Automatizált és költséghatékony gyártású mRNS-oltóanyagok, valamint sejtes és génterápiás készítmények

Automatisierte Produktionstechnologien für mRNA-basierte Impfstoffe sowie Zell- und Gentherapeutika. © Fraunhofer IZI / Automatisierte Produktionstechnologien für mRNA-basierte Impfstoffe sowie Zell- und Gentherapeutika. © Fraunhofer IZI

Az mRNA-alapú vakcinák, valamint a gén- és sejtterápiák új lehetőségeket kínálnak az orvosok számára a rák, fertőző és örökletes betegségek elleni küzdelemben. Ezek az innovatív gyógyszerek azonban drágák és összetettek az előállításukban. A Fraunhofer vezető projektje, az RNAuto célja az automatizált gyártástechnológiák segítségével az mRNA-gyógyszerek, valamint az egyéni terápiákhoz szükséges gyógyszerek jövőbeli, költséghatékony nagy mennyiségű előállítása, és megfizethető árú elérhetővé tétele. 2023. november 13. és 16. között a Fraunhofer Társaság kutatói elsőként mutatták be a COMPAMED kiállításon Dusseldorfban az mRNA nanotranszporterbe történő automatikus kapszulázásának szkennertesztelését bemutató demonstrátort.

A gyógyszerek fejlesztése az új terápiákhoz, mint például a gén- és sejtterápiák, valamint az mRNA-oltások, robbanásszerűen növekszik. Nem utolsósorban a COVID-19 járvány hatására az Advanced Therapy Medicinal Products (ATMP-k) piaca folyamatosan bővül. Ezek az új terápiás szerek áttörést jelentenek a komplex, eddig gyógyíthatatlan betegségek kezelésében, ideértve számos rákos megbetegedést is. Mégis, az ATMP-k ritkán kerülnek alkalmazásra. A korlátozó tényező a munkaigényes és eddig főként manuálisan végzett, költséges gyártási folyamat. Annak érdekében, hogy minél több beteg számára személyre szabott terápiákat kínálhassanak, digitalizált, automatizált gyártási folyamatokra van szükség. A RNAuto vezető projektben hét Fraunhofer intézet egyesíti szakértelmét az orvostudomány, biológia és mérnöki tudományok területén, hogy automatizált, gyors és költséghatékony módon, nagy mennyiségben állítsa elő az mRNA-oltásokat, valamint a gén- és sejtterápiákat, amelyek az mRNA-t kiindulási anyagként használják. A kutatások egyik fő területe egy ipari méretű szkenner rendszer kifejlesztése, digitális folyamatirányítással és adat-alapú minőségellenőrzéssel, amely lehetővé teszi az mRNA (messenger RNS) kapszulázását lipidek nanotranszporterébe. A projektcsapat kezdetben az mRNA hatóanyag laboratóriumi méretű, akár 20 ml-es gyártását célozza. A Fraunhofer intézetek, mint az IMM (Mikroszisztémák és Mikrotechnológia), az IPT (Gyártástechnológia), és az IZI (Sejtterápia és Immunológia) koordinálják az automatizált, komponens-alapú szkenner rendszer tervezését és felépítését.

Cserealkatrészek és összekapcsolható komponensek

A 1,20 m x 0,90 m x 0,90 m méretű berendezés skálázható, rugalmas és gyártófüggetlen gyártási modulokból áll, amelyek meghibásodás esetén plug and play módon cserélhetők.

Az megbízható mRNA gyógyszer előállításához állandó termékminőség biztosítása szükséges, beleértve a kapszulázott mRNA mennyiségének kvantifikálását is a nanotranszporterben. A keverési folyamat kezdeti szakaszában tapasztalható egyenetlen kapszulázási arány és a gyártási folyamat magas áramlási sebessége kihívásokat jelent a folyamatos minőségellenőrzésben. „Az mRNA lipidek kapszulázásának technikája rendkívül összetett. Számos paraméter, mint az mRNA hossza és szerkezete, a lipidek mérete, viszkozitása és töltése, valamint a gép beállításai, például nyomás, áramlási sebesség és hőmérséklet, befolyásolják a csomagolás minőségét” – mondja Rolf Hendrik van Lengen, a Fraunhofer IESE Digitális Egészségügy Program Menedzsere. A keverék viszkozitásának, a törésmutatóknak, vezetőképességnek, hőmérsékletnek és pH-értékeknek a változása, valamint ezek hatása a termék minőségére nemcsak a folyamat optimalizálását, hanem az összetevők átfogó minőségellenőrzését is szükségessé teszi.

Integrált online analitika a digitális minőségbiztosítás és dokumentáció érdekében

A minőségbiztosítás és a folyamatirányítás, azaz a szivattyúk, keverők és egyéb komponensek irányítása teljes mértékben digitálisan történik – digitális ikrek és MI-alapú szoftvereszközök segítségével – ez újszerű a mRNA hatóanyagok gyártásában. A kutatók ipari 4.0 tapasztalataikat alkalmazzák, és olyan szoftvereket használnak, mint az Eclipse BaSyx ipari 4.0 middleware a Fraunhofer IESE-től, valamint a COPE folyamatirányító szoftvert a Fraunhofer IPT-től. A szükséges digitális információkat dinamikus fényszórás (DLS) – egy részecskeméret jellemző mérőtechnika emulziókban – valamint további hőmérséklet- és nyomásérzékelők szolgáltatják a digitális ikrek számára, és dokumentálják, minden komponens saját digitális ikre által van reprezentálva.

A szkenner rendszerrel a projektpartnerek meghatározhatják az optimális mRNA és lipidek kombinációját, valamint a legjobb csomagolási fokozatot. Minden egyes kísérlet, amelyben változtatnak a paramétereken, digitálisan, a termék minőségének digitális ikre segítségével dokumentálható. Az esetleges hibák, például túl alacsony hőmérséklet, így rögzíthetők, és a kapcsolódó információk digitálisan elérhetők lesznek. A rendszer utolsó fejlesztési szakaszában a digitális iker képes lesz ilyen helyzetekben megfelelő korrekciós intézkedéseket kezdeményezni. „Integrált online analitikánkkal már a gyártási folyamat közben automatikusan mérhetjük a minőséget, és meghatározhatjuk az optimális hatóanyag-kombinációt. Általában a gyógyszeriparban a gyártási folyamat során mintákat vesznek, és külső laboratóriumban elemzik azokat. A legrosszabb esetben az egész tételt el kell dobni. Ezt elkerüljük online analitikánkkal” – magyarázza a diplomás informatikus. „A berendezés lehetővé teszi egy automatizált, komponens-alapú, rugalmas és validálható gyártási folyamatot.” A kutatócsoport a rendszer befejezésekor képes lesz néhány másodperc alatt 20 ml mRNA hatóanyagot minőségellenőrzött módon előállítani.

Amint a berendezés készen áll, az RNAuto projektben az mRNA hatóanyagot a nyugat-nílusi vírus elleni megelőző vakcinaként fogják automatizáltan előállítani, és a Fraunhofer IZI-ben Lipcseben tesztelik hatékonyságát. 2025 végére a rendszer a Fraunhofer IMM-ben Mainzban készül el, és ipari partnerek számára is elérhető lesz.