так и оригинальных разработок МБЦ «Генериум»), показывает, что всего за два-три цикла удалось опробовать разные условия. Это позволило корректно выбрать лидера и предварительные условия, которые затем будут оптимизированы при масштабировании.
Безусловно, фармацевтическое производство нацелено на получение прибыли. Сокращение пути от начала запуска производства до момента получения прибыли можно считать экономией, оценив, насколько вкладывается меньше труда и средств, и получив при этом больше данных. Это также является дополнительной возможностью увеличить конкурентоспособность.
Дмитрий Потеряев, руководитель отдела клеточной биологии МБЦ «Генериум»:С точки зрения общего процесса создания лекарственного вещества, который занимает порядка 15 лет, экономия во времени не очень большая. Но поскольку мы можем резко интенсифицировать как процесс отбора линий, так и общую разработку технологического процесса, у исследовательского отдела появляется возможность вести гораздо больше проектов. Из них, возможно, только 5–10% дойдут до клинических испытаний, но их увеличение на входе повышает шансы на создание большого количества терапевтических препаратов.
Второй способ оценки экономического эффекта – упущенная выгода. К примеру, если компания потратила на три месяца больше времени на обработку продуцента, три упущенных месяца объема продаж этого лекарства и есть прямые потери. Таким образом, сокращение сроков разработки напрямую влияет на экономику проекта.
Кроме того, у специалистов МБЦ «Генериум» с запуском ambr15 появилась возможность проводить такие эксперименты, которые ранее были недоступны просто потому, что существовала большая вероятность человеческой ошибки и серьезная загруженность. Это дизайн используемых сред с применением закупленной ранее библиотеки сред. С использованием шейкеров эта работа была бы бессмысленной. Прибор ambr15, безусловно, помог в создании документации по стабильности продуцента. Например, при ведении около 60 клеточных линий (это международные требования) необходимо показать стабильность контроля параметров процесса в начале, в середине и в конце эксперимента. Безусловно, лучше всего это стандартизовать в такой системе, как ambr15, поскольку многие параметры в шейкерах контролировать невозможно.
Максим Лыков, Исполнительный директор МБЦ «Генериум»: Современная наука в области фармакологии и биотехнологии шагает семимильными шагами, и мы каждый день получаем новые знания, которые проливают свет механизмы, протекающие в организме человека. Эти знания, несомненно, могут и должны быть использованы при разработке современных инновационных, высокоэффективных и безопасных лекарственных препаратов. Использование такого высокотехнологичного инновационного оборудования, как ambr15, существенно сокращает потребность в человеческих ресурсах. Также эта техника позволяет сократить время исследования за счет одновременного проведения множества процессов, которые без автоматизации занимали бы продолжительное время.
Справка:
