MIRCOD при сотрудничестве с компанией ORGENESIS, научно исследовательским центром при университете UC DAVIS в Калифорнии и научно-клиническим центром прецизионной и регенеративной медицины КФУ разрабатывают платформу способную помочь в быстром, точном и экономически выгодном изготовлении генно-модифицированных препаратов и лекарств на существующей ресурсной базе госпиталей и онкологических центров с помощью системы MIRCOD® PoC.
Независимо от того, идёт-ли речь о академических исследованиях, фармацевтических разработках или требуется коммерческое приложение, и при условии что есть зависимость изготавливаемого продукта от манипуляций с культурами клеток и/или вирусов, мы предлагаем рассмотреть, как платформа компании MIRCOD® может ускорить и автоматизировать задачи, связанные с исследованиями клеточных культур, трансдукцией, активацией и выращиванием клеток без непосредственного участия человека.
По мере продвижения клеточной и регенеративной терапии к коммерциализации потребность в стабильном и эффективном продукте выходит на первый план.
Воспроизводимость процессов модификации культивирования клеток имеет решающее значение для успешного коммерческого и медицинского внедрения генно-инженерных лекарственных препаратов, поскольку только реплицируемость процессов или исследований позволить эффективно производить последовательную, клинически значимую терапевтическую дозу, которая имеет важное значение для успешной разработки и коммерциализации методик создания лекарства на основе био материала (Т-клеток) самого пациента.
В настоящее время для получения опухолеспецифичных Т-клеток используются два подхода. Для обоих подходов выполняется одна процедура. Сначала проводится взятие Т-клеток пациента. Затем в лаборатории Т-клетки превращают в опухолеспецифичные с помощью специального рецептора. Перед введением обратно в организм пациента эти клетки дополнительно размножают в биореакторе. После введения пациенту обработанные Т-клетки находят и уничтожают злокачественные клетки по всему организму. Опухолеспецифичные рецепторы называют химерными антигенными рецепторами (CAR).
Также данная методика используется для добавления CAR на NK-клетки.
ГЛОССАРИЙ
ИММУННАЯ СИСТЕМА
Общее название реакций и действий организма, отвечающих за защиту от проникновения чужеродных объектов. Представляет из себя миллиарды клеток, разделённых на несколько разных типов.
Лимфоциты, подтип периферических моно нуклеарных клеток крови - лейкоцитов, составляют основную часть иммунной системы. Есть три типа лимфоцитов:
1. В-лимфоциты (В-клетки) вырабатывают антитела для борьбы с инфекцией.
2. Т-лимфоциты (Т-клетки) выполняют несколько функций, включая помощь В-лимфоцитам в выработке антител для борьбы с инфекцией и ответственны за непосредственное уничтожение инфицированных клеток в организме.
3. NK - Естественные клетки - киллеры также атакуют инфицированные клетки.
ТЕХНОЛОГИЯ CAR-T
Терапия с использованием химерных антигенных рецепторов, или CAR-Т-клеточная терапия — это один из методов получения опухолеспецифичных Т-клеток. При лечении онкологических заболеваний врачи вводят эти изменённые клетки пациенту для уничтожения клеток опухоли.
Технология CAR позволяет перепрограммировать собственные иммунные клетки пациента за пределами его тела (в нашем случае в системе MIRCOD PoC), с тем чтобы создать CARТ клетки, позволяющие идентифицировать и избирательно уничтожать опухолевые клетки и эффективно разрушать опухоли у пациента. Полученные клетки CAR затем используют для так называемой адоптивной иммунотерапии.
Т-КИЛЛЕРЫ
Цитотоксические T-лимфоциты (от англ. killer «убийца») — Т-лимфоциты, главной функцией которых является уничтожение повреждённых клеток собственного организма. Т-киллеры являются главным компонентом антивирусного иммунитета. Т-киллеры непосредственно контактируют с повреждёнными клетками и разрушают их. В отличие от NK-клеток, T-киллеры специфически распознают определённый антиген и убивают только клетки с этим антигеном.
АДОПТИВНАЯ ИММУНОТЕРАПИЯ
Это вид иммунотерапии, при котором используются донорские иммунные клетки или собственные иммунные клетки пациента, полученные из крови. Для некоторых видов адоптивной клеточной терапии иммунные клетки пациента изменяют или обрабатывают в лаборатории таким образом, чтобы они могли атаковать злокачественные клетки. Т-клетки или NK-клетки, не подвергающиеся дополнительной обработке, в основном используются после трансплантации костного мозга. Эти клетки берут от донора, а затем вводят пациентам для уничтожения опухолевых клеток.
