Przyspieszamy produkcję w małych, dynamicznych fabrykach biofarmaceutycznych

W sektorze biofarmaceutycznym szybkie wprowadzenie produktu na rynek jest kwestią krytyczną, ponieważ rośnie popyt na przeciwciała monoklonalne (mAbs), szczepionki bakteryjne oraz komórki ssaków używane do celów terapeutycznych. Roczna produkcja biofarmaceutycznych produktów białkowych sięga ponad 17 milionów litrów w skali globu. Innowacyjne rozwiązania, w tym wirówki perfuzyjne GEA kytero do jednorazowych zastosowań, zaprojektowane pod kątem bardzo intensywnej, ciągłej separacji komórek, odpowiadają na potrzeby producentów planujących czerpać zyski na tym dynamicznym rynku oraz budować sukces z pomocą solidnych i łatwo skalowalnych procesów wyższego szczebla. Nowe wirówki perfuzyjne oferują transformacyjne podejście, które pomaga zwielokrotnić uzysk, osiągnąć bezprecedensową wydajność oraz znacznie szybciej odpowiadać na potrzeby placówek medycznych i pacjentów. 

Ciągłość oznacza oszczędność

Ciągłe przetwarzanie optymalizuje czas produkcji i zmniejsza nakłady pracy związane z uruchamianiem cykli biofarmaceutycznych. Operatorzy nie muszą już czekać do zakończenia partii, aby oddzielić komórki i zebrać docelowe białko — aktywny składnik farmaceutyczny — z podłoża zawierającego ten produkt. Komórki nie są odrzucane, lecz kierowane z powrotem do bioreaktora, dzięki czemu produkcja może biec tygodniami, a nie tylko w cyklach godzinnych czy dziennych. Produkt jest pozyskiwany już od pierwszego dnia. 

Dzięki tej innowacji nowe formuły szybciej trafiają do obrotu, a uznane produkty są dostarczane bez utraty cennego czasu. Co ważne te same hodowle komórkowe są wykorzystywane powtórnie przez cały cykl wielotygodniowy i nie muszą być świeżo hodowane na potrzeby kolejnych partii. 

Ciągłość oznacza oszczędność, ale w przeszłości tylko duże fabryki mogły korzystać z takiego podejścia. Niebawem zmieni się to za sprawą nowych wirówek perfuzyjnych do jednorazowych zastosowań, gdy opisywaną technologię udostępnimy mniejszym firmom farmaceutycznym, które mają bardziej ograniczoną przestrzeń roboczą, mniejszą liczbę pracowników, skomplikowane schematy przepływu pracy i zajadłą konkurencję. Firmy te najczęściej realizują swoje kluczowe zadania przetwórcze za pomocą nowoczesnego sprzętu do jednorazowych zastosowań. Skomplikowane cykle czyszczenia wymagające dodatkowej przestrzeni, zasobów, pracowników i czasu byłyby dla nich przytłaczające. W 2021 roku wirówki do jednorazowych zastosowań, wyposażone w łatwą technologię separacyjną opartą na zestawie tarcz do przetwarzania partiami, zostały po raz pierwszy udostępnione mniejszym ośrodkom badawczo-rozwojowym i zakładom produkcyjnym, oferując im wysoką wydajność, niezwykłą elastyczność i nieskomplikowaną obsługę. Nowe wirówki perfuzyjne do jednorazowych zastosowań z tej serii — pierwsze w swoim rodzaju — pozwalają małym zakładom uzyskać ten sam efekt przy zastosowaniu ciągłej produkcji.

Stosowane procesy biofarmaceutyczne 

Hodowla komórek w bioreaktorze i późniejszy zbiór białka to kluczowy proces wyższego szczebla w produkcji biofarmaceutycznej. Gdy komórki wzrosną już wykładniczo w reaktorze, należy je wyjąć ze zbiornika i odseparować od pożywki hodowlanej — jest to proces, który można zoptymalizować z pomocą przetwarzania perfuzyjnego. Niestety w przeszłości przejście na konfigurację perfuzyjną wydawało się niezwykle drogie i ryzykowne. Właśnie to było głównym powodem niechęci wielu producentów farmaceutycznych — nawet większych fabryk. Moduły perfuzyjne do jednorazowych zastosowań pomagają rozpocząć przetwarzanie perfuzyjne przy stosunkowo niewielkich wysiłkach i nakładach, likwidując przy okazji wiele typowych barier dla tego procesu. Oto przegląd typowych opcji przetwarzania:

Przygotowanie inokulum (komórek starterowych).

