Rekombinanttilääkkeitä mikrobisoluista: vuoden 2015 päivitys

Solutehtaat

Rekombinanttidna:n varhaisvaiheista lähtien yhä lisääntyvä ymmärrys solujen fysiologiasta ja stressistä sekä tekijöistä, jotka osallistuvat heterologiseen geeniekspressioon ja proteiinien tuotantoon, on mahdollistanut erilaisten elävien tehtaiden eli prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen sekä kasvien ja eläinten käytön. Näitä järjestelmiä käyttämällä rekombinanttituotanto ratkaisee lähteiden saatavuusongelmat, sitä pidetään bioturvallisena ja ympäristöystävällisenä prosessina ja se antaa mahdollisuuden muuttaa aminohapposekvenssejä ja näin ollen proteiinien toimintaa, jotta tuote voidaan sovittaa paremmin haluttuun toimintaan. Rekombinanttiproteiinien tuotantoon on tulossa laaja ja kasvava valikoima ekspressiojärjestelmiä. Escherichia coli oli vallitseva järjestelmä, kun biofarmaseuttinen ala syntyi 1980-luvulla, ja sitä seurasi hiivan Saccharomyces cerevisiae käyttöönotto. Molemmat järjestelmät ja niihin liittyvät geneettiset menetelmät ovat poikkeuksellisen monipuolisia, joten niitä voidaan mukauttaa erilaisiin tuotantovaatimuksiin. Huolimatta siitä, että hyönteissoluja on alun perin käytetty menestyksekkäänä järjestelmänä erityisesti rokotteisiin suunnattujen proteiinien tuottamiseen, nisäkässolulinjat (erityisesti CHO-solut) ovat nykyään vallitseva eläinperäinen solujärjestelmä, koska ne soveltuvat sopivasti glykosyloitujen proteiinien tuottamiseen (kuva 1). Kyky tehdä translaation jälkeisiä muutoksia on ristiriidassa monimutkaisten ravitsemusvaatimusten, hitaan kasvun ja herkkyyden sekä suhteellisen korkeiden tuotantoaikataulujen ja -kustannusten kanssa. Näin ollen monista perinteisistä ja uusista solupohjaisista järjestelmistä proteiinien tuotantoon bakteerit, hiiva ja nisäkässolulinjat ovat yleisimpiä biofarmasiassa, ja sekä prokaryoottiset että eukaryoottiset järjestelmät kehittyvät jatkuvasti ja kilpailevat ominaisuuksiensa parantamisesta ja voimistuvat proteiinilääkkeiden tuotannon ensisijaisina alustoina. Vaikka bakteerit ovat menettäneet varhaisen johtavan asemansa alalla , noin 30 prosenttia markkinoille saatetuista biolääkkeistä tuotetaan edelleen tässä järjestelmässä, mitä tukee prokaryoottisolujen epätavallinen fysiologinen ja geneettinen manipuloitavuus .

Uusien proteiinien tuotantoalustojen kehittämisen päätavoitteena on itse asiassa parantaa lääkkeiden toiminnallisuutta onnistuneen proteiinien laskostuksen ja translaationjälkeisten modifikaatioiden kautta säilyttäen prokaryoottisolujen viljelyyn liittyvä vähäinen mutkikkuus ja joustavuus. Tässä yhteydessä grampositiiviset bakteerit, kuten Bacillus megaterium ja Lactococcus lactis, mahdollistavat proteiinien tehokkaan erittymisen ilman endotoksisia soluseinäkomponentteja, kun taas filamenttiset sienet (kuten Trichoderma reesei, ), sammal (Physcomitrella patens, ) ja alkueläimet (Leishmania tarentolae, ) edistävät samankaltaisia glykosylaatiokuvioita kuin nisäkäsperäisissä valkuaisaineissa, mutta niitä kasvatetaan silti yksinkertaisemmilla metodeilla kuin nisäkässoluja. Laajoja kuvauksia kehitteillä olevista (bakteeriperäisistä ja muista kuin bakteeriperäisistä) alustoista, jotka on erityisesti tarkoitettu korkealaatuisten proteiinilääkkeiden tuotantoon, löytyy muualta. E. coli -bakteerin endotoksiinittoman kannan viimeaikainen kehittäminen ja sen soveltaminen proteiinien ja proteiinimateriaalien valmistukseen tasoittaa tietä biolääketieteelliseen käyttöön tarkoitettujen proteiinien kustannustehokkaalle ja monipuoliselle tuotannolle jättämällä endotoksiinin poistovaiheet väliin, mikä parantaa bioturvallisuutta ja alentaa tuotantokustannuksia . Toivottavasti kaikki nämä uudet järjestelmät tarjoavat pian parempia tuotteita edelleen yksinkertaisilla ja täysin kontrolloiduilla biovalmistusmenetelmillä.

Trendejä proteiinien biofarmaseuttisissa tuotteissa

Noin 400 rekombinanttiproteiinipohjaista tuotetta on tuotettu menestyksekkäästi ja hyväksytty biofarmaseuttisina tuotteina , termi, joka viittaa terapeuttisiin tuotteisiin, jotka on tuotettu teknologioilla, joissa on mukana eläviä organismeja . Lisäksi kehitteillä on 1300 proteiinikandidaattia, joista noin 50 prosenttia on prekliinisissä tutkimuksissa ja 33 prosenttia kliinisissä tutkimuksissa (kuva 2). Tässä yhteydessä on ennustettavissa, että hyväksyntöjen määrä kasvaa lähivuosina. Eli Lilly & Co:n 70-luvulla kehittämä Humulin, E. coli -bakteerissa valmistettu ihmisen rekombinanttiinsuliini, oli ensimmäinen (FDA:n) hyväksymä biolääke vuonna 1982. Muita luonnollisia proteiineja, kuten hormoneja, sytokiineja ja vasta-aineita (Orthoclone OKT3) oli 1980-luvulla hyväksyttyjen yhdeksän yksittäisen tuotteen joukossa (taulukko 1). Nykyään terapeuttisia alueita, joilla rekombinanttibiolääkkeet ovat hyötyneet eniten, ovat aineenvaihduntasairaudet (esim. tyypin 1 ja 2 diabetes, liikalihavuus tai hypoglykemia), hematologiset sairaudet (esim. munuaisanemia, hemofilia A, verenvuoto- tai hyytymishäiriöt) ja syöpätaudit (esim. melanooma, rinta- tai paksu- ja peräsuolisyöpä), joihin on myönnetty 24, 18 ja 15 prosenttia hyväksynnöistä (kuva 3). Tältä osin onkologia on selvästi kasvava markkina-alue. Vuosina 2010-2014 hyväksytyistä 54 biolääkkeestä 9 oli syöpälääkkeitä, ja syöpä oli yleisin käyttöaihe kyseisellä ajanjaksolla. Kun tarkastellaan biofarmaseuttisten lääkkeiden molekyyliperustaa, on havaittavissa selkeä suuntaus kohti vasta-ainepohjaisia tuotteita. Samana ajanjaksona (2010-2014) hyväksytyistä 54 proteiinilääkkeestä 17 oli monoklonaalisia vasta-aineita (31,5 %), kun vastaava luku vuosina 1980-1989 oli 11 %. Lisäksi vuonna 2014 maailmanlaajuisesti kymmenen myydyimmän proteiinibiofarmaseuttisen lääkkeen joukossa (taulukko 2) kuusi on vasta-aineita tai vasta-aineista johdettuja proteiineja (Humira, Remicade, Rituxan, Enbrel, Avastin, Herceptin; http://qz.com/349929/best-selling-drugs-in-the-world/).