Nadaljnja obdelava (DSP) je niz enotnih operacij po zaključku celične rasti in širjenja ter zaključeni proizvodnji ali sintezi zdravilnih snovi ali drugih sestavin. Cilj nadaljnje obdelave je izolirati, očistiti in koncentrirati predhodno sintetizirano zdravilno snov (DS) ali drug izdelek iz matriksa za rast v razsutem stanju. V preteklosti so bile naložbe namenjene izboljšanju donosa in titra v zgornjem delu verige, zaradi česar je razvoj bioloških zdravil bolj ekonomičen. V prejšnjih letih nadaljnji procesi niso bili obravnavani na isti ravni in zdaj zahtevajo nadaljnjo optimizacijo.
Biofarmacevtska predelava se nanaša na predelavo in čiščenje zdravilne snovi iz naravnih virov, kot so živalske ali bakterijske celice. Biofarmacevtski DSP se uporablja v monoklonskih protitelesih (mAb) ali proteinskih procesih in proizvodnji oligonukleotidov, polisaharidov, različnih cepiv, biokonjugatov, genskih terapij in izdelkov za celično terapijo.
Nadaljnja obdelava lahko vključuje začetne dejavnosti formulacije, kar pomeni prehod z DS na zdravilni izdelek (DP). Pomembni premisleki vključujejo upravljanje in merjenje lastnosti kakovosti izdelkov, več procesnih parametrov, virov in količin nečistoč, tokov odpadkov in bioloških nevarnosti.
Dejavnosti DSP se izvajajo na laboratorijskih razvojnih procesih, pilotnih in proizvodnih lestvicah ter s pomočjo procesne analitične tehnologije (PAT) in ekip za proizvodno znanost in tehnologijo (MSAT), ki se osredotočajo na optimizacijo procesov, povečanje in odpravljanje težav. Primerljiva nadaljnja obdelava na lestvici odkrivanja biologije ali zgodnjih fazah visoko zmogljivega ciljnega pregleda ni tako pogosta, čeprav jo je mogoče izvesti podobno, načeloma.
Ta priročnik razpravlja o tem, kako znanstveniki uporabljajo procesno analitično tehnologijo (PAT) za preoblikovanje vsakodnevnih delovnih tokov in znatno izboljšanje nadaljnjih procesov. Teme vključujejo:

Inline analizatorji velikosti delcev, kot je ParticleTrack™ s tehnologijo FBRM®, merijo kopičenje delcev in porazdelitev velikosti krme celične juhe, ki gredo v filtre ali uhajajo, in lahko zagotovijo korelacijo zmogljivosti ali nadzor povratnih informacij, da zmanjšajo motnje procesa. EasyViewer™ s programom Image2Chords™ izvaja analizo slike in izvleče kopičenje delcev, porazdelitev velikosti in morfologijo iz časovno ločenih vrstičnih slik procesa. EasyViewer, ki je nameščen nad ali pod filtri, lahko zagotovi korelacijo zmogljivosti ali nadzor povratnih informacij, vendar je najbolj dragocen, če se uporablja za analizo, karakterizacijo in morfologijo vzrokov.

Metoda in strategija zajemanja se nekoliko spreminjata glede na naravo ciljne molekule. Protitelesa zajamejo afinitetne smole, kot sta protein A in protein G, kot tudi nekatere druge selektivno inženirske metode. Beljakovine in oligonukleotidi, ki niso protitelesa, se pogosto zajamejo z ionsko izmenjevalno kromatografijo (IEX). Produkti, kot so polisaharidi in kompleksne glikanske strukture, se pogosto zajamejo s hidrofobno interakcijsko kromatografijo (HIC) ali kromatografijo z reverzno fazo (RPC).
