Биофармацевтические и пищевые предприятия, работающие с белками, теперь имеют доступ к более полной информации о том, как тип потока жидкости, обычно встречающийся в производственных процессах, может повлиять на качество их продукции после успешных исследований.
Этот процесс, который может нанести серьезный ущерб биомолекулам, таким как белковые биофармацевтические препараты, растворенные в жидкости, известен как «расширяющийся поток» и происходит, когда жидкость быстро ускоряет свое движение.
Междисциплинарная исследовательская группа из Университета Лидса и MedImmune, глобального отдела биологических исследований и разработок компании AstraZeneca, разработала устройство, способное применять поток растяжения в лаборатории, и использовала его для изучения активности белков, удерживаемых в жидкости.
Команда обнаружила, что этот метод может привести к увеличению вероятности того, что широкий спектр белков, включая биофармацевтические препараты, станет менее эффективным.
Д-р Дэвид Брокуэлл из Центра структурной молекулярной биологии Эстбери при Университете Лидса сказал, что, хотя существует множество тестов для оценки влияния изменений температуры или pH на стабильность белка, этот тест измеряет непосредственно влияние потоков жидкости, используемых в производственные процессы.
Д-р Броквелл сказал: «Существует очень мало существующих тестов белков, доступных для промышленности, которые действительно изучают, как уровни агрегации связаны с условиями производства. Теперь у нас есть гораздо более точный способ прогнозирования того, какие белки могут быть использованы в разработка биофармацевтических препаратов и способы изменения процессов для повышения их качества».
Вне производства общие примеры расширенного потока включают шприцы, вводящие жидкие лекарства, или воздействие на воду, наблюдаемое, когда садовники кладут палец на конец шланга.
Свертывание белка
Белки естественным образом складываются в определенные формы для того, чтобы работать правильно, но экстенсиональный поток может заставить их растягиваться и разворачиваться, что делает их менее полезными.
Как только они начинают раскрываться, белки слипаются или агрегируют, что может блокировать чувствительное фабричное оборудование и снижать эффективность лекарств, в которых они содержатся, и даже представлять опасность для людей. Таким образом, предотвращение агрегации является важным критерием при разработке и лицензировании нового биофармацевтического препарата.
Чтобы проверить влияние потока при растяжении, инженеры в команде (профессор Ник Капур и аспирант Джон Добсон) разработали настольное устройство, способное очень точно контролировать напряжение, оказываемое на белки в жидкости, и степень, в которой они развернулись.
Используя новое устройство для сбора данных, исследователи (д-р Амит Кумар и г-н Леон Уиллис под руководством профессора Шины Рэдфорд и д-ра Броквелл) смогли точно рассчитать степень агрегации белка, создав новую доказательную базу для промышленность. Д-р Броквелл и его коллеги обнаружили, что степень агрегации зависит от:
- Общее время, в течение которого белки подвергались экстенсиональному потоку,
- Уровень напряжения,
- Концентрация белков в жидкости.
Команда также обнаружила, что агрегация ряда белков была разнообразной и особенно вредной для терапевтических белков, таких как биофармацевтические антитела, в условиях, аналогичных тем, которые встречаются в стандартных производственных процессах.
Оптимальный поток
Доказательства нового устройства означают, что исследователи и Medimmune теперь могут продемонстрировать максимальные уровни экстенсионального потока, которые производители могут использовать для различных процессов, не повреждая белки.
Доктор Броквелл и его коллеги говорят, что, получив новые данные, компании могли бы рассмотреть вопрос о перепроектировании производственных технологий, чтобы уменьшить давление, оказываемое на белки из-за расширенного потока, если они хотят, чтобы их продукты быстрее появлялись на рынке. В качестве альтернативы, вместо изменения встроенных методов производства, устройство можно было бы использовать для идентификации отдельных белковых групп, устойчивых к суровым условиям производства.
"Биофармацевтические препараты представляют собой растущую область медицинских инноваций из-за их успеха в лечении ряда заболеваний, но они очень дороги в производстве, поэтому любые инновации, которые фармацевтические компании могут сделать для снижения своих затрат, будут иметь значительное эффект", сказал он.
Результаты исследования «Вызов агрегации белков за счет экстенсионального потока» опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В отличие от проблем, возникающих при производстве, экстенсиональный поток полезен в природе, поскольку он вызывает свертывание крови и используется пауками, когда они выделяют материалы для своих сетей.
Исследование группы также показало, что сдвиговый поток, другой тип производственного процесса, не приводит к раскрытию белков и потере их эффективности.