Пептидная терапия стремительно меняет облик фармацевтической отрасли, предлагая исключительную специфичность воздействия на мишени, низкую токсичность и способность модулировать сложные биологические пути. От метаболических заболеваний до онкологии — такие пептиды, как инсулин, агонисты ГПП-1, интерфероны или ферментная терапия, делают возможным развитие прецизионной медицины в широком спектре нозологий и задач здравоохранения.
Несмотря на признанный терапевтический потенциал пептидов, их производство в промышленных масштабах сопряжено со значительными сложностями в области технологических процессов и инфраструктуры. Будь то химический синтез или биотехнологическая экспрессия, производство пептидов сталкивается с такими проблемами, как низкий выход продукта, многостадийный сложный синтез, нестабильность характеристик от серии к серии, трудности масштабирования при переходе от лаборатории к производству по стандартам GMP, а также строгие требования к контролю качества — и всё это на фоне стремления соответствовать ужесточающимся нормативным стандартам и принципам устойчивого развития. Эти ограничения могут задерживать выпуск препаратов, создавать нагрузку на цепочки поставок и в конечном итоге ограничивать доступ пациентов к жизненно важной терапии.
Для поддержки растущего спроса на эффективный и масштабируемый синтез пептидов компания METTLER TOLEDO предлагает комплексный набор передового прецизионного оборудования, приборов и программных решений, обеспечивающих качество и точность на каждом этапе производственного процесса.
Ознакомьтесь с подборкой ресурсов для развития производства пептидов — от этапа НИОКР до масштабирования и контроля качества. Создавайте надежные, масштабируемые, экологичные и соответствующие стандартам процессы, используя наши практические руководства и инструменты.
Производство пептидов основывается на передовых методах биохимического синтеза, в частности на твердофазном синтезе пептидов (ТФСП) для получения коротких цепей. В то же время для синтеза более крупных и сложных молекул, требующих посттрансляционной модификации, предпочтительным выбором являются биотехнологические процессы с использованием систем экспрессии рекомбинантных белков или сочетание биопроцессов и биохимического синтеза — это позволяет обеспечить чистоту, биологическую активность и стабильность характеристик продукта.
Биохимический синтез является широко распространенным методом производства пептидов, особенно короткоцепочечных, и в определенных сценариях обладает рядом преимуществ перед рекомбинантными биологическими методами:
Затраты: Производство коротких пептидов менее затратно при малых и средних объемах выпуска благодаря упрощенным требованиям к инфраструктуре, коротким производственным циклам и стандартизированным ресурсам. Тем не менее, рекомбинантные методы могут быть более экономически эффективными при крупносерийном производстве, а также для получения длинных или сложных пептидных цепей. Независимо от выбранного метода — биохимического синтеза или рекомбинантной экспрессии — производство пептидов остается капиталоемким процессом. Каждая технология имеет свои факторы затрат: от расхода реагентов и растворителей при химическом синтезе до сложной инфраструктуры и длительных циклов культивирования при биологической экспрессии. Вследствие этого в отрасли наблюдается выраженное стремление к максимизации эффективности процессов, минимизации вариативности и обеспечению стабильного качества продукции на всех этапах масштабирования.
Гибкость: Данный метод позволяет включать в структуру некодируемые аминокислоты и вносить различные модификации в основную цепь для повышения стабильности молекулы.
Чистота: Химический синтез исключает риск загрязнения продукта примесями клеток-хозяев и позволяет осуществлять прецизионный контроль характеристик продукта. В то же время рекомбинантные методы также позволяют достичь высокой степени чистоты при условии надлежащей организации процессов выделения и очистки (downstream processing).
Рекомбинантные биологические методы обычно применяются для получения крупных белков, требующих сложных посттрансляционных модификаций, и обладают преимуществами для производства пептидов в следующих случаях:
Сложность структуры: В отличие от химических методов, биологические системы обеспечивают правильный фолдинг (сворачивание) сложных пептидов и выполнение специфических посттрансляционных модификаций.
Экологическая устойчивость: Химические методы требуют избыточного количества высокочистых дорогостоящих реагентов и растворителей для обеспечения полноты протекания реакций. Это приводит к образованию значительного объема химических отходов и может зависеть от стабильности глобальных цепочек поставок критически важных растворителей.
Длина пептидной цепи: Биологические методы лучше подходят для производства длинных пептидов (более 50 аминокислотных остатков).
