細胞および遺伝子治療(CGT)の急速な進歩は、特定の癌、遺伝的障害、および自己免疫条件を含む、以前に引き起こされた病気のための変形治療オプションを導入しました。しかし、実験室の発見から商業スケールの生産への旅は、エンジニアリングと生物学的ハードルで破壊され続けています。 CGT製造の最も困難な段階の中では、精製、集中、および処方の一連のステップは、原材料を安全な人口に変え、最近の製品群落を破壊し、その結果、製品群の拡大を促進し、製品群集が改善します。

細胞および遺伝子治療における下流処理の理解

細胞および遺伝子治療における下流処理は、細胞またはウイルスベクトルの初期生産後に起こるすべての操作を伴います。従来の生物学的製剤(例えば、単回抗体)とは異なり、CGT製品は、生体細胞または有酸素増殖因子(AAV)、エンティウイルス、またはレトロウイルスなどの。これらの製品は、粘性、効力、遺伝的能力、および遺伝的能力を保ち、一般的には、以下を含む。これらの製品は、一般的に、生存能力、遺伝子の完全性、および遺伝的能力を保ち、以下を含む。

  • 細胞の収穫および分離(例えば、遠心分離機、ろ過)
  • 細胞内製品(ウイルスベクトル用)のライシスまたはリリース
  • 破片の明確化および取り外し
  • クロマトグラフィーによる浄化
  • 集中および緩衝交換(例えば、具体的な流れのろ過)
  • 経験者との処方
  • 殺菌か無菌詰物
  • 品質管理のテストおよび解放

純度、効力および安全のための厳しい規制仕様を満たす間、各ステップは収量を最大限に高めるために最大限に活用されなければなりません。あらゆる段階の損失は、物品の費用を大幅に増加させ、忍耐強いアクセスを制限できます。従って、回復を改善し、処理時間を削減し、人間の介入を除去する革新は強く追求されます。

オートメーションとクローズドシステム技術

CGTのダウンストリーム処理における最も重要な進歩の1つは、自動化されたクローズドシステムプラットフォームへのシフトです。オープンバイオセーフティキャビネットでの伝統的な手動処理は、高い汚染リスクを保ち、スケールが困難です。クローズドシステムは、滅菌コネクタ、チューブ溶接機、およびプロセス全体にわたって無菌条件を維持するための自動化された流体処理を統合します。これらのシステムは、オペレータの変動を低減し、リアルタイムのデータ収集を有効にします。

ロボット浄化プラットフォーム

遠心分離機、配管、カラムクロマトグラフィーなどの複数の下流工程を操作できるロボットワークステーションは、市販のものとして利用できます。例えば、[CliniMACS Prodigy]システム(Miltenyi Biotec)は、セルの分離、活性化、トランスダクションを自動化できますが、Octaneシステム(Thermo:)は、科学的な監視システム(Mitenyi Biotec)が、科学的な監視プラットフォームを簡素化するだけでなく、科学的な監視プラットフォームも提供します。

シングルユース・使い捨て部品

密閉システムは、シングルユース技術、バッグ、チューブアセンブリ、およびフィルタカートリッジに依存しています。これにより、クリーニング検証の必要性を排除し、クロス汚染リスクを削減できます。 単一使用コンポーネントへの切り替えは、多品種施設およびフレキシブル製造のための主要な有効化装置です。 []によると、BioProcess International]])レビューでは、CGT生産における単価システムの採用は、毎年2桁の倍増しています。

クロマトグラフィーと精製の進歩

ウイルスベクトルと治療細胞の浄化は、最も重要で技術的に要求される下流ステップのままです。 クロマトグラフィーメディアおよび膜の吸着材の革新は、選択性、容量、および収量を劇的に改善します。

AAVとレンチビアのベクトルのためのアフィニティクロマトグラフィー

従来の浄化方法 の ideno の associated ウイルス (AAVs) は ion-exchange かサイズ排除クロマトグラフィー を使用しました、低解像度およびプロダクト集計に苦しむ。 具体的に AAV の serotypes の capsid を結合する類縁の ligands の導入は(例えば、AVB Sepharose、POROS CaptureSelect AAVX) が 1 段階の捕獲を >90% 回復させる。 これらは、 LTAv の の および の の の の の の の および の の の 効率性 の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の の 効率 効率 の の 効率 効率 効率 効率 効率 効率 の の の 効率 の の の の の の

膜ベースのクロマトグラフィー

レンチボルベクターは、AAVよりも大きくてより脆弱であるため、従来の充填床クロマトグラフィーは、せん断の損傷と低回復を引き起こす可能性があります。 膜の吸着材 - 機能的な表面を有する多孔シートまたは中空繊維 - より高い流量とより低い圧迫、せん断のストレスを軽減します。 これらの膜は、容量を増加させ、ターゲット粒子が通過することを可能にする間、流路モードで頻繁に使用されます。 FDAは、最近のバイモグラフィメント文書として認識されています。

