Znaczenie kontroli pH w bioprodukcji GLP-1

Leki peptydowe szybko zmieniają rynek farmaceutyczny, oferując wyjątkową precyzję działania, niski profil toksyczności oraz zdolność do modulowania złożonych szlaków biologicznych. Chociaż potencjał terapeutyczny peptydów jest dobrze znany, ich produkcja na skalę komercyjną wiąże się z poważnymi wyzwaniami procesowymi i infrastrukturalnymi. Niezależnie od tego, czy peptydy są syntetyzowane chemicznie, czy wytwarzane biotechnologicznie, ich produkcja wiąże się z niską wydajnością, wieloetapowymi złożonymi syntezami, niejednolitością partii, trudnościami w przejściu od produkcji laboratoryjnej do produkcji zgodnej z GMP oraz rygorystycznymi wymogami kontroli jakości, a wszystko to przy jednoczesnym dążeniu do spełnienia bardziej rygorystycznych norm regulacyjnych i zrównoważonego rozwoju. Ograniczenia te mogą opóźniać dostępność produktów, obciążać łańcuchy dostaw i ostatecznie wpływać na dostęp pacjentów do kluczowych terapii.

Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na wydajną i skalowalną syntezę peptydów, należy wyposażyć zakład w precyzyjne przyrządy, maszyny i rozwiązania programowe, które zapewniają jakość i precyzję na każdym etapie procesu produkcyjnego.

Proces produkcji peptydów

Produkcja peptydów opiera się na zaawansowanej syntezie biochemicznej z wykorzystaniem syntezy peptydów w fazie stałej (SPPS) w przypadku krótkich peptydów, natomiast w przypadku większych, bardziej złożonych cząsteczek wymagających modyfikacji potranslacyjnej, wybierane są bioprocesy wykorzystujące systemy ekspresji białek rekombinowanych lub połączenie bioprocesów i syntezy biochemicznej, aby zapewnić czystość, moc i spójność.

Synteza biochemiczna peptydów

1. Peptyd jest budowany krok po kroku poprzez dodawanie aminokwasów w precyzyjnej sekwencji na stałej żywicy.

2. Po każdym dodaniu nadmiar substancji chemicznych jest wypłukiwany, a grupy ochronne są usuwane w celu przygotowania do następnego etapu.

3. Gotowy peptyd jest oddzielany od żywicy i oczyszczany, zazwyczaj za pomocą HPLC.

4. Oczyszczony peptyd jest przekształcany w produkt stały lub płynny. Przez cały czas przeprowadzane są testy kontroli jakości w celu zapewnienia czystości, bezpieczeństwa i skuteczności.

W ostatnich latach pojawiło się kilka segmentów, które mogą stanowić wyzwanie dla dynamicznego wzrostu agonistów GLP-1. Mimo to, prognozy wskazują, że sprzedaż GLP-1 może osiągnąć wartość 156,71 mld USD do 2030 roku, a rynek terapii otyłości ma sięgnąć 41 mld USD.

GLP-1, będący małym hormonem peptydowym (oligopeptydem), posiada szereg właściwości fizjologicznych, które sprawiają, że on i jego funkcjonalne analogi są intensywnie badane jako potencjalne leki w terapii cukrzycy poprzez receptor GLP-1. Głównym efektem ubocznym terapii jest znaczące zahamowanie apetytu u dorosłych, co prowadzi do wyraźnej utraty masy ciała. Dzięki tym właściwościom GLP-1 stał się jednym z najszybciej rozwijających się segmentów w przemyśle farmaceutycznym.

Dlaczego pH jest tak istotne w bioprodukcji GLP-1?

Tradycyjny proces produkcji opiera się na ekspresji zewnątrzkomórkowej w drożdżach, które wciąż stanowią znaczącą część dostępnych mocy produkcyjnych.

Jednak osiągnięcie wysokiej wydajności ekspresji P. pastoris wymaga wykorzystania metabolizmu metanotroficznego drożdży wraz z systemami zasilania metanolem, co wymaga nie tylko precyzyjnej kontroli martwej strefy pH w fermentorze, ale także prowadzi do akumulacji dużych ilości metanolu w instalacjach bioprodukcyjnych.

Takie warunki generują wysokie ryzyko operacyjne i wiążą się z koniecznością przestrzegania rygorystycznych przepisów FM/ATEX dotyczących klasyfikacji Div 1/Zone 1. Ponadto, w końcowej fazie procesu przetwarzania, pH pozostaje kluczowym parametrem we wszystkich operacjach jednostkowych, które mają na celu uzyskanie czystego produktu.

