Благодаря возросшему интересу и постепенному переходу инвестиций от низкомолекулярных лекарств к биологическим препаратам, а также созданию нескольких компаний-производителей биологических препаратов / ОКУ по биологическим препаратам, во всем мире было разработано более 250 биологических методов лечения и вакцин. Примечательно, что биологические препараты имеют более высокие показатели успеха, чем традиционные низкомолекулярные препараты, из-за меньшей нецелевой токсичности биологических препаратов, что является одной из ключевых причин неудач в разработке низкомолекулярных лекарств. Учитывая продолжающиеся научные достижения и рост количества биологических препаратов, одобренных FDA, фармацевтическая промышленность, похоже, приближается к эпохе биологических препаратов. Фактически, ожидается, что биологические препараты сыграют значительную роль в формировании фармацевтической промышленности и в конечном итоге станут неотъемлемой частью традиционных лекарств. Более того, бурное развитие биологических препаратов произвело революцию в лечении ряда терапевтических состояний, что еще больше способствовало экспоненциальному росту текущего спроса на биологические препараты, разработанные компаниями-производителями биологических препаратов.

Обзор биологических препаратов

Биологические препараты относятся к лекарственным/терапевтическим продуктам, которые либо производятся с использованием живых организмов, либо полусинтезируются из биологических источников. По сути, это сложные биологические макромолекулы, имеющие высокую молекулярную массу, или продукты клеточного происхождения, которые не извлекаются напрямую из природных биологических источников, а производятся с использованием биотехнологических инструментов и методов. Как и все лекарства, биологические препараты регулируются FDA. Они отличаются от малых молекул размером и сложностью.

Химические лекарства — это небольшие молекулы, состоящие из ограниченного числа атомов, с другой стороны, биологические молекулы намного больше и могут содержать тысячи атомов, что делает их более сложными.
Биологические препараты активируют определенные белки или клетки вашей иммунной системы, создавая специфические реакции на цели, в то время как многие традиционные системные препараты активируют всю иммунную систему в более общем виде.

Из-за их большого количества и различного поведения биологические препараты можно разделить на различные категории. На рисунке ниже представлено иллюстративное описание различных типов биологических препаратов.

Системы экспрессии для биологических препаратов

Процессы, связанные с производством биофармацевтических препаратов, сложны и требуют строго стерильных и асептических условий. Это можно объяснить тем, что для производства биофармацевтических препаратов необходимы живые системы экспрессии. Обычно желаемый ген, такой как ген человеческого инсулина, при вставке в плазмиду клетки-хозяина использует транскрипционный и трансляционный механизм хозяина для экспрессии. Стоит отметить, что экспрессия генов in vitro требует подходящего хозяина для производства конкретного генного продукта. В настоящее время для производства биологических препаратов доступно несколько систем экспрессии; к ним относятся системы экспрессии насекомых, млекопитающих, микробов и растений. Важно также отметить, что использование различных систем связано со своим набором требований к культивированию, преимуществами и недостатками.

На рисунке ниже представлено иллюстративное резюме различных систем экспрессии биологических препаратов.

Различные типы систем экспрессии для производства биологических препаратов были упомянуты в следующих разделах:

