Medicamentos fabricados por células vivas. también llamados biológicos, son uno de los segmentos de más rápido crecimiento de la industria farmacéutica. Estas drogas a menudo anticuerpos u otras proteínas, se utilizan para tratar el cáncer, artritis, y muchas otras enfermedades.
Monitorear la calidad de estos medicamentos ha demostrado ser un desafío, sin embargo, porque la producción de proteínas por las células vivas es mucho más difícil de controlar que la síntesis de fármacos tradicionales. Por lo general, estos medicamentos consisten en pequeñas moléculas orgánicas producidas por una serie de reacciones químicas.
Los ingenieros del MIT han ideado una nueva forma de analizar los productos biológicos a medida que se producen, lo que podría conducir a pruebas de seguridad más rápidas y eficientes para dichos medicamentos. El sistema, basado en una serie de filtros a nanoescala, también podría desplegarse para probar medicamentos inmediatamente antes de administrarlos, para asegurarse de que no se hayan degradado antes de llegar al paciente.
"En este momento no existe ningún mecanismo para verificar la validez de la proteína posterior a la liberación, "dice Jongyoon Han, profesor del MIT de ingeniería eléctrica e informática. "Si tiene análisis que consumen una cantidad muy pequeña de una muestra, pero también brindan información de seguridad crítica sobre agregación y vinculación, podemos pensar en análisis en el punto de atención ".
Han es el autor principal del artículo, que aparece en la edición del 22 de mayo de Nanotecnología de la naturaleza . El autor principal del artículo es el postdoctorado del MIT Sung Hee Ko.
Un proceso complicado
Muchos biológicos se producen en "biorreactores" poblados por células que han sido diseñadas para producir grandes cantidades de ciertas proteínas, como anticuerpos o citocinas (un tipo de molécula de señalización utilizada por el sistema inmunológico). Algunos de estos fármacos proteicos también requieren la adición de moléculas de azúcar mediante un proceso conocido como glicosilación.
"Las proteínas son intrínsecamente más complicadas que los fármacos de molécula pequeña. Incluso si ejecuta exactamente el mismo proceso de biorreactor, puede terminar con diferentes proteínas, con diferente glicosilación y diferente actividad, "Han dice.
Aunque los fabricantes pueden monitorear las condiciones del biorreactor como la temperatura y el pH, que puede advertir de posibles problemas, no hay forma de probar la calidad de las proteínas hasta que se completa la producción, y ese proceso puede llevar meses.
"Al final de ese proceso, puede que obtenga o no un buen lote. Y si obtiene un lote incorrecto, esto significa mucho desperdicio en el flujo de trabajo de fabricación general, "Han dice.
Han creía que los nanofiltros que había desarrollado previamente podrían adaptarse para clasificar proteínas por tamaño a medida que fluyen a través de un canal diminuto. lo que podría permitir un continuo, seguimiento automático a medida que se producen las proteínas. Esta información de tamaño puede revelar si las proteínas se han agrupado, lo cual es una señal de que la proteína ha perdido su estructura original.
Después de que las proteínas ingresan al dispositivo de matriz de nanofiltros, se dirigen a un lado de la pared. Esta estrecha línea de proteínas se encuentra con una serie de filtros inclinados con poros diminutos (de 15 a 30 nanómetros). Los poros están diseñados para que las proteínas más pequeñas quepan fácilmente a través de ellos. mientras que las proteínas más grandes se moverán a lo largo de la diagonal una cierta distancia antes de atravesar uno de los poros. Esto permite que las proteínas se separen en función de su tamaño:las proteínas más pequeñas permanecen más cerca del lado donde comenzaron, mientras que las proteínas más grandes se desplazan hacia el lado opuesto.
Al cambiar el tamaño de los poros, los investigadores pueden utilizar este sistema para separar proteínas que varían en masa de 20 a cientos de kilodaltons. Esto les permite determinar si las proteínas han formado grandes grupos que podrían provocar una respuesta inmune peligrosa en los pacientes.
Los investigadores probaron su dispositivo en tres proteínas:hormona del crecimiento humano; interferón alfa-2b, una citocina que se está probando como medicamento contra el cáncer; y factor estimulante de colonias de granulocitos (GCSF), que se utiliza para estimular la producción de glóbulos blancos.
Para demostrar la capacidad del dispositivo para revelar la degradación de proteínas, los investigadores expusieron estas proteínas a condiciones nocivas como calor, peróxido de hidrógeno, y luz ultravioleta. La separación de las proteínas a través del dispositivo de matriz de nanofiltros permitió a los investigadores determinar con precisión si se habían degradado o no.
La clasificación por tamaño también puede revelar si las proteínas se unen a sus objetivos previstos. Para hacer esto, los investigadores mezclaron los productos biológicos con fragmentos de proteínas a los que se supone que se dirigen los fármacos. Si los fragmentos biológicos y de proteínas se unen correctamente, forman una proteína más grande con un tamaño distintivo.
Análisis rápido
Este sistema nanofluídico puede analizar una pequeña muestra de proteína en 30 a 40 minutos, más las pocas horas que se necesitan para preparar la muestra. Sin embargo, los investigadores creen que pueden acelerarlo si miniaturizan aún más el dispositivo.
"Es posible que podamos hacerlo en decenas de minutos, o incluso unos minutos, "Dice Han." Si nos damos cuenta de eso, es posible que podamos realizar comprobaciones reales en el punto de atención. Esa es la dirección futura ".