Krytyczna rola pH na tradycyjnych etapach produkcji: 

• W procesach początkowych: drożdże wyrażają peptyd GLP-1 w systemie metanolowym typu fed-batch z precyzyjnie kontrolowanym poborem węga. W związku z tym pH jest ściśle kontrolowane; pH = 5,0-6,0 przy strefie nieczułości 0,2-0,5.
• W zbiornikach na podłoża i preparaty buforowe: kluczowe znaczenie ma również monitorowanie pH na linii produkcyjnej w celu zwiększenia wydajności preparatu.
• Po operacjach po zbiorach i w procesie przetwarzania końcowego: wskaźniki pH in-line określają udane etapy wychwytywania i elucji w etapach chromatografii jonowymiennej. Podobnie, skoki pH wywołują udane etapy oczyszczania TFF i formułowania UF/DF. 
• Dalsze kroki uzupełniające: w tym delecja aminokwasów pierwszego znacznika, podstawienie pozycyjne i koniugacja łącznika.

Przegląd tradycyjnego procesu bioprodukcji GLP-1

Synteza peptydów w fazie stałej

Nietradycyjną i przełomową metodą produkcji analogów GLP-1 jest synteza peptydów w fazie stałej (SPPS). W tym procesie SPPS aminokwasy są dodawane w bardzo drobnych roztworach na stałą bazę żywiczną. Proces może być prowadzony zarówno w reaktorach z wypełnieniem stałym, stosowanych na mniejszą skalę, jak i w reaktorach ze złożem fluidalnym, wykorzystywanych do produkcji na większą skalę.

Reszty aminokwasowe są kolejno dodawane, podczas gdy szkielet reszty jest układany na złożu żywicy. Płukanie następuje po każdej kolejnej porcji pozostałości, a następnie dodawana jest kolejna próbka; Proces powtarza się do momentu uzyskania pełnej sekwencji 39-aminokwasowej, na przykład w przypadku tirzepatydu. 

W reaktorach stosowanych w procesach początkowych pH jest jednym z kluczowych parametrów, ustępującym jedynie temperaturze, który decyduje o wydajności reakcji wyżarzania, a tym samym o całkowitej efektywności procesu.

Operacje na jednostkach po syntezie i kontrola pH

Gdy cały łańcuch oligopeptydowy jest już gotowy, przed nami jeszcze kilka operacji jednostkowych, które również wymagają monitorowania i kontroli pH na linii.

Oligopeptyd przechodzi szereg etapów:

 Derywatyzacja lipidów

 Rozszczepienie z żywicy

 Separacja faz

 Oczyszczanie

 Ostatnie kroki

Na wszystkich etapach, oprócz ostatniego, monitorowanie i kontrola pH w czasie rzeczywistym stanowi kluczowy parametr procesu (CPP).

Wyzwania z zarządzaniem pH w bioprzetwórstwie GLP-1

• Obecność palnych faz organicznych i rozpuszczalników

Podlegają rygorystycznym przepisom dotyczącym strefy 1/Div 1 oraz wymagają certyfikacji FM i ATEX dla rozwiązań PAT. Należy wybrać czujnik posiadający certyfikaty FM i ATEX, odporny na działanie agresywnych związków organicznych, takich jak metanol i węglowodory.

• Problemy z dostępnością:

Czyszczenie czujników pH oraz ponowna kalibracja wymaga ich wyjęcia z reaktora lub rurociągu. Obszary Zone 1/Div 1, stanowiące strefy zagrożone wybuchem, najlepiej zabezpieczyć poprzez zastosowanie wysuwanej obudowy czujnika.

• Dryft pomiarowy:

Obecność rozpuszczalników organicznych i substratów wpływa na niezawodność oraz dokładność czujników pH, prowadząc do odchyleń od pierwotnych kryteriów kalibracji. W takich sytuacjach pomocne są specjalne formuły szkła oraz zastosowanie odpowiedniego mechanizmu uziemienia.

Popularność GLP-1 rośnie z każdym dniem. Proces fermentacji, choć długi, stosunkowo tani i dobrze ugruntowany, pozostaje skomplikowany. Precyzyjne monitorowanie i kontrola pH na linii produkcyjnej są kluczowe dla zwiększenia wydajności produkcji.

Zobacz również: Nootro Group uruchamia nowy zakład produkcyjny w Tenbury Wells

Przejdź do artykułu