連続・多列クロマトグラフィー

連続処理アプローチは、シミュレート移動ベッド(SMB)や定期並列同時並列クロマトグラフィー(PCC)などのCGTダウンストリーム用に新規化されています。これらの方法は、列を実行することによって、樹脂の活用と緩衝消費量を増加させます。例えば、AAV浄化用の2列PCCの使用は、バッチクロマトグラフィーよりも3倍の生産性を達成することができます。これは、]で報告されているように、Chromat AのJournal of Chromatography のバッチ処理の限界のプロセスを採用しています。

拡張性とコストの確保

細胞と遺伝子治療のコストは、患者様1人あたり1億ドルを超えるものが多く、高価な下流処理によって大きく推進されています。メーカーは、数歩数を減らし、歩留まりを高め、消耗品のコストを下げるイノベーションを優先しています。

タンジェンシャルフローのろ過(TFF)の最適化

TFFは集中および緩衝交換のためのワークホースです。最近の開発は一定したトランスメンブレン圧力を維持するために圧力センサー、流量計、ソフトウェア制御が付いている自動TFFのスキッドを含んでいます。これは膜の泡立ちを防ぎ、プロセス時間を削減します。さらに、より低い蛋白質の結合とpolyethersulfone (PES)からなされるそれらのようなより新しいTFFの膜は、20%–30%のウイルスのベクトルのための変化そして回復を高めました。

一貫した連続したバイオ処理

連続キャプチャステップなどの複数のユニット操作をリンクする完全統合された連続ダウンストリーム列車は、継続的なウイルスの活性化と研磨によって続く。これら「エンドツーエンド」プラットフォームは、施設のフットプリントと数週間から数日間にわたる処理時間を削減するという約束を保持しています。 製造バイオ医薬品(NIIMBL)におけるイノベーションの米国国立研究所は、CGTのダウンストリームプロセスの水平方向に焦点を当てたいくつかのプロジェクトを実装しました。

規制と品質に関する考慮事項

CGT下流処理の規制風景は急速に進化しています。 米国食品医薬品局(FDA)や欧州医薬品庁(EMA)などの代理店は、遺伝子治療製品に関する「]化学、製造、制御(CMC)」に関する具体的なガイダンスを発行しています。 主な期待は次のとおりです。

  • 口腔法を用いた製品特性評価(例えば、HPLC、質量分析、感染性アッセイ)
  • プロセス関連不純物(ホスト細胞タンパク質、残留DNA、ヘルパーウイルス)のクリアランスの実証
  • ベクトル浄化のための検証されたウイルスクリアランス研究
  • バッチ間での重要な品質属性(CQA)の一貫性

プロセス分析技術(PAT)は、リアルタイムで下流工程を監視するためにますます使用されています。 pH、導電性、濁度のためのセンサーは、ほぼ赤外線分光法と組み合わせ、適応制御と偏差の早期検出を可能にします。 EMAは、品質設計(QbD)アプローチを容易にするために、CGT製造におけるPATの使用を奨励しました。

ウイルスの活性化と殺菌

アレルギー治療のために、下流処理は、有害ウイルスの除去または活性化を確実にしなければなりません。 低pHインキュベーション、溶剤/洗剤治療、ナノろ過は標準のメソッドですが、それぞれは特定の製品のために検証する必要があります。 最近の熱可燃ナノフィルターの仕事は、敏感なウイルスベクトルを、不完全性を予感させることなくウイルスクリアランスを有効にしました。

未来の方向と新興技術

今後数年でダウンストリーム処理をさらに変革する最先端技術が数多くあります。

人工知能と機械学習

マシンラーニングモデルは、過去のデータと分子特性に基づいて、クロマトグラフィーのステップ(例えば、塩グラデーション、pH、流量)に最適な動作条件を予測することができます。 これらのモデルは、労働上の気性最適化の必要性を減らすことができます。 MITの研究者は、強化学習を使用して、AAVの浄化のためのクロマトグラフィー方法、最小限のユーザー入力で85%の収量を達成するのをお勧めするプラットフォームを開発しました。

リンド・デザインとプロテイン・エンジニアリング

aptamers、DARPins、および単相抗体などの新規の親和性リガンドの設計は、ターゲットベクターやセルサブタイプに対して超高特異性の可能性を提供します。これらのリガンドは、さまざまなサポート(樹脂、膜、磁気ビーズ)に結合し、単一のステップで精製を有効にすることができます。

リアルタイムリリーステスト

qPCR、フローサイトメトリー、および次世代シーケンシングなどの急速な微生物学的検出方法の統合は、下流線に、最終的に製品のリアルタイムリリースを可能にする可能性があります。 FDAは、補間法と同等の検証されている場合、生理学的検査の代替方法を受け入れるための意欲を表明しました。

コンテンツ

細胞および遺伝子治療のダウンストリーム処理は、深い変化を遂げています。 自動化、クローズドシステム、高度なクロマトグラフィーメディア、および継続的な処理戦略は、歩留まり、純度、一貫性の改善を推進しています。 これらの進歩は、製造コストの削減と、より患者にアクセス可能な救命療法を作るために不可欠です。 同時に、規制枠組みは、これらの革新に対応し、堅牢な特徴化とプロセス検証の必要性を強調するものです。 これらのメーカーは、これらの次世代の細胞を成長させ、最高の臨床医院を生産するために最善を尽くします。