Il motivo per cui alcuni biofarmaci hanno una durata di conservazione più lunga di altri è un problema che ha sconcertato sia gli scienziati che i produttori. Anche lo stesso farmaco, prodotti da diversi produttori, può variare nella sua durata di conservazione.

I professori dell'Università del Delaware Kelvin Lee e Abraham Lenhoff offrono informazioni su un modo in cui ciò può accadere in una classe speciale di farmaci chiamati anticorpi monoclonali, che comprendono una grande frazione di biofarmaci.

Medicinali tradizionali a piccole molecole, come l'ibuprofene o l'aspirina, sono realizzati utilizzando ben definiti, Reazioni chimiche discrete tra vari composti chimici. Biofarmaci, d'altra parte, sono molecole molto più grandi e complesse prodotte da cellule in crescita che producono una proteina desiderata (spesso, un anticorpo) che viene purificato per creare il medicinale.

I biofarmaci possono essere usati per trattare tumori e malattie autoimmuni o infiammatorie, come l'artrite reumatoide e il morbo di Crohn. Adalimumab, Per esempio, è un anticorpo monoclonale che blocca l'infiammazione causata dall'artrite reumatoide legandosi alla proteina di segnalazione che innesca il gonfiore.

Il corpo umano produce milioni di anticorpi in piccole quantità. Gli anticorpi sono ciò che ti protegge dalle infezioni, e in una certa misura, dalla malattia. Per esempio, un vaccino contro la varicella aiuta il corpo a imparare a produrre un anticorpo contro il virus della varicella. Se contrai la varicella dopo essere stato vaccinato, il corpo schiera le sue truppe di anticorpi e le manda a cercare, e legare, al virus; quindi segnala al sistema immunitario di eliminarlo dal corpo.

"Una volta che la cellula inizia a produrre il farmaco per te, poi cresci un sacco di cellule, purificare il farmaco, formularlo e spedirlo a studi medici e ospedali. Questo è semplificato, Certo, ma è generalmente come sono fatte queste classi di farmaci, " ha detto Lee, il professore Gore di ingegneria chimica e direttore del Manufacturing USA National Institute for Innovation in Manufacturing Biopharmaceuticals (NIIMBL) presso l'UD.

Il problema è che le cellule non producono solo l'anticorpo desiderato (cioè, la medicina), le cellule producono migliaia di altre proteine, pure. Quando viene prodotto un farmaco, queste altre proteine ​​vengono rimosse attraverso un processo chiamato purificazione. Però, alcune proteine ​​possono attaccarsi all'anticorpo e farsi strada attraverso il processo di produzione. I produttori hanno sviluppato metodi per separare le molecole piggybacking in modi diversi, in momenti diversi durante la produzione, ma possono verificarsi problemi se la proteina dell'autostop "sembra" o si comporta come il farmaco bersaglio.

A questo si aggiunge, i farmaci a base di anticorpi spesso vengono miscelati con additivi chimici per mantenere il farmaco sicuro e stabile per un periodo di tempo, diciamo sei o dodici mesi. Uno stabilizzatore comunemente usato è il polisorbato. Il compito del polisorbato è di mantenere l'anticorpo proteico in soluzione.

Una sfida che l'industria biofarmaceutica ha osservato è che il livello di polisorbato trovato in alcuni prodotti farmaceutici può diminuire nel tempo. Questo intoppo può ridurre la durata di conservazione di un farmaco. Per molti anni, non c'era motivo distinguibile per cui il polisorbato si degradava in alcuni casi, ma non in altri casi.

Scoprendo il problema, guidando nuove soluzioni

In precedenti lavori finanziati dalla National Science Foundation, Lee e Lenhoff stavano collaborando per capire quali proteine ​​contaminanti, o impurità, potrebbe essere particolarmente difficile da rimuovere da un prodotto farmaceutico. Lee è specializzato nell'analisi di miscele complesse e nell'identificazione di tutte le diverse proteine ​​all'interno, un campo chiamato proteomica. Lenhoff, l'Allan P. Colburn Professore di Ingegneria Chimica, è un esperto nella separazione di miscele di proteine.

Attraverso una serie di esperimenti, i team di ricerca hanno identificato alcune dozzine di proteine ​​che sembravano essere impurità difficili da rimuovere. Una proteina che è emersa interessante per il suo potenziale di rimanere durante il processo di produzione come impurità è stata la lipoproteina lipasi.

Le lipasi sono enzimi che masticano i grassi. La lipoproteina lipasi è un enzima comune presente nel corpo umano che scompone i trigliceridi, un tipo di grasso presente nel sangue con una nota associazione a malattie cardiache e problemi di colesterolo.

"La lipoproteina lipasi è un esempio di una proteina che si associa agli anticorpi e talvolta non può essere separata dagli anticorpi utilizzando approcci standard. Pertanto, alla fine può farsi strada attraverso il processo di produzione fino all'altra estremità, " ha detto Lee.

I ricercatori si sono incuriositi se la lipoproteina lipasi potesse contribuire alla degradazione del polisorbato e si sono concentrati ulteriori esperimenti sulla riduzione della quantità di lipoproteina lipasi per determinare cosa, se del caso, effetto che aveva sul polisorbato. Si è scoperto che l'abbassamento della quantità di lipoproteina lipasi presente ha abbassato il tasso di degradazione del polisorbato.

"Sapevamo attraverso il lavoro di altri nel campo già nel 2010 che la quantità di degradazione del polisorbato sembrava essere correlata ai problemi che le persone vedono nella stabilità del farmaco, " spiegò Lee. "Ora, la nostra ricerca pubblicata mostra un chiaro legame tra la presenza della lipoproteina lipasi e la degradazione del polisorbato, che è stato un problema chiave che l'industria ha dovuto affrontare per diversi anni".

I ricercatori hanno sviluppato un metodo per ridurre la quantità di lipoproteina lipasi prodotta dalle cellule, al fine di ridurre la quantità che potrebbe presentarsi a valle come impurezza nelle pertinenti formulazioni di farmaci a base di anticorpi. Hanno brevettato l'idea con l'aiuto dell'Office of Economic Innovation and Partnerships (OEIP) di UD. Due ex dottorandi UD, Kristen Valente e Nick Levy, entrambi ora lavorano nell'industria biofarmaceutica, sono nominati sul brevetto.

Sebbene la tecnica si applichi solo ai farmaci che possono subire la degradazione del polisorbato, i ricercatori lo considerano un passo incrementale che può aiutare a informare l'industria manifatturiera.

"È un problema di controllo della qualità, e quando parli della vita delle persone in gioco, ci presti davvero molta attenzione, " disse Lenhoff.

Lee era d'accordo anche se ha ammesso che ciò che accadrà dopo rimane incerto.

"Quando la tecnologia viene adottata, o da chi, Non lo so, " ha detto. "Ma, ora ci sono alcune soluzioni chiare che le persone potrebbero seguire per migliorare potenzialmente la produzione di una fornitura stabile di farmaci che potrebbero subire la degradazione del polisorbato".