Многие активные фармацевтические субстанции (АФС) на основе пептидов производятся методом твердофазного пептидного синтеза (SPPS) — стадийного процесса, обеспечивающего прецизионный контроль последовательности и модификации цепи. Другие, особенно более сложные или длинноцепочечные пептиды, экспрессируются в биологических системах с использованием микробных культур или клеток млекопитающих.
Несмотря на различия в масштабах и платформах, оба метода требуют строгого контроля технологических процессов и точного обращения с материалами на каждом этапе. Независимо от того, идет ли речь о взвешивании аминокислот, растворителей или реагентов в лабораториях НИОКР (R&D) или о работе с килограммовыми партиями на производстве, точность каждого измерения имеет критическое значение. Минимальные отклонения могут повлиять на:
Эффективность конденсации (coupling efficiency);
Конечный выход и чистоту продукта;
Воспроизводимость от серии к серии.
METTLER TOLEDO предлагает надежные решения для взвешивания как для лабораторных, так и для промышленных условий. От микроаналитических весов, применяемых при разработке рецептур, до напольных весов для производственных цехов — наше оборудование обеспечивает точность и соответствие нормативным требованиям, необходимым фармацевтическим производителям. Интеграция с программными системами также помогает обеспечить полную прослеживаемость и минимизировать ошибки ручного документирования.
Твердофазный пептидный синтез (SPPS) остается «золотым стандартом» производства пептидов короткой и средней длины, включая такие терапевтические АФС, как аналоги ГПП-1 (GLP-1) или кальцитонин. Тем не менее, рабочие процессы SPPS могут быть сложными и включают в себя:
Прецизионное дозирование защищенных аминокислот;
Эффективное удаление защитных групп;
Управление расходом растворителей и контроль протекания реакций.
Понимание динамики реакций конденсации (сочетания) пептидов имеет критическое значение. Инструменты для ИК-Фурье (in-situ FTIR) и Рамановской спектроскопии от METTLER TOLEDO обеспечивают мониторинг каждого этапа синтеза в реальном времени. Это позволяет ученым контролировать реакции снятия защиты и конденсации, на ранних стадиях выявлять незавершенные реакции и сокращать избыточный расход дорогостоящих реагентов.
Точный контроль температуры, перемешивания и добавления реагентов на различных стадиях синтеза с помощью автоматизированных реакторов, таких как EasyMax™ и OptiMax™, способствует оптимизации условий реакций. Это обеспечивает безопасное масштабирование процесса от миллиграммов до килограммов и достижение высокой воспроизводимости при трансфере технологий.
Контроль pH критически важен для стадий отщепления и очистки пептидов. METTLER TOLEDO предлагает датчики серии InPro, специально разработанные для работы в агрессивных растворителях, что гарантирует надежность измерений и соответствие нормативным требованиям на этапах кислотного отщепления или промывки щелочными растворами.
Многие пептиды, в частности интерфероны, ферменты или гибридные (фьюжн) пептиды, производятся с помощью рекомбинантных технологий в микробных системах или культурах клеток млекопитающих. Эти процессы требуют строгого контроля условий окружающей среды и мониторинга в реальном времени для поддержания жизнеспособности клеток, экспрессии белка и качества продукта.
В процессе ферментации необходимо прецизионно контролировать такие параметры, как pH, содержание растворенного кислорода (dO₂), концентрация CO₂ и электропроводность. Датчики с технологией ISM (Intelligent Sensor Management) от METTLER TOLEDO обеспечивают надежные измерения в режиме реального времени, функции предиктивной диагностики, управление жизненным циклом сенсоров и интеграцию в стратегии PAT (процессной аналитической технологии).
После завершения синтеза или экспрессии пептиды проходят через множество стадий приготовления буферов, очистки и разработки препаративной формы перед получением готовой лекарственной формы. Для достижения чистоты и стабильности, необходимых для терапевтического применения, обычно используются такие методы, как обращенно-фазовая ВЭЖХ (RP-HPLC), ультрафильтрация и лиофилизация.
Точное приготовление буферных растворов, растворителей и вспомогательных веществ (эксципиентов) на этом этапе имеет критическое значение. Непостоянство концентраций или отклонения pH могут снизить выход продукта или нарушить его стабильность. Точность и воспроизводимость являются обязательными условиями на любом этапе: будь то подготовка к ультрафильтрации, смешивание компонентов финальной рецептуры или оптимизация процессов сублимационной сушки.