Glavni cilji merjenja med kromatografijo vključujejo povečanje vezavne zmogljivosti izdelka na kolono, merjeno kot masa izdelka, naloženega na kolono (obremenitev kolone), minus masa izdelka, ki uhaja iz izhoda kolone (znano kot "preboj"). UV je najpogostejša metoda merjenja izdelkov, ki se v veliki meri uporablja za merjenje beljakovin in DNA. Možne so tudi alternativne metode merjenja proizvodov in neizdelkov. Inline FTIR spektroskopija se lahko uporablja za kvantifikacijo in razlikovanje komponent, kot so površinsko aktivne snovi, navadni sladkorni ali aminokislinski pufri, lipidi, konjugirani produkti in celo izdelki s spremenljivimi strukturami konformacije, kot so fragmenti, monomeri ali agregatne oblike mAbs. FTIR se najpogosteje uporablja poleg UV, ko samo UV ne more izmeriti pomembnih neproteinskih / nenukleinskih kislinskih komponent.
Hitrost vzorčenja in meja zaznavanja (LoD) s spektrometri FTIR na kraju samem, kot je ReactIR™ , sta koristni za primarno zajemalno kromatografijo, ki beleži več merilnih točk znotraj hitro eluirajučih vrhov ali frakcij, medtem ko kvantitativno razlikuje več komponent. Inline FTIR spektroskopija uporabnikom omogoča spremljanje spremenljivih vhodnih vnosov, kakovosti smole in življenjske učinkovitosti, prepoznavanje in izpiranje komponent ter odpravljanje zamud pri prejemanju analitičnih rezultatov za sprejemanje odločitev na podlagi podatkov v realnem času.

Ultrafiltracija (UF) se pogosto uporablja v nadaljnji bioobdelavi za koncentriranje toka razredčenega produkta. Ultrafiltracija ločuje molekule v raztopini na podlagi velikosti por membrane ali mejne vrednosti molekulske mase. Diafiltracija (DF) se najpogosteje uporablja za zamenjavo zdravila v želeni pufer (npr. iz elucijskega pufra v pufer končne formulacije).
Ultrafiltracija in diafiltracija (skupaj znana kot izmenjava pufra) običajno uporabljata tangencialno filtracijo (TFF), kjer krma teče vzporedno s površino membrane in ne pravokotno na površino (slika 3). Izmenjava medpomnilnika ostaja zelo ročna operacija, ki je redko optimizirana. Koncentracija izdelka se običajno analizira z obliko UV spektroskopije, bodisi samostojno, kot detektor za HPLC ali kot metoda s spremenljivo dolžino poti.
V procesu izmenjave blažilnikov se pojavlja več izzivov:
Infrardeča in Ramanova spektroskopija na kraju samem omogočata hkratno analizo več komponent z večjo natančnostjo in dinamičnim razponom ter brez zamud, povezanih z analizo brez povezave. In-situ FTIR spektroskopija z ReactIR lahko ponudi številne prednosti med izmenjavo medpomnilnika:
Avtomatizirani reaktorji, kot je EasyMax™, pospešijo razvoj procesov do 80% z zajemanjem eksperimentalnih podatkov, natančnim nadzorom vseh kritičnih procesnih parametrov (CPP) in integracijo biofizikalnih senzorjev, vključno s pH, prevodnostjo, redoksom in raztopljenim kisikom (DO).

Obstaja več metod, ki se uporabljajo v zaporedju, ki se uporabljajo za povečanje čistosti zdravilne snovi (DS). Začenši z zgodnjimi koraki bistrenja in ekstrakcije, ki jim sledi ustrezna metoda zajemanja in prva izolacija v razsutem stanju, nato pa vmesne in nato končne faze čiščenja, ki vključuje poliranje kromatografije, nano/sterilno filtracijo, kristalizacijo in virusni očistek (slika 4).
Z odpravo zamud, povezanih z analizo brez povezave, meritve FTIR na kraju samem izboljšajo korake poliranja kromatografije z zagotavljanjem takojšnjih povratnih informacij za kvantifikacijo in določanje komponent frakcije, vključno z pufri, zdravilnimi snovmi in nečistočami med vmesnimi koraki čiščenja. To ima za posledico izboljšano zmanjšanje frakcij, agregatno ali fragmentično diskriminacijo in skupno koncentracijo v realnem času.
