Karaktärisering av läkemedesproteiner Flashcards
Biologiska läkemedel (biologicals):
Biologiska läkemedel (biologicals):
* Varierade kategorier av produkter
* Generellt stora och komplexa molekyler
* Isolerade från levande organismer
* T.ex mikroorganismer, växtceller, djurceller, och human plasma
- Exampel på biologicals:
- Kolhydrater
- Proteiner
- Nucleinsyror
- Levande celler
- Vävnad
Skala och Komplexitet:
Skala och Komplexitet:
Biologicals och Små Molekyler
* Acetylsalicylsyra (asperin) = 138 Da
- Insulin: Peptid LM = 51 aminosyror = 5,808 Da
- Monoklonala antikroppar: 4 enheter - 2 light chains och 2 heavy chains.
- ≈ 1330 aminosyror
- ≈ 150,000 Da
Man måste se till få rätt struktur och veckning.
Från läkemedelskandidat till kliniska Studier
Från läkemedelskandidat till kliniska Studier
* När man går från att ha en läkemedelskandidat i labbet till att tillgodose material till en klinisk studie, måste man utveckla en process för tillverkning i stor skala.
- Läkemedelsutveckling är strikt reglerad av olika myndigheter i olika världsdelar:
- USA: Food and drug administration (FDA)
- EU: European Medicines Agency (EMA)
- The International Council for Harmonization of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use (ICH): Processerna är reglerade för att underlätta att följa rätta och giltiga reglera kan man följa ICH
ICH: - Har som mål att harmonisera kraven
- Detaljerade riktlinjer för varje steg av läkemedelsutvecklingen och läkemedelsframställningen för att få godkännande.
Definitioner
Definitioner
* Läkemedelssubstans (Eng. Drug substance)
- Den aktiva farmaceutiska ingrediensen som man renar fram från celler och vävnader på organismer
- Slutprodukten från framreningsprocessen
- Startmaterial för läkemedelsprodukten
- Läkemedelsprodukten (Eng. Drug product)
- En eller flera läkemedelssubstanser
- Hjälpämnen/tillsatser
- Startmaterial för den slutgiltiga produkten
- Slutgiltig produkt (Eng. Finished product)
- Den sålda produkten
Framtagning av tillverkningsprocessen
Framtagning av tillverkningsprocessen
Uppskalning av tillverkningsprocessen: labb -> fabrik: ml -> 1000(s) liter
Skapa process som är: Process är ett recept, för att möjliggöra att få exakt samma produkt varje gång. Biologiska LM är dyra, om processen har mindre förlust —> Priset blir lägre.
Därför är det viktigt att skapa en process som är:
Robust
Reproducerbar
Högt utbyte
Hög renhet
Hög aktivitet
Enkel process
Kostnadseffektiv
Olika stadier i LM framställning
1- Kandidat selektion
2- Pre klinisk utveckling
3- Toxicitet studier på djur
4- Kliniska studier på människan (4 faser)
Kliniska studier på människor är dyra. När LM går från kandidat till marknad, måste man undersöka säkerhet och effektivitet med läkemedlet. Ju snabbare man hittar icke-effektivitet eller toxicitet i läkemedlet, desto bättre för att minska risken att slösa pengar.
Framtagning av tillverkningsprocessen
Tillverkningsprocessen ska i stort vara klar innan ”first in human” (FIH)
Framtagning av tillverkningsprocessen
Tillverkningsprocessen ska i stort vara klar innan ”first in human” (FIH), eftersom den slutgiltiga produkten måste ha samma egenskaper som den som testades i de toxikologiska och kliniska studierna.
Om produktionen ändras (t.ex. 1000 L batcher -> 2000 L batches), läkemedelsföretaget måste visa att produkten inte har ändrats.
Toxikologisk studie -> säker dos; Klinisk studie -> effekt
I toxikologiska studier utvärderar man om läkemedlet är toxisk och har biverkningar, men om man ändrar processen har man ändrat på receptet, måste man visa efteråt att det är samma ämne och substans som ska sättas i människa. (Det handlar om uppskalning är därför man ändrar recept)
Processutveckling
* Fyra funktioner/avdelningar:
Processutveckling
* Fyra funktioner/avdelningar:
- Upstream (Producerar material från levande organismer)
- Downstream (Renar fram proteinet)
- Analysis (Utvärderar varje steg)
- Formulering (Bestämmer format på läkemedlet)
Processutveckling:
Optimering av Protokoll + Metod
Processutveckling:
Optimering av Protokoll + Metod
1- Upstream: Cellkulturer, i detta steg fokuserar man på att odla celler som ska producera det önskade biologiska materialet (t.ex. ett protein).
2- Downstream: Preparativ kromatografi: Detta är processen där man extraherar och renar den producerade produkten från cellkulturen. Preparativ kromatografi används för att separera och rena produkten från andra oönskade ämnen (som andra proteiner eller celler), så att man får en ren produkt.
3- Analys: Analytisk kromatografi, i detta steg används analytisk kromatografi för att analysera och kontrollera kvaliteten på den renade produkten.