Bez względu na konfigurację procesu hodowli i separacji komórek, etap przygotowawczy jest taki sam: Komórki z poddanych krioprezerwacji fiolek są wstępnie hodowane w kolbach do wstrząsania umieszczanych w wytrząsarce inkubatora. Przenoszenie (usuwanie pożywki i przenoszenie komórek do świeżego podłoża hodowlanego) można wykonywać w standardowych odstępach (np. co drugi dzień), aby poprawić propagację szczepu komórkowego przed inokulacją. 

Opcja 1: Hodowla wsadowa

Prosty proces wsadowy może się okazać najwydajniejszą metodą hodowli i separacji komórek w przypadku prac badawczo-rozwojowych. Kultura komórkowa może być aktywna przez mniej niż siedem dni albo nawet tylko kilka godzin, po czym jest wprowadzana do małego separatora lub innego modułu retencji komórek, aby oddzielić komórki oraz wyizolować żądany produkt. Kluczową zaletą tej procedury jest łatwość konfiguracji oraz zabezpieczenia przed skażeniem. 

Opcja 2: Hodowla okresowa z zasilaniem

Wsadowe procesy hodowli komórek mogą być realizowane tylko przez ograniczony czas, zanim substancje odżywcze w podłożu zostaną wyczerpane, a toksyczne bioprodukty metabolizmu komórek przekroczą wyznaczony limit, wpływając na żywotność komórek. Dzięki hodowli okresowej z zasilaniem limit ten można wydłużyć do ponad 15 dni. Proces ten polega na wielokrotnym wymianie podłoża w bioreaktorze na świeży substrat z osobnego zbiornika zgodnie z precyzyjnie wyznaczonym harmonogramem. Przy takiej procedurze usuwane są toksyczne cząstki i w odpowiedniej ilości dodawane są kolejne substancje odżywcze, które podtrzymują aktywność wsadu, ale objętość pożywki należy ostrożnie równoważyć, żeby nie rozrzedzić kultury. Po całym cyklu produkt jest zbierany tak samo jak w klasycznym procesie wsadowym. Hodowla okresowa z zasilaniem, choć wymagająca, pozwala produkować na skalę handlową. Zapewnia wysokiej jakości uzysk, odpowiednią gęstość komórek oraz właściwe miano przeciwciał.

Opcja 3: Hodowla perfuzyjna

Stosowanie konfiguracji perfuzyjnej, na przykład systemu wirówki perfuzyjnej GEA kytero, pozwala wydłużyć proces hodowli komórek do skali liczonej w tygodniach. Podłoże w bioreaktorze, zawierające komórki, produkty komórkowe i składniki odżywcze, jest w trybie ciągłym transportowane do wirówki perfuzyjnej, co pozwala natychmiastowo uzyskać cenny produkt. Zużyte podłoże jest usuwane wraz ze zbieranym produktem w takim samym tempie, w jakim świeża pożywka jest dodawana do reaktora, dzięki czemu pożywka hodowlana w bioreaktorze ma stałą objętość. Wskaźnik takiej wymiany nazywamy dzienną objętością zbiornika. Odseparowane komórki są bez uszczerbku dla swojej żywotności zwracane z modułu separacyjnego, wyposażonego w specjalny port, do bioreaktora. 

Ułatwianie perfuzji: Wysokowydajna separacja z zestawem tarcz 

Dostępnych jest kilka metod retencji komórek zapewniających właściwe oddzielenie komórek, na przykład filtracja o zmiennym stycznym przepływie czy filtracja o stycznym przepływie, podczas których cząstki są oddzielane według rozmiaru. W procesie separacji z zestawem tarcz wykorzystywana jest z kolei siła odśrodkowa oddzielająca cząstki na podstawie ich masy. 