Фильтрация в тупиковом режиме (NFF) и тангенциальная фильтрация (TFF) играют важную роль в процессах выделения и очистки (downstream processing). Тупиковая фильтрация в основном применяется для подготовки больших объемов буфера, в то время как тангенциальная фильтрация преимущественно используется на стадиях осветления. Поточный мониторинг pH, электропроводности, температуры и УФ-поглощения обеспечивает контроль биопроцесса в реальном времени, гарантируя оптимальные условия для поддержания качества и стабильности продукта. Непрерывное измерение позволяет быстро выявлять любые отклонения, способствуя своевременной корректировке параметров, что повышает эффективность процесса, увеличивает выход и сохраняет чистоту пептидов на протяжении всей стадии очистки.
Весовое оборудование, pH-метры и УФ-видимые спектрофотометры, интегрированные в лабораторную или производственную среду, обеспечивают надежное выполнение стадий очистки и контроля качества (QC) при производстве пептидов. Важно отметить, что централизованный сбор и управление полученными данными усиливают прослеживаемость и упрощают подготовку регуляторной документации.
Кроме того, высокоточный анализ влажности и определение содержания воды методом титрования по Карлу Фишеру (KF) необходимы при разработке препаративной формы и испытаниях на стабильность, что крайне важно для лиофилизированных пептидных продуктов. Как на этапе разработки, так и при серийном контроле качества, лабораторное программное обеспечение гарантирует согласованность аналитических данных для соблюдения регуляторных требований и обеспечения качества продукции.
Каждый этап производства пептидов — от первоначального взвешивания аминокислот до финального осмотра флаконов — требует максимальной точности. На завершающих стадиях производства системы автоматического контроля продукции служат критически важным барьером безопасности перед выпуском препарата с предприятия. Для пептидных терапевтических средств этот процесс включает:
Обнаружение физических загрязнений: Рентгеновский контроль (X-ray), металлодетекция или их комбинация для выявления и изъятия загрязненных продуктов до их поступления на рынок.
Контроль уровня наполнения: Чеквейеры (динамическое взвешивание), системы машинного зрения и рентгеновского контроля позволяют отслеживать, измерять и регулировать уровень наполнения в соответствии со строгими дозировками и нормативными требованиями.
Проверка качества и целостности: Использование чеквейеров, систем зрения и рентгена для подтверждения целостности упаковки, что гарантирует соответствие фармацевтическим стандартам и доставку потребителю безопасного, укомплектованного продукта.
Контроль качества этикетки: Системы машинного зрения для проверки этикеток на наличие дефектов, что помогает минимизировать риски отзыва продукции.
Наши системы разработаны для высокоэффективных фармацевтических производств и предлагают:
Соответствие стандартам GMP: Системы легко интегрируются в существующие производственные линии.
Прослеживаемая верификация: Подтверждение эффективности работы систем для полной готовности к аудитам.
Поддержка на этапах спецификации и квалификации: От оценки пригодности приложения и выбора оборудования до профессионального монтажа и предоставления пакетов квалификационной документации (EQpack) для эффективной валидации.
Эти системы не только защищают качество продукта, но и укрепляют репутацию бренда, обеспечивая соблюдение требований FDA, EMA и других мировых регуляторов в сфере здравоохранения.
METTLER TOLEDO предлагает широкий спектр приборов, программного обеспечения и глобальную сервисную сеть, которые помогают решать ключевые задачи в производстве терапевтических пептидов как для биохимических, так и для биологических процессов. Наши решения упрощают и оптимизируют сложные рабочие процессы, снижают вариативность и обеспечивают поддержку принятия решений на основе данных на всех этапах разработки и производства. Это способствует повышению выхода продукта, сокращению отходов, ускорению масштабирования и более надежному соблюдению нормативных требований. Таким образом, дорогостоящее производство терапевтических пептидов становится более устойчивым, а доступ пациентов к лечению — более достижимым.