• Системы экспрессии насекомых:
  Бакуловирус представляет собой литический вирус с двухцепочечной ДНК (дцДНК), который можно эффективно амплифицировать в клетках насекомых, принадлежащих к семейству чешуекрылых. Векторы экспрессии на основе бакуловирусов используют способность вируса семейства Baculoviridae трансфецировать клетки насекомых. Линии клеток насекомых часто используются в качестве систем экспрессии рекомбинантных белков. Этот метод считается безопасным, поскольку бакуловирус не может инфицировать позвоночных, поскольку его промоторы неактивны в клетках млекопитающих.
• Системы экспрессии млекопитающих:
  Известно, что системы экспрессии млекопитающих генерируют функционально активные белки. Однако эти системы характеризуются низкой урожайностью, высокими производственными затратами и трудоемкими процессами культивирования клеток. Обычно используемые клеточные линии включают клетки яичника китайского хомячка (CHO) и клетки почек детеныша хомячка (BHK). Культуры клеток млекопитающих обладают стабильностью и предпочтительны для длительного использования. Временная экспрессия белка в этих клеточных линиях относительно легка и проста; однако расширение масштабов этого процесса с годами стало серьезной проблемой.
• Микробные системы экспрессии:
  Микробные системы экспрессии в основном используются для производства рекомбинантных белков. Примерами известных микробных систем экспрессии являются бактерии, грибы и дрожжи.
• Бактериальные системы экспрессии:
  Благодаря своей скорости репликации бактерии представляют собой простые системы, способствующие быстрой экспрессии рекомбинантных белков. Их легко культивировать, и известно, что они дают высокие выходы рекомбинантных белков. Наиболее широко используемой бактериальной системой-хозяином является Escherichia coli (E. coli). Поскольку ее генетический и физиологический профиль хорошо изучен, генетические манипуляции с E. coli относительно просты по сравнению с другими штаммами бактерий.
• Грибковые системы экспрессии:
  Было показано, что грибы обладают способностью экспрессировать высокие уровни различных видов белков, которые секретируются во внеклеточное пространство. Эта форма производства очень выгодна для последующей переработки из-за необходимости минимальных стадий восстановления конечного продукта. Кроме того, грибковые системы способны осуществлять посттрансляционные модификации, аналогичные тем, которые наблюдаются у людей.
• Системы экспрессии дрожжей:
  Простые эукариоты, такие как дрожжи, обычно предпочтительны для производства рекомбинантных белков и других биологических препаратов из-за их эукариотического клеточного механизма, небольшого времени экспрессии и простоты манипуляций. Дрожжевые клетки обладают необходимыми внутриклеточными факторами и белками, которые способствуют посттрансляционным модификациям. Яркие примеры дрожжей, которые используются в качестве систем экспрессии, включают Saccharomyces Cerevisiae (S. cerevisiae) и Pichia Pastoris.
• Системы экспрессии растений:
  Растительная система экспрессии in vivo представляет собой недорогую и удобную систему для крупномасштабного производства рекомбинантных белков. За последнее десятилетие было открыто несколько эффективных растительных систем экспрессии.

Процесс производства биологических препаратов

Процесс производства биологических препаратов можно разделить на два основных этапа: предварительную и последующую обработку. Первоначальная обработка включает производство и поддержание работающих систем микробной экспрессии, тогда как последующая обработка включает различные этапы химического и физического разделения, необходимые для выделения и очистки продукта из культуральной смеси.

Заключение

Специфичность, эффективность и преимущества биологических препаратов, связанные с безопасностью, привлекли внимание заинтересованных сторон отрасли и потребителей. В настоящее время разрабатываются различные биологические препараты для широкого спектра заболеваний, в том числе тех, которые характеризуются большими целевыми популяциями пациентов и редкими показаниями к заболеванию, которые обычно связаны с меньшими целевыми популяциями пациентов и меньшими потребностями. Кроме того, новые методы, включая рекомбинантные белки, вакцины, клеточную и генную терапию, развиваются быстрее, чем любой другой сегмент медицины. Это привело к тому, что биологические препараты оказались на грани того, чтобы превзойти малые молекулы с точки зрения доходов. На этом конкурентном глобальном рынке аутсорсинг превратился в жизнеспособную и прибыльную бизнес-модель. Хотя в основном услуги директоров по маркетингу биологических препаратов предпочитают использовать средние и мелкие игроки, известно, что некоторые из более крупных и авторитетных игроков также передают на аутсорсинг определенные аспекты разработки и производства биологических препаратов. Фактически, большинство разработчиков склонны полагаться на контрактных производителей биологических препаратов/контрактное производство биологических препаратов для разработки и производства продуктов с низкой стоимостью/возможностью, таких как лекарства для редких показаний и биосимиляры.

Подробную информацию об этой области можно найти в нашем отчете о рынке контрактного производства биологических препаратов.

Об авторе

Джасмит_Бхалла

Имея более чем 4-летний опыт работы с анализом корней, Джасмит умеет генерировать полезную информацию из неструктурированных/структурированных наборов данных. В качестве старшего аналитика Roots Analysis она помогала нескольким клиентам в различных отраслях промышленности в сфере здравоохранения. Эти вертикали включают контрактные услуги, устройства/технологии и лекарства/показания к заболеваниям. Поскольку результаты исследования направлены на то, чтобы помочь клиентам принимать взвешенные решения для своего бизнеса, она имеет практический опыт оценки конкурентной среды, сравнительного анализа, определения размера рынка и прогнозирования, а также нескольких количественных / качественных / стратегических рамок.