Accelerare la produzione in piccole strutture biofarmaceutiche dinamiche

Nell'industria biofarmaceutica, la rapidità di lancio dei prodotti è fondamentale, in quanto la domanda di anticorpi monoclonali (mAbs), vaccini prodotti da batteri e cellule terapeutiche di mammiferi è in crescita. La produzione annuale di prodotti biofarmaceutici a base di proteine ammonta a più di 17 milioni di litri in tutto il mondo. Soluzioni innovative come i separatori a perfusione monouso GEA kytero, progettati per la separazione cellulare continua e ad alta intensità, rispondono alle esigenze dei produttori che vogliono investire in questo mercato dinamico e accrescere il loro successo con processi a monte robusti e facilmente scalabili. I nuovi separatori a perfusione offrono un approccio trasformativo per moltiplicare la produzione, ottenere una produttività senza precedenti e servire più rapidamente le istituzioni mediche e i pazienti. 

Continuità equivale a efficienza dei costi

Il processo continuo ottimizza i tempi di produzione e riduce il lavoro necessario per avviare i processi biofarmaceutici. Gli operatori non devono più aspettare la fine di un ciclo di batch per separare le cellule e prelevare la proteina target - l'ingrediente farmaceutico attivo - dal mezzo contenente il prodotto. Le cellule non vengono scartate, ma reinserite nel bioreattore, consentendo di lavorare per settimane, anziché per ore o giorni, e di ottenere il prodotto fin dall'inizio. 

Grazie a questa innovazione, i nuovi prodotti possono arrivare più velocemente sul mercato e i prodotti già affermati possono essere consegnati senza perdere tempo prezioso. Inoltre, le stesse cellule coltivate vengono riutilizzate per l'intero processo di più settimane e non devono essere coltivate ex novo per i batch successivi. 

Continuità significa efficienza in termini di costi, e in passato solo gli impianti più grandi hanno potuto beneficiare di questo approccio. Questa situazione sta per cambiare con i nuovi separatori a perfusione monouso, che rendono questa tecnologia disponibile per le aziende farmaceutiche più piccole, caratterizzate da spazi limitati, poca disponibilità di manodopera, richieste di flussi di lavoro complessi e concorrenza agguerrita. Queste aziende tendono a dipendere dalle moderne apparecchiature monouso per le loro attività di processo principali. Cicli di pulizia elaborati che richiedono spazio, servizi, manodopera e tempo aggiuntivi sarebbero eccessivi per loro. Nel 2021, i separatori monouso hanno segnato la prima volta al mondo in cui la tecnologia di separazione a dischi facilmente applicabile per il trattamento in batch è diventata accessibile alle piccole aziende di ricerca e sviluppo o di produzione, offrendo un'elevata efficienza, una flessibilità superiore e un funzionamento semplice. I nuovi separatori a perfusione monouso della serie - i primi del loro genere - consentono di ottenere lo stesso obiettivo alle piccole strutture che puntano alla produzione continua.

Processi biofarmaceutici esistenti 

La coltura delle cellule nel bioreattore con successiva raccolta delle proteine prodotte è il processo chiave a monte della produzione di biofarmaci. Dopo la crescita esponenziale nel reattore, le cellule devono essere prelevate dal contenitore e separate dal terreno di coltura, un passaggio che il processo di perfusione può ottimizzare. Tuttavia, in passato il passaggio a un'apparecchiatura di perfusione è sempre stato ritenuto eccessivamente costoso e rischioso. Questo è il motivo principale per cui molte aziende farmaceutiche, anche quelle più grandi, finora hanno desistito. Le unità di perfusione monouso offrono l'opportunità di introdurre il processo in modo relativamente semplice ed economico, eliminando molte delle barriere iniziali che lo contraddistinguono. Ecco una panoramica delle opzioni tipiche del processo:

Preparazione dell'inoculo (le cellule di partenza)

Indipendentemente dall'impostazione del processo utilizzato per la coltivazione e la separazione delle cellule, la preparazione è la stessa: le cellule provenienti da una provetta di stoccaggio crioconservata vengono precoltivate in fiasche di agitazione poste in un incubatore ad agitazione. Il passaging (rimozione del terreno di coltura e trasferimento delle cellule in un terreno di coltura fresco) può essere effettuato a intervalli regolari (ad esempio, a giorni alterni) per aumentare la propagazione del ceppo cellulare prima dell'inoculo. 

Opzione 1: processo a batch

Ai fini di R&S, un semplice processo a batch può essere il metodo più efficiente per coltivare e separare le cellule. La coltura cellulare può essere attiva per meno di sette giorni, o anche solo per poche ore, e viene quindi alimentata in un piccolo separatore o in un'altra unità di ritenzione cellulare per separare le cellule e isolare il prodotto desiderato. Il vantaggio principale di questa procedura è che è facile da impostare e da proteggere dalla contaminazione. 