NK-КЛЕТКИ
Особая популяция клеток крови, способная уничтожить опухолевую клетку. С использованием специальных методик количество NK-клеток может быть значительно увеличено и их введение пациенту позволяет добиться усиления противоопухолевого эффекта. Благодаря запатентованной технологии – адоптивной иммунотерапии, проводится “in vitro” активация клеток иммунной системы (Т-клетки, NKT- лимфоциты, NK-клетки) с использованием цитокин-активированных лимфоцитов, естественных киллеров (NK-клетки).
ВИРУС
Неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри клеток. Носители специфической генетической информации, закодированной в молекулах ДНК или РНК.
Отличительным свойством вирусов является то, что они метаболически инертны и самостоятельно не могут трансформировать генетическую информацию в новые инфекционные частицы, однако способны эффективно репродуцироваться в чувствительных клетках. На своей поверхности они имеют специальные молекулярные структуры, которые позволяют преодолевать естественные барьеры клеток-мишеней. Проникая внутрь клеток, они приобретают возможность экспрессировать собственную генетическую информацию в виде макромолекул белков и нуклеиновых кислот и, собственно, образовывать потомство.
ТРАНСДУКЦИЯ
(от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса ДНК между клетками при помощи вирусов.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕДУР
Процедура получения активированных клеток иммунной системы включает в себя следующие этапы:
- У больного/донора забираются периферические мононуклеарные клетки крови, включающие Т-клетки;
- В стерильных условиях выделяются Т-клетки;
- Вирус используется, чтобы ввести необходимый ген внутрь Т-клеток. Ген, помогающий создать на поверхности Т-клетки специальный рецептор, – называется CAR. С учётом количества эти клетки помещаются в полную питательную среду с добавлением специальных реагентов, проходят процесс активации (практически подвергаются генной инженерии и обучаются находить и атаковать опухолевые клетки) и затем инкубируются;
- Периодически осуществляется контроль эффективности роста и активации иммунных клеток в суспензионной культуре, проводится оценка морфологии клеточных культур.
- Осуществляется контроль на стерильность препарата;
- Оценивается жизнеспособность и функциональная активность клеток;
- Длительность процесса может занимать от двух до трех недель;
- Культивированная часть суспензионных цитокин-активированных иммунных клеток в заданном количестве собирается и вводится пациенту;
- Лечение продолжается по индивидуальной схеме без длительных перерывов;
- При необходимости часть активированных клеток помещается на хранение в жидкий азот (онко-биобанк).
ВВЕДЕНИЕ
Генные и клеточные лекарства и препараты займут более трети мирового рынка медикаментов к концу 2030, потому что имеют ряд весьма важных преимуществ. Во-первых, в отличие от синтезированных химическим путём лекарств, они абсолютно идентичны природным биорегуляторам и биологически-активным веществам, вырабатываемым нашим организмом. Во-вторых, клеточные лекарства являются более специфичными в отношении органа-мишени, чем химиопрепараты. В-третьих, эффективность такого рода лекарственных средств является значительно более высокой.
Использование генетических и клеточных технологий в медицинских целях для лечения или профилактики заболеваний насчитывают не одно десятилетие и стали предприниматься параллельно с созданием технологии получения рекомбинантных белков.
ПОСТАВЛЕННЫЕ ЗАДАЧИ И РЕШАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ
1. Создание автоматизированной платформы для генной модификации и культивирования клеток, предназначенной для коммерциализации процесса создания продукта доставки нужных генов прямо в клетки и /или ткани организма или их направленное редактирование, с учётом необходимости масштабирования терапии на большое количество пациентов (mass production).
2. Инвестиции необходимые для производства клеток с использованием культивирования в пробирках, плюс квалификация персонала, требования к лабораторным ресурсам и времени - становятся запредельно дорогостоящими (300.000 – 500.000 долларов в зависимости от типа лечения) по мере того, как продукт проходит клинические испытания. Автоматизированная платформа для культивирования клеток, такая как система MIRCOD PoC, должна позволить исключить множество ручных задач и рисков с этим связанных. Данная система должна сократить трудозатраты на 70 процентов и уменьшить стоимость до (60.000 – 80.000 долларов)
3. Последовательное воспроизведение процесса культивирования клеток чрезвычайно затруднительно при использовании методов ручного труда и работы с неавтоматизированными процессами в пробирках и биореакторах, особенно при крупномасштабном производстве. Ручные методы могут отличаться у разных операторов, что может привести к изменчивости в результатах от партии к партии. Также возникают производственные риски из-за ошибок или невнимательности операторов, контаминации в связи с наличием человека, необходимого на протяжении всего процесса культивирования клеток. В свою очередь внедрение автоматизированной платформы для культивирования клеток, такой как система MIRCOD, должна серьёзно снизить сложность процессов и связанные с ними экономические и производственные риски и повысить контроль качества.