Ta druga technologia, doskonalona przez inżynierów GEA zajmujących się technologiami oddzielania oraz używana w wielu fabrykach farmaceutycznych na całym świecie, oferuje zalety pod względem wydajności, elastyczności i przestrzeni. Separacja z zestawem tarcz gwarantuje niezwykle wyjątkową gęstość komórek i uzysk z odsetkiem przechwyconych cząstek stałych na poziomie 99%. Można ją dostosować pod kątem małych różnic wagowych i wykonywać dzięki temu zautomatyzowane zadania separacyjne, które można modyfikować codziennie. Koncepcje mechaniczne zakładające brak tarcia i niskie siły ścinające utrzymują minimalny wzrost temperatury, aby zapewnić maksymalną żywotność komórek.

Przełomowa wygoda jednokrotnego użycia

W serii GEA kytero sprawdzona technologia zestawu tarcz została użyta w wyjątkowo niewielkich urządzeniach z łatwym w obsłudze elementem do jednorazowych zastosowań, który zawiera całą technologię zestawu tarcz. Element ten i wszystkie powiązane z nim linie wlotowe i wylotowe — to znaczy wszystkie części mające kontakt z produktem — są po prostu wymieniane po cyklu produkcyjnym, co zapewnia maksymalną wygodę oraz chroni przed zanieczyszczeniem. Opcjonalnie dostępne są wymienne kartridże poddane działaniu promieniowania gamma. 

Niedawno wprowadzone wirówki perfuzyjne z tej serii oferują takie same zalety jak oryginalne modele działające w trybie hodowli okresowej z zasilaniem: Nie jest wymagane mycie ani czyszczenie w autoklawie, dzięki czemu urządzenie może zostać w kilka minut przygotowane do następnego cyklu w trybie ciągłym. Wirówki nie wymagają żadnych mediów za wyjątkiem zasilania i dopływu powietrza. Pasują do każdego zakładu, zwłaszcza w porównaniu do klasycznych systemów filtracji. Podobnie jak w przypadku wirówek z zestawem tarcz, nie trzeba organizować specjalnego miejsca na wymianę filtrów ani przydzielać do tego pracowników.
 
Nie licząc innowacyjności niewielkiego, szczelnego, w 100% zabezpieczonego przed zanieczyszczeniem systemu, urządzenia GEA kytero oferują bezdotykowy system napędu, który doskonale pomaga zapewnić bezpieczeństwo biologiczne. 

Rozpoczynanie pracy i rozwijanie produkcji z pomocą technologii perfuzji

Wirówki perfuzyjne GEA kytero są oferowane w dwóch wariantach do bioreaktorów 500-litrowych oraz 2000-litrowych, dzięki czemu umożliwiają przetwarzanie przy zmniejszonej z przyczyn ekonomicznych ilości drogich szczepów komórek. Nowa wirówka do najmniejszych zastosowań badawczo-rozwojowych w laboratoriach, przygotowana do wsadowych i perfuzyjnych procesów testowych, ma zostać wprowadzona na początku 2025 roku. 

Użytkownicy testujący urządzenia GEA kytero odkryli, że pomagają one pokonać aktualne ograniczenia. Testy i produkcję wykonywane za pomocą tych komponentów można też prowadzić w większej skali przy użyciu modeli do zastosowań jednorazowych. Możliwa jest również produkcja przemysłowa z udziałem klasycznych separatorów ze stali szlachetnej, należących do znanych serii GEA Pharma Aseptic oraz GEA Pharma Pure – a co za tym idzie możliwe jest stosowanie technicznej zasady separacji z zestawem tarcz, która umożliwia bezpieczny transfer procesu i ułatwia walidację.

Producenci biofarmaceutyczni, którzy planują stosować procesy perfuzyjne oraz zdobyć większe udziały na dynamicznym rynku farmaceutycznym, mogą wykorzystać do swojej działalności zalety technologii perfuzyjnej do jednorazowych zastosowań.