Soluciones para el desarrollo de productos biológicos

La comprensión de las vías celulares es importante para abordar cuestiones clave en las ciencias biológicas y combatir enfermedades. La selección de objetivos implica identificar un objetivo biológico (por lo general una proteína o un receptor) que desempeña un papel clave en el proceso de una enfermedad. Es fundamental elegir el objetivo correcto porque determina el éxito de los esfuerzos subsiguientes de desarrollo de medicamentos. El objetivo correcto asegura que los fármacos actúen específicamente en las vías relacionadas con la enfermedad y que los efectos fuera del objetivo se puedan minimizar, con mejora de la eficacia de los medicamentos y evitando efectos adversos. Por ejemplo, es menos probable que un medicamento dirigido a una proteína