4. Автоматизированная платформа для культивирования клеток, должна позволить полностью скопировать удачные результаты на раннем этапе и «заблокировать» с последующим воспроизведением процесса модификации и культивации клеток, что существенно снизит усилия по повторной валидации. Меньшее количество повторных проверок и изменений в процессах и протоколах, должно сэкономить время и деньги, а соответственно раньше вывести продукт на рынок и раньше и успешней начать лечение пациента.
5. Система должна уметь имитировать все необходимые ручные процессы, на сегодня используемые при создании продуктов CAR-T и HEK-293, позволить операторам заранее задавать и определять последовательность задач и настроек для воспроизведения ручного процесса культивирования клеток для суспензионных типов клеток. Эти задачи должны позволить автоматизировать протоколы активации и посева клеток, добавление реагентов, кормление и бережный сбор конечного продукта.
6. Системе необходимо обеспечить непрерывный контроль температуры, снабжение питательными веществами клеток и удаление отходов. Обеспечить контроль процесса подготовки среды для культивирования клеток. Управление системой должно осуществляться удалённо или с помощью сенсорного экрана; что позволит операторам контролировать и регулировать ключевые параметры процессов. Система также может быть настроена в соответствии с потребностями конкретного типа лечения и обеспечить гибкость применяемых протоколов.
7. Платформа по разработке и производству должна представлять закрытую автоматическую систему с одноразовыми и легко модифицируемыми картриджами, и включить в себя функции отчётности, удалённой сигнализации по статусам тех или иных событий (email, SMS, push messaging, video and audio alerts), аутентификации пользователей и восстановления после сбоя питания, обеспечить полный автоматический контроль в соответствии с рекомендациями CGMP.
8. Большинство биотехнологических инструментов разработанных для системы можно использовать отдельно как независимые приборы. (Например: Биореакторы, Центрифуги, Магнитные сепараторы.)
ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МЕТОДИКИ ЛЕЧЕНИЯ CAR-T
“CAR-T”- клеточная иммунотерапия, предназначенная для уничтожения злокачественных клеток, и подразумевающая применение Т-клеток пациента, модифицированных в лаборатории при помощи трансдукции (процесс переноса ДНК между клетками при помощи вирусов). Т-клеточный «Химерный» (имеющий два разных источника, или гибридный) рецептор, создаётся в лаборатории из фрагмента специфичного моноклонального антитела (мАТ) и частей Т-клеточного рецептора. Этот химерный рецептор, ориентированный на конкретный раковый антиген, в лабораторных условиях добавляют на поверхность Т-клеток пациента, а затем Т-клетки с новым рецептором растут и делятся в специализированной автоматической системе PoC. Пациентам выполняется инфузия модифицированных клеток, ориентированных на конкретный раковый антиген. Добавленный химерный рецептор позволяет этим Т-клеткам разрушать злокачественные клетки с конкретным антигеном по всему организму.
УЛУЧШЕНИЕ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ И КУЛЬТИВАЦИИ
Платформа MIRCOD® PoC позволяет разработать, спрогнозировать, создать, масштабировать и многократно воспроизвести функционально замкнутыe процессы различных совокупностей генно-инженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения онкологических, онкогематологических, аутоиммунных, лизосомных болезней.
Пример разрабатываемых протоколов лечения - CAR-T 19 — метод, основанный на использовании собственных клеток пациента для разрушения лейкемических клеток.
Речь идёт о новой терапевтической методике, которая позволяет индивидуально подобрать лечение при остром лимфобластном лейкозе (ОЛЛ) — наиболее часто встречающемся у детей типе онкологии, которым страдают 4 из 100 000 детей в России.
Одноразовые картриджи, автоматизированного комплекса, MIRCOD® (разработанного при совместном сотрудничестве с компанией Orgenesis) предназначены для создании лекарства на основе методик клеточной терапии CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-Cell, или T-клетки с химерным антигенным рецептором) и позволяют работать с извлечёнными из организма пациента T-лимфоцитами (Эти клетки играют важнейшую роль в приобретённом иммунном ответе и обеспечивают распознавание и уничтожение клеток, несущих чужеродные антигены, , а также принимают участие в переключении изотипов иммуноглобулинов «в начале иммунного ответа B-клетки синтезируют IgM, позже переключаются на продукцию IgG, IgE, IgA»).
Система может работать с готовым созданным и упакованным начальным количество клеток в продукте – «ЛЕЙКОПАК» - обогащённый продукт лейкафереза. Лейкафереза — технология, которая позволяет разделить кровь на компоненты и получить определенное количество лимфоцитов (при этом во время процедуры из крови донора выделяют нужный компонент, а остальные компоненты крови переливают обратно донору). Он состоит из множества клеток крови, включая моноциты, лимфоциты.
Затем автоматизированная станция производит необходимые процедуры по фильтрации, промывке, и подготовке к их модификации (перепрограммирование клеток), чтобы новые генетически изменённые клетки могли распознавать и атаковать опухолевые клетки.