Za virusni očistek se vsak virus, ki je prisoten v združeni in polprečiščeni terapevtski suspenziji, namerno poškoduje ali nenadoma deformira v nepatogeno obliko, običajno s spreminjanjem okolja okoli virusa. Nadzor in izpopolnjevanje teh kritičnih procesnih parametrov (CPP) omogočajo avtomatizirane reaktorske platforme z integriranimi biofizikalnimi senzorji. Inline procesna analitična tehnologija (PAT) je uporabna za karakterizacijo nečistoč v poznejših fazah čiščenja, saj so koncentracije na splošno višje in je lažje razlikovati produkte v polprečiščenem matriksu.
Biokonjugirane molekule so zasnovane tako, da imajo večjo učinkovitost, ki jo omogoča kombinirana funkcija dveh ali več različnih terapevtskih vrst molekul. Biokonjugirana kemija zahteva podrobno karakterizacijo in optimizacijo procesov. Običajna orodja, kot so mikrocentrifugalne cevi, čaše, grelne plošče, magnetne mešalne palice in prenosne pipete, ne morejo več izpolnjevati zahtev glede obnovljivosti glede pH, temperature, odmerjanja, mešanja in drugih parametrov.
Kemija biokonjugacije temelji na vrsti dobro nadzorovanih korakov v zaporedju, ki lahko vključujejo zmanjšanje funkcionalnih skupin, aktivacijo, konjugacijo API-linkerja s primarnim biološkim zdravilom in poljubno število korakov pranja, topila ali izmenjave pufra (slika 5). Biofarmacevtski znanstveniki sprejemajo tehnologijo, ki se že v veliki meri uporablja v raziskavah in razvoju majhnih molekul, kot so avtomatizirani reaktorji za sintezo EasyMax. EasyMax zagotavlja kohezivno arhitekturo, tako da so ustrezni procesni parametri, vključno s pH, prevodnostjo, redoksom, temperaturo, mešanjem, doziranjem itd., natančno nadzorovani, eksperimentalni podatki pa so natančno zajeti. Avtomatizacija biokonjugacijske kemije zagotavlja integracijo podatkov, korelacijo procesnih dogodkov, eksperimentalno celovitost in parametre razširitve eksperimenta (DoE).
EasyMax omogoča hitro oceno in fino kontrolo CPP prostora DoE, vključno s pogoji mešanja, nadzorom temperature, strategijami doziranja in hitrostmi. Odpravite eksperimentalno variabilnost, povezano z ročnimi metodami brez povezave, in slabim nadzorom kritičnih procesnih parametrov. FTIR in Ramanova spektroskopija na kraju samem lahko zagotovita podrobne mehanistične informacije v realnem času, kar odpravlja zamude brez povezave in netočnosti vzorčenja.


Cilj formulacije je prehod molekule izdelka iz okolja, topila ali drugega fizikalnega stanja, ki se uporablja za sintezo izdelka, v obliko, ki je sprejemljiva za klinično dajanje pri ljudeh (slika 6). Molekula izdelka je oblikovana glede na to, kako se bo končni izdelek uporabljal z inhalacijo, injekcijo ali peroralnim odmerjanjem. Dolgoročna stabilnost izdelka in z njim povezanih pomožnih snovi se oceni, da se zagotovi, da so izmerjeni odmerek in kritični atributi kakovosti (CQA) v skladu s specifikacijami po predelavi, skladiščenju in pošiljanju. Poleg sterilnosti je zagotavljanje odstranjevanja nečistoč in endotoksinov ter preprečevanje razgradnje zdravil (DP) bistvenega pomena za ohranjanje varnosti in učinkovitosti med proizvodnjo in dolgotrajnim shranjevanjem beljakovinskega zdravila.
Formulirani zdravilni izdelki vključujejo beljakovine (zlasti mAb), polisaharide, sisteme nanodelcev, organske snovi, oligonukleotide, genske terapije in številne vrste cepiv. Nekatera cepiva bodo oblikovana z adjuvansom, običajno delci na osnovi aluminija ali organsko emulzijo. Zlasti formulacija cepiva in sinteza adjuvansa sta delovni tokovi, ki so dobro pozicionirani za prednosti avtomatiziranih delovnih postaj vzporednih reaktorjev, digitalizacije poteka dela in ortogonalne procesne analitične tehnologije (PAT) integracija. S PAT v realnem času se pridobi veliko več znanja o procesu, namesto da bi analizirali samo začetne in končne točke.
