¿Qué es una breve descripción del proceso de producción masiva de medicamentos farmacéuticos?

¡Es un campo emocionante! A veces no quieres saber cómo se hace la salchicha. Sin embargo, esto es totalmente fascinante de saber.

Mi asesor es muy aficionado a decir que la producción de drogas es la alquimia moderna. Ese es el proceso de tomar materia orgánica barata y convertirla en un producto que vale mucho más que el oro.
La ingeniería química se trata principalmente de comprender cómo se pueden controlar y manipular los procesos para obtener un producto deseado. Al igual que con todos los procesos químicos, hay pasos aditivos, reactivos y de eliminación que se seleccionan.

Las drogas no son diferentes. Le advertiré que solo sé sobre el proceso de producción de productos biofarmacéuticos y no puedo entrar en detalles sobre producciones de moléculas pequeñas. Los medicamentos biológicos son particularmente complicados ya que se dirigen a los pacientes y existen estándares increíblemente altos para crear un producto consistente y reproducible que sea virtualmente puro, estable y escalable.

En el caso de los productos biológicos, podemos dividir en gran medida el proceso en tres etapas:

• Producción (fermentación o cultivo celular)
• Purificación (separaciones)
• Embalaje (relleno y acabado)

Dependiendo del proceso y la demanda del medicamento, el paso limitante de la frecuencia difiere fácilmente. Hace 15 años, el cultivo celular era el paso limitante. Ahora que el rendimiento ha aumentado 1.000 veces para los anticuerpos, la purificación se convirtió en el factor limitante. Cuando finalmente se construyeron suficientes columnas de purificación, superaron las etapas de llenado y finalización. El mensaje para llevar es que todos estos pasos son importantes, pero algunos son más importantes que otros dependiendo del proceso.

También es importante reconocer que hay cientos de controles de calidad durante todo el proceso. Todo esto ocurre en un entorno de buenas prácticas de fabricación actuales (cGMP) . Cualquier persona que haya trabajado en la fabricación puede decirle que hay numerosos certificados de análisis (CoA) y procedimientos operativos estándar (SOP) que se deben seguir para garantizar la calidad y durante todo el proceso, las muestras se recopilan y analizan para asegurarse de que el proceso sea Bajo control. Estos documentos son luego examinados por la FDA como parte del proceso de aprobación y las inspecciones posteriores. Como esto afecta a las personas y afecta a las vidas, se toma muy en serio. Las variaciones de cGMP pueden provocar retiros.

En este punto, puedes mirar la figura a continuación, darme un voto positivo y llamarlo un día.
Sin embargo, solo estoy comenzando. Estamos hablando de curar vidas aquí.

Producción

El objetivo de la cultura celular es utilizar tecnología recombinante para que las células conviertan un producto en otro. En la mayoría de los casos, esta es una materia prima como la glucosa o los aminoácidos como la glutamina. Al punto llega a una etapa de fabricación, se han seleccionado la celda deseada y el producto deseado. Dependiendo del medicamento, se utilizarían diferentes organismos hospedantes, pero los más comunes son E. coli, levadura y células CHO.

El objetivo del cultivo celular o la fermentación es producir el fármaco / litro más activo de tiempo de cultivo de manera consistente.

La industria usa de manera divertida términos agrícolas y se destacarán en el camino.

A diferencia de la síntesis química, donde los ingredientes tienden a ser consistentes, las células pueden cambiar o evolucionar durante el transcurso del proceso. Para evitar la deriva celular y asegurar la consistencia, una sola célula crece en un lote pequeño y luego se guarda en cientos de viales de cultivo y se congela como MASTER CELL BANK, con la suposición de que todos van a ser iguales. De este lote maestro, se hace un lote de trabajo usando un proceso similar.

Cuando se inicia un lote, uno de estos viales (que contiene 2e6 células) se descongela y se siembra en los medios. Una vez que crece, el objetivo es hacer crecer las células a la densidad más alta al mayor volumen en el menor tiempo posible. La mejor estrategia es mantener el crecimiento de las células en la fase logarítmica durante el mayor tiempo posible y alcanzar la fase estacionaria en el reactor más grande. Comience demasiado pequeño y caiga en la fase de retraso; ir demasiado alto y tiene que pasar con más frecuencia.

La mejor manera de hacerlo es cultivar constantemente las células a medida que alcanzan una densidad crítica. En la campaña de fabricación en la que trabajé, pasamos cada 3 días usando una división de 1: 5 de 200 ml -> 1 L -> 5 L -> 25 -> 100 L -> 500 L. Todo el proceso nos llevó 2 semanas antes entrando en 500 L. Las compañías más grandes como Merck y Pfizer tienen 10,000 L de reactores. Las escalas de tiempo difieren según el organismo huésped.

Este es un “pequeño” biostato de 3 litros. Cuesta alrededor de $ 10,000 en eBay.

Un reactor de E. coli de tamaño mediano

Uno grande. (Va bajo tierra)

Durante el proceso de crecimiento, es increíblemente importante que las células se encuentren en un entorno en el que estén dispuestas a producir su medicamento. Son como cualquier fabricante, por lo que necesitan alimentos, un entorno apropiado de temperatura y aire.