| Область применения или параметр | Что измеряется? | Зачем это измерять? | Решение METTLER TOLEDO | Режим измерения | |
| Liquid handling | Volume of transferred liquid | To ensure precision and reproducibility in reagent dispensing and sample transfer | Пипетки положительного вытеснения Rainin Pos-D™ Single-Channel Pipettes Одноканальные дозаторы (пипетки) Наконечники стандарта BioClean™ Ultra | Offline Atline | |
Concentration and purity | Absorbance or transmittance | To determine the concentration and purity of peptides in both chemical (monitoring synthesis and purity) and biological (purification stage) production | Offline | ||
Inline | |||||
Cell count, biomass, morphology, and viability | Cell count and viability | Relevant in biological production to monitor microbial culture health and biomass, ensuring optimal conditions for expression | Atline | ||
Biomass and morphology | Inline (SIP or CIP) | ||||
Characterizing cellular and biochemical parameters | Absorbance or transmittance | Used primarily in biological systems to assess metabolic activity, protein expression, and toxicity | Offline | ||
Inline | |||||
pH | pH | Critical for microbial cell growth and optimal enzyme function during fermentation in biological production. pH must also be carefully monitored and optimized to ensure efficient coupling reactions for chemical synthesis | pH meter and | Atline Inline | |
Residual moisture content | Water content determination | Residual moisture must be tightly controlled to ensure stability and shelf life, especially post-lyophilization | Offline | ||
Dissolved oxygen | Dissolved oxygen level | Ensures sufficient oxygen for microbial respiration during fermentation in biological production. Moreover, it helps mitigate hazardous levels of oxygen in contact with combustible gas phases and organic solvents. Also ensures oxygen mitigation through nitrogen blanketing in fill & finish | Inline | ||
Conductivity | Conductivity | Helps assess medium composition and ionic strength along with dissolution, relevant in both biological media and chemical synthesis buffers | Inline | ||
CO2 accumulation | Dissolved CO2 level | Monitors CO2 buildup during biological fermentation, guiding aeration and feed strategies | Inline | ||
Turbidity | Turbidity (NTU) or image-based turbidity | Provides information on microbial culture expansion and potential contamination in biological systems | Turbidity sensor EasyViewerTM | Inline | |
Optical density | OD 600 | Used in biological production to track microbial growth phase and expression levels. Crucial for determining optimal timings for induction and harvesting | Offline | ||
Glucose | Enzymatic determination with UV/Vis | Monitors nutrient levels (e.g., glucose) in biological fermentation to optimize cell growth and peptide yield | Offline | ||
Absorbance or transmittance | Inline | ||||
Weight | Mass | Accurate and precise sample preparation | Offline | ||
Weight | Mass | Statistical Quality Control (SQC) to ensure accurate filling, weight and process compliance | Offline | ||
Weight or Volume | Mass | Ensures accurate component addition during both chemical synthesis (reagents) and biological media preparation | Atline Inline | ||
Weight or Volume | Mass | Ensure accurate addition of alkaline solution for pH control of the bioprocess Ensure accurate feed addition in fed batch and continuous culture Accurate monitoring of media removal in continuous culture Accurate monitoring of bioreactor volume to avoid overflow Accurate Fill & Finish | Weighing Controllers and Transmitters Ultra-Low-Profile Hygienic Floor Scales | Inline | |
Temperature | Temperature | Maintains optimal reaction or fermentation temperatures, critical for both synthesis and microbial expression | Single-Use Temperature Sensor-PendoTech | ||
Pressure | Pressure | Controls fluid flow and reaction pressure in reactors used in both synthesis and bioprocessing | Inline | ||
Process optimization and scale-up | Biochemical | Synthesis reactor | To control and optimize all critical process parameters, reduce variability | ||
Process modelling | To model reaction kinetics, product isolation, and more to enable robust scale-up | ||||
Precipitation optimization | To assess particle size and control temperature | ||||
Reaction sampling | To assess reaction progress and enable optimizations | ||||
System monitoring | System monitoring | System monitoring | |||
Process development | To integrate design space and reactor parameters with PAT information for scalable process design | ||||
Reaction analysis | To assess real-time reaction dynamics for process optimization | ||||
Biological | Harvesting or particle size or precipitation | To assess the progress and completion of reactions | |||
Process modelling | To model reaction kinetics, product isolation, and more to enable robust scale-up | ||||
Product quality inspection | Physical contamination detection, fill level and weight control, package integrity, and completeness checks | To support a safe and complete product for the end customer, avoid product recalls and litigation, and achieve vital packaging compliance for the manufacturers | |||
.jpg/_jcr_content/renditions/cq5dam.web.1280.1280.jpeg "Liquid Handling for Cell Culture")