Opzione 2: processo fed-batch

I processi di coltivazione cellulare basati su batch hanno una durata limitata per evitare che i nutrienti nel terreno di coltura si esauriscano e i sottoprodotti tossici del metabolismo cellulare superino un livello prestabilito, compromettendo la vitalità delle cellule. Con un processo fed-batch, questo limite di tempo può essere esteso a più di 15 giorni. Ciò avviene sostituendo ripetutamente il terreno di coltura nel bioreattore con substrato fresco proveniente da un serbatoio separato, in base a programmi complessi. Questa procedura rimuove le particelle tossiche e aggiunge ulteriori nutrienti in misura sufficiente a mantenere attivo il batch, ma il volume di alimentazione deve essere accuratamente bilanciato senza diluire la coltura. Al termine del ciclo, il prodotto viene raccolto come nel processo a batch standard. Il processo fed-batch, pur essendo impegnativo, è adatto alla produzione su scala commerciale. Fornisce risultati di alta qualità con una densità cellulare e un titolo di prodotto sufficienti.

Opzione 3: processo a perfusione

L'utilizzo di una configurazione di perfusione con una soluzione come il nuovo separatore a perfusione GEA kytero consente di estendere le operazioni di coltura cellulare a settimane. Il terreno del bioreattore, contenente cellule, prodotti cellulari e sostanze nutritive, viene alimentato in modo continuo nel separatore a perfusione, ottenendo immediatamente un prodotto utile. Il terreno di coltura esausto viene prelevato con il prodotto raccolto alla stessa velocità con cui il terreno fresco viene aggiunto al reattore, mantenendo il terreno di coltura a un volume costante nel bioreattore. La velocità di questo processo di scambio di terreni viene definita volume giornaliero del contenitore. Le cellule separate vengono riportate dall'unità di separazione, dotata di una porta speciale, al bioreattore, senza alcuna perdita di vitalità. 

Facilitare la perfusione: separazione a dischi altamente efficiente 

Per ottenere la necessaria separazione delle cellule sono disponibili diversi metodi di ritenzione cellulare, tra cui la filtrazione a flusso tangenziale alternato o la filtrazione a flusso tangenziale, che separa le particelle in base alle dimensioni, mentre la separazione a dischi impiega la forza centrifuga per separare le particelle in base alla massa. 

Quest'ultima tecnologia, perfezionata dagli ingegneri di separazione di GEA nel corso di vari decenni e utilizzata nelle attività farmaceutiche industriali di tutto il mondo, offre vantaggi in termini di efficienza, flessibilità e spazio. La separazione a dischi offre una densità cellulare e una resa del prodotto eccezionalmente elevate, con una cattura del 99% dei solidi. Può essere regolata con precisione in funzione di piccole differenze di massa e quindi adattarsi a complesse operazioni di separazione automatizzata che possono essere modificate giorno per giorno. I sistemi meccanici senza attrito e a bassa azione di taglio garantiscono un aumento minimo della temperatura per la massima vitalità delle cellule.

Rivoluzionaria praticità della soluzione monouso

Nella serie GEA kytero la collaudata tecnologia a dischi dell'azienda è stata trasformata in macchine particolarmente compatte con un elemento monouso di facile movimentazione che contiene l'intera tecnologia a dischi. Questo elemento e tutte le linee di alimentazione e di scarico corrispondenti, cioè tutte le parti a contatto con il prodotto, vengono semplicemente sostituite dopo un ciclo di produzione per la massima comodità e sicurezza dalla contaminazione. Come opzione sono disponibili cartucce di ricambio trattate con raggi gamma. 

I nuovi separatori a perfusione di questa serie offrono gli stessi vantaggi dei modelli originali di separazione fed-batch: non è necessaria alcuna pulizia igienica o autoclave, quindi la macchina può essere pronta per il successivo processo continuo in pochi minuti. I separatori non richiedono alcun servizio, tranne l'alimentazione elettrica e l'aria. Si adattano a qualsiasi struttura, soprattutto rispetto ai classici sistemi di filtrazione. Come per tutti i separatori a dischi, non è necessario riservare spazio o risorse umane per la sostituzione dei filtri.
 
Oltre all'innovazione di un sistema di unità di separazione compatto, chiuso e a prova di contaminazione al 100%, le macchine GEA kytero sono dotate di un sistema di azionamento senza contatto, che garantisce la protezione ideale per il biocontenimento. 

Avvio e aumento di capacità con la perfusione

I separatori a perfusione GEA kytero sono disponibili in due varianti per bioreattori da 500 litri fino a 2.000 litri e consentono quindi processi con quantità ridotte di ceppi cellulari costosi. All'inizio del 2025 è prevista l'introduzione di un nuovo separatore per le applicazioni di laboratorio di R&S più piccole, adatto sia ai processi di prova in batch che a quelli di perfusione. 

Chi ha già utilizzato le macchine GEA kytero in prova ha constatato che consentono di superare le limitazioni attuali. I risultati dei test e della produzione ottenuti con questi componenti di processo possono essere estesi a varianti di modelli monouso più grandi e persino alla produzione industriale con i classici separatori in acciaio inossidabile delle rinomate serie GEA pharma aseptic e GEA pharma pure - sempre mantenendo il principio tecnico della separazione a dischi, che garantisce un trasferimento sicuro del processo e facilita la validazione.

I produttori biofarmaceutici che intendono stabilire processi di perfusione ed espandere la loro posizione nel dinamico mercato farmaceutico sono incoraggiati a esplorare i vantaggi della tecnologia di perfusione monouso nelle loro attività.