Varias condiciones a menudo se miden e incluyen

• pH
• Ingesta de oxígeno y niveles
• Ingesta de glucosa y niveles
• Ingesta de aminoácidos y niveles
• Densidad Celular
• Temperatura
• Presión
• Stir-rate

Al igual que los humanos, si sus vecinos están enfermos, es posible que se enferme también, de modo que si cualquiera de estas medidas de proceso queda fuera del alcance en los SOP definidos, toda la cultura podría comenzar a morir de inmediato y su medicamento será destruido. La gente monitorea esto muy cuidadosamente. Para contrarrestar los desequilibrios, los enfoques de lotes alimentados a menudo se usan al agregar ácidos o bases, aire / oxígeno y otros alimentos.

Igualmente importante es la fuente de los medios. El medio utilizado es una solución amortiguada cuidadosamente diseñada que incluye sales y productos químicos necesarios que mantienen la presión osmótica y el pH adecuados. También tienen que provenir de sustancias químicas aprobadas por la FDA que están libres de productos derivados de animales que pueden infectar a los humanos.

¡Cuando las células alcanzan su densidad máxima y alcanzan una fase estacionaria, las células están entonces es hora de COSECHA!

Todos los medicamentos importantes se almacenan en las células a través de diferentes mecanismos. Típicamente, las células de E. coli almacenan la proteína internamente. Las células de mamíferos típicamente excretan sus productos. Por lo tanto, el protocolo de recolección es diferente.

Como las células de E. coli almacenan sus medicamentos, estamos interesados ​​en cosechar las células ellos mismos. Usando una centrífuga gigante, las células se sedimentan. Para liberar las proteínas, las células se alimentan a una cámara de alta presión para romper las células y homogeneizar el producto. Este lisado se pasa luego al equipo de purificación.
Las células de mamíferos son diferentes y en este caso, queremos el sobrenadante. Podemos aclarar este sobrenadante centrifugando las células y recolectando el sobrenadante o usando filtros de profundidad para atrapar las células.

Purificación

La purificación es el proceso de tomar esta mezcla de proteínas, azúcares, lípidos y moléculas, y aislar y limpiar el producto farmacológico deseado.

El objetivo es recoger la mayor cantidad de productos con la mayor pureza por columna de forma consistente .

A nuestra disposición hay una variedad de técnicas de separación que utilizan principalmente la cromatografía líquida. Muchos de ustedes deberían estar familiarizados con el laboratorio de química de su escuela secundaria que separaba los colores de una hoja con un trozo de papel y disolvente.
Esto es más o menos lo mismo excepto 1,000,000x más difícil. También las personas mueren si te equivocas.

La idea esencial de separaciones y purificación es utilizar ciertas propiedades físicas y químicas de su mezcla para retener o eliminar componentes. Estas propiedades incluyen:

• tamaño
• Cargar
• Hidrofobicidad
• Afinidad a ciertos compuestos

Hicimos un primer paso al eliminar las células y las tripas de las células utilizando la centrifugación anteriormente. La mayoría de los fármacos usarán un paso de cromatografía de afinidad (AC) para aislar el medicamento. En la purificación de anticuerpos, la proteína A se unirá a la región Fc del anticuerpo y retendrá el producto deseado.

La Cromatografía de Exclusión de Tamaño (SEC) o la Cromatografía de Permeación en Gel separa las proteínas por tamaño. Las moléculas pequeñas quedarán atrapadas en los bolsillos de partículas porosas, mientras que las moléculas más grandes atravesarán los espacios.

La cromatografía de intercambio iónico (IEX) utiliza perlas cargadas atrapadas en agarosa o celulosa que se adhiere a los iones. A medida que fluye una proteína de cierta carga, la proteína se une a la columna. Luego, usando sal o pH cambiante, las interacciones entre la columna y la proteína deseada se debilitan. Las resinas típicas en orden de pI decreciente son Q (cuaternario), DEAE (dietiletanolamina), CM (carboximetilo) y SP (sulfonilo).
La cromatografía de interacción hidrofóbica (HIC) aprovecha la hidrofobicidad de las proteínas. A altas concentraciones de sal, estas interacciones son particularmente fuertes y al usar un gradiente de sal decreciente, las proteínas menos hidrofóbicas se caen.

Al igual que antes, aquí hay algunas imágenes representativas de los diversos tamaños relacionados con la purificación.

Este es uno que usamos en el laboratorio. Un AKTA barato cuesta $ 16,000 en línea.

Aquí hay uno de tamaño mediano. El marco cuesta alrededor de $ 8,000
Aquí hay uno grande
El factor limitante en la purificación es la resina. Una resina de afinidad de bajo costo como Ni-NTA costará alrededor de $ 1,000 / litro. La proteína A o Strep-Tactin cuesta> $ 10,000 / litro. Como resultado, está limitado por la capacidad máxima de la columna y el rendimiento de su proteína después de los pasos de limpieza individuales.