Лекарство, содержащее продукт генной инженерной терапии, вводится обратно в организм пациента и «перепрограммированные» клетки начинают атаковать и разрушать опухолевые клетки.
Сочетание гибкости встроенных биотехнологических инструментов предназначенных для создания собственных протоколов настроек процесса активации и культивирования клеток, автоматизации процесса в соответствии с потребностями конкретного пациента обеспечивают значительное преимущество по сравнению с другими существующими методами.
Платформа MIRCOD® способна поддерживать постоянную и контролируемую среду, автоматизируя критические процессы, такие как аккуратная и дозированная доставка питательных сред обрабатываемым клеткам, отбор проб, забор и удаление отходов, обмен газов, бережный сбор культуры клеток в момент завершения процесса.
Масштабируемое и экономичное решение для устранения узких мест в производстве клеточной терапии MIRCOD® PoC (POINT of CARE) включает в себя одноразовые, стерильные комплексы электронных и биотехнологических приборов для выполнения единичных операций, необходимых для масштабируемого непрерывного производства клеточных терапий, Т-клетки химерного антигенного рецептора (CAR-T-клетки).
Решения, основанные на платформе MIRCOD®, - это автоматизированные и функционально закрытые системы PoC для производства клеточной терапии в масштабе одного пациента предназначенные для установки в любые специализированные медицинские центры и не требующие наличия боксов биологической безопасности или изолированных лабораторий уровней биобезопасности 3 или 4.
ПОКАЗАНИЯ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ CAR-T МЕТОДИКИ
В настоящее время этот метод лечения показан педиатрическим и молодым взрослым пациентам в возрасте до 25 лет с рефрактерной формой B-клеточного острого лимфобластного лейкоза (ОЛЛ), характеризующейся плохим прогнозом. Терапия CAR-T 19 показана пациентам с лейкозом, у которых отмечался по меньшей мере один рецидив после трансплантации костного мозга, или два-три рецидива после применения других методов лечения. В целом, речь идёт о пациентах, у которых не удаётся достичь ответа на лечение и нет возможности выбрать терапевтический метод среди традиционных средств (химиотерапия и трансплантация костного мозга).
Традиционно, учёные и врачи теряют гибкость необходимую для изменения существующих протоколов лечения и их адаптацию под собственные результаты исследований и методик лечения при переходе на закрытые автоматизированные системы. Платформа MIRCOD® наоборот предоставляет максимальный функционал, требующийся для создания новых и уникальных протоколов с помощью одноразовыx картриджей с адаптируемыми под био-процессы конфигурациями и широкими возможностями настройки.
ТЕХНОЛОГИЯ И БИЗНЕС
Система MIRCOD® PoC позволяет максимально адоптировать и упростить любой план проекта для производства клеточной терапии с учётом соответствия процессов, используемых нашими клиентами, что делает MIRCOD PoC идеальным для целого ряда производственных сценариев, от лабораторных исследований до коммерческого производства с использованием современной надлежащей производственной практики (CGMP).
В свою очередь наш партнёр – компания Orgenesis (NASDAQ: ORGS) имеет значительный опыт в продвижении программ от доклинического до промышленного производства.
ПРЕИМУЩЕСТВА MIRCOD® POC
- Повышение масштабируемости процесса.
- Точнейший контроль производственных затрат.
- Снижение сложности процессов исследования, разработки и производства.
- Существенное снижение количества повторных проверок и измерений, а соответственно значимая экономическая и временная выгода.
- Удалённый запуск с построением последовательностей и задач.
- Соответствие CGMP при минимальном количестве участия обслуживающего персонала.
- Индивидуальные картриджи и индивидуальная настройка для обеспечения максимальной гибкости при разработке протокола лечения и производства лекарства.
- Эффективные решения для удалённого мониторинга и контроля нескольких разделённых систем и всех экспериментов или биотехнологических процессов (сенсоры биомассы, температуры, подачи газов, р. и DO с обратной связью в реальном времени) и автоматическим вмешательством системы с целью соблюдения поставленных условий.
- Регистрация и контроль данных в режиме реального времени с помощью электронных записей и хранение данных в защищённом облаке для полного отслеживания процесса создания лекарства.
- Полная автоматизация активации клеток без вмешательства обслуживающего персонала благодаря встроенным холодильным камерам 0 - 4 ° C, которые позволяют предварительную загрузку технологических реагентов и вирусов.
- Создания протоколов доклинических испытаний, с возможностью перехода к ограниченному режиму работы установки для масштабирования и коммерческого производства.
Публикация подготовлена и написана в сооавторстве с Ириной Ганеевой, Ph.D. Эмилем Булатовым и Екатериной Змиевской ( КФУ / Институт фундаментальной медицины и биологии / Научно-клинический центр прецизионной и регенеративной медицины / НИЛ OpenLab Генные и клеточные технологии).