Vzporedni reaktorski sistemi, kot je EasyMax , nadzorujejo vse kritične procesne parametre in integrirajo inline PAT orodja, kot so ReactIR, ReactRaman™, ParticleTrack, EasyViewer, med drugimi biofizikalnimi senzorji. Te tehnologije se pogosto uporabljajo pri formulaciji za karakterizacijo stabilnosti zdravilne snovi in zdravila, končne koncentracije, sinteze adjuvansa, polimerizacije, inkapsulacije, adsorpcije in drugih delcev.
Dutra, G., Komuczki, D., Jungbauer, A., & Satzer, P. (2020). Neprekinjeno zajemanje rekombinantnih protiteles z obarjanjem ZnCl2 brez polietilen glikola. Inženirstvo v znanosti o življenju, 20(7), 265–274. https://doi.org/10.1002/elsc.201900160
Avtorji poročajo o uporabi dvovalentnih kationov, zlasti ZnCl2, za zajemanje in čiščenje monoklonskih protiteles v metodi, ki temelji na padavinah. Zaradi navzkrižne narave dvovalentnih kationov in izločanja PEG je bila viskoznost iz supernatantnih in resolubilizacijskih faktorjev redčenja zelo nizka.
Z ohranjanjem koncentracije ZnCl2 statično in spreminjanjem pH z uporabo avtomatiziranega laboratorijskega reaktorja EasyMax so avtorji kvantificirali učinek pH na donos. Padavine so spremljali s sondo ParticleTrack FBRM in izmerili porazdelitev velikosti proteinskih grozdov pri različnih pH. Ugotovili so, da je optimalni pH za padavine okoli pH 6 in 7 in da ima pH velik vpliv na velikost oborin, pri čemer so največji grozdi povezani z boljšimi donosi. Navajajo, da se lahko linijsko spremljanje FBRM uporabi za oceno nastalih donosov brez merjenja dejanske koncentracije med padavinami brez povezave.

Mei, C., Deshmukh, SS, Cronin, JT, Cong, S., Chapman, DP, Lazaris, N., Sampaleanu, L., Schacht, U., Drolet-Vives, K., Ore, MO, Morin, S., Carpick, B., Balmer, MT, & Kirkitadze, M. (2019). Adjuvans za cepivo z aluminijevim fosfatom: Analiza sestave in velikosti z uporabo orodij Off-line in In-Line. Računalniška in strukturna biotehnološka revija, 17, 1184–1194. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2019.08.003
Ker je interakcija med antigenom in adjuvansom pomembna za imunogenost cepiva, so avtorji raziskali fizikalno-kemijske lastnosti adjuvansa, v tem primeru AlPO4, kot so velikost delcev in kemična sestava. Uporabili so obe tehniki brez povezave, kot so infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo (FTIR) in Ramanova spektroskopija, rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS), laserska difrakcija in inline metode, vključno s spektroskopijo ATR-FTIR na kraju samem (ReactIR), Ramanovo spektroskopijo (ReactRaman) in merjenje odbojnosti fokusnega žarka (FBRM, ParticleTrack). Glede na inline meritve so s FBRM preučili porazdelitev velikosti delcev aluminijevega fosfata in adsorbiranih beljakovin, analizo sestave aluminijevega fosfata pa smo izvedli s sondo ATR in situ.
Avtorji so ugotovili, da inline PAT učinkovito spremlja velikost delcev in kemično sestavo za različne faze adjuvantne proizvodnje. Podobni pristopi se lahko uporabijo tudi za pomoč pri ocenjevanju doslednosti med serijami. Navajajo, da uporaba inline PAT podpira napredne proizvodne strategije, kot je testiranje sproščenja izdelka v realnem času.
Spodaj je izbor nedavnih publikacij o nadaljnji obdelavi v biotehnologiji in biofarmacevtski industriji.