A diferencia de la fermentación y el cultivo celular, que es impulsado por el costo por ciclo, la purificación es un gasto de capital fijo. Es decir, 1 carrera vs. 10 carreras esencialmente costará lo mismo (sin costos de operador) ya que los costosos componentes son la plataforma y la resina. A diferencia de la etapa de producción, cada ejecución es una cantidad de tiempo fija; el esquema de purificación típico tomará una semana.

Con fines de validación, la FDA se preocupará principalmente por la pureza y la coherencia, ya que quieren que los fabricantes demuestren que conocen todos los componentes que se incluirán en el paciente. A medida que avanzan los ensayos clínicos individuales, la expectativa es que la pureza y la reproducibilidad continúen mejorando.

Para ilustrar cuán riguroso nos acercamos a esto, a continuación se muestra un ejemplo de un “hombro” que muestra una ligera contaminación de un dímero. Esto se consideraría una bandera roja a los ojos de la FDA.

embalaje

La proteína purificada es la droga, pero lo que venden las compañías farmacéuticas y la FDA lo aprueba es el producto farmacéutico . Para moléculas pequeñas, esto incluirá la píldora y todos sus excipientes. Para los productos biológicos, es el vial. Las decisiones en este proceso determinan la vida útil y la entrega del medicamento. Este es el proceso del que sé relativamente poco, así que es probable que me falten procesos completos en esta sección.

El objetivo del llenado y acabado es minimizar los defectos en la creación del producto farmacéutico .

Por lo general, esto sigue el siguiente proceso de esterilización de viales, llenado de viales, liofilización del medicamento y finalización del proceso de sellado y etiquetado.

El relleno se refiere a los procesos de agregar el medicamento al vial. Una parte esencial del paso es la formulación de la droga, es decir. qué sales y tampones se usan para estabilizar el medicamento. Esto influye en la vida útil y si hay dolor por las inyecciones. También puede influir sobre si se producen pérdidas debido a la unión a los viales de vidrio.

Matt Harbowy tiene una respuesta maravillosa sobre cómo se hace este proceso de manera precisa. ¿Qué tipo de máquina podría usar para fabricar con precisión píldoras para que contengan exactamente 1 miligramo de sustancia activa en cada píldora?

El producto proteico mixto se dispensa en los viales usando una máquina como se muestra.

En ciertos casos, la mezcla líquida se tapa inmediatamente y se almacena a 4ºC. Sin embargo, para las drogas que necesitan ser enviadas al exterior o para usos más largos, podemos liofilizar la mezcla mediante liofilización. Los viales se colocan bajo presión negativa y se congelan para hacer que el agua sublime sin pasar por una transición de líquido-gas que puede dañar las drogas.

El final se refiere a los procesos de agregar tapas, sellar el vial, etiquetar e inspeccionar.

Aquí hay una foto representativa de “tapado”

Obtener la aprobación de la FDA

El OP pidió evitar la aprobación, pero el proceso de fabricación es esencial para el proceso de aprobación. Una gran parte de por qué los productos farmacéuticos naturales no son tocados por las compañías farmacéuticas y aprobados por la FDA es porque los procesos para sintetizar de forma reproducible el producto puro son increíblemente difíciles.

Todos estos procesos se llevan a cabo en un entorno de sala limpia similar a la fabricación de silicio y pasan de entornos sucios a entornos más limpios. El entorno de cultivo celular en el que trabajé era de Clase 10.000 (ISO 7) y para cuando alcanza la purificación, el llenado y el acabado, pasará a la Clase 1.000. Los controles de contaminación para moho y endotoxinas se realizan con frecuencia.

Enfaticé mucho la coherencia . Cuando un medicamento se presenta para su aprobación, la FDA solicitará una demostración de 2 carreras de principio a fin en la escala completa. Para que esto suceda, la construcción de una planta y un proceso a gran escala comenzarán 2 años antes del llenado regulatorio, lo que significa que una compañía normalmente pagará por su planta en medio de su ensayo fundamental de fase III sin tener idea si el medicamento va o no para trabajar y finalmente aprobado Este es un costo relativamente pequeño en comparación con la ejecución real del ensayo, pero es un costo que a menudo se olvida cuando hablamos sobre el desarrollo de fármacos.

Entonces eso es eso La fabricación de medicamentos es el proceso de convertir productos químicos pequeños y “baratos” en una costosa especialidad química que se destinará a un ser humano. A través de una variedad de pasos, principalmente, producción, purificación y envasado, nuestro objetivo es hacer esto reproduciblemente sin defectos sabiendo que los errores cuestan vidas.

Es un campo en constante evolución a medida que las personas tratan de encontrar formas de hacer que estos medicamentos sean más baratos sin sacrificar la calidad que se requiere para que estos medicamentos funcionen.

Obtengo mi financiamiento del NIH. Si alguna compañía farmacéutica necesita un chelín para pagar, puede encontrarme yendo a mi página de Google+ gplus.to/chrisvanlang