Processutveckling - Tidslinjer
Processutveckling - Tidslinjer
Mål med optimering:
Nå specifika kriterier inom tidsram:
Utbyte, kostnad, renhet, nivå på specifika föroreningar, etc.
Misslyckad processutveckling:
1) Lägg ned projektet
2) Byt spår:
->Ny version av proteinet
->Annat expressions system (t.ex. bakteria -> djurceller)
Kontaminering och Förorening
Kontaminering och Förorening
Mål: Rena fram ett enskilt protein
Föroreningar är då ämnen som följer med proteinet (t.ex. andra proteiner, kolhydrater, DNA, RNA, fetter, etc.)
Kontamineringar är då smuts som kommer utifrån (t.ex. smutsiga händer, vialer, instrument och maskiner).
Processutveckling: Upstream:
Processutveckling: Upstream:
* Utveckla process för bioreaktor: Där celler växer i
- Skalbar
- Robust: Processen ska fungera pålitligt även om vissa förhållanden varierar, t.ex. temperatur eller näringskoncentration.
- Konsekvent produkt vid variabla mängder: Även om produktionsvolymen förändras, ska slutprodukten alltid ha samma kvalitet och renhet.
- Lämplig för GMP tillverkning
- Får inte vara för komplex
- Hög produktivitet, med låga nivåer av föroreningar
- Bibehålla kvalitet och funktion på proteinet
- Expression systems:
- Bakterier
- Jästceller
- Djurceller
Processutveckling: Upstream
* Jämföra
Processutveckling: Upstream
* Jämföra celllinjer och kloner
* Optimera tillväxtförhållanden (t.ex. media, temperatur, pH)
* Optimera skördningsförhållandena
- Framrening (skörd): Efter att cellerna har producerat den önskade bioprodukten i bioreaktorn måste produkten skördas, som syftar till att separera proteinet från cellerna och andra oönskade partiklar:
- Klarering (centrifugering, filtreringssteg)
- Rena bort celler och celldelar
- Skörda proteinet med ett sista filteringssteg
Processutveckling: Downstream
Processutveckling: Downstream
Målet för framreningsprocessen:
* Få bort föroreningar
- Host cell protein (HCP; ppm): Proteiner från värdcellen som måste avlägsnas.
- Host cell DNA (HCD; ppb): Små mängder DNA från värdcellen som måste bort.
- Produkt aggregering: Undvika att proteiner klumpar ihop sig och blir inaktiva.
- Få bort kontamineringar
- Biologisk börda (Eng. Bioburden; Mängd levande mikroorganismer)
- Endotoxiner (LPS)
- Virus
- Bibehålla produktens funktion och utbyte: Om man värmer protein denatureras dem och då är de inaktiva.
Rening sker med vätskekromatografi (LC-teknik) för att behålla både renhet och funktion.
ppm = parts per million
ppb = parts per billion
Man vill rena produkten så renat som möjligt, men det kan minska mängd produkt, därför måste man balansera. Reningsprocessen måste balansera hög renhet med hög produktmängd, eftersom vissa steg kan minska den slutliga produktutvinningen.
Processutveckling: Downstream
Rening (Eng. Purification)
Processutveckling: Downstream
Rening (Eng. Purification)
1) Minska volymen och föroreningar
2) Flera steg av kromatografi (ofta jonbytkromatografi)
-Så få som möjligt, men inte fler än 3-4 steg
-Nå önskad nivå av renhet
-Minska nivån av föroreningar till målnivåer
3) Slutgiltig koncentrering och buffert byte
Virus:
-Kan introduceras från cellinje, startmaterialet eller operatören (Mänsklig kontakt)
-Steg för inaktivering och filtrering måste inkluderas
Proteinkarakterisering
Proteinkarakterisering
* Under varje steg av framreningen av proteinläkemedlet, samt under processutvecklingen, karakteriseras proteinet med en mängd olika metoder.
- Mål: Att definiera och mäta kvalitetsattribut:
- Egenskaper som kan detekteras och kvantifieras (t.ex. storlek, laddning, struktur).
- Egenskaper som kan relateras till en åtråvärd egenskap (t.ex. stabilitet, biologisk aktivitet, etc)
- Optimeringen av (tillverknings)processen utvärderas sedan med dessa kvalitetsattribut
Proteinkarakterisering av produkten
Proteinkarakterisering av produkten
Kvalitetsattribut för mAb:
1- Aminosyra modifikationer
- Deamidering: Förlust av en aminogrupp, kan leda till förändrad stabilitet.
- Oxidering
- Lysintrunkering: En process där lysinrester (en aminosyra) tas bort eller förkortas i ett protein.
- Blandning av disulfidbryggor
- FC glykosylering: Sockerstrukturer på antikroppens Fc-del påverkar effekt och immunrespons.
2- Strukturella abnormaliteter
- Aggregering
- Felaktig struktur (Eng. misfolding)
- Fragmentering
Dessa förändringar kan ha en direkt påverkan på läkemedlets effektivitet, säkerhet och hållbarhet. Proteinkarakterisering hjälper till att säkerställa att varje batch är konsekvent och uppfyller regulatoriska krav.
Möjlig korrelation till aktivitet, stabilitet och/eller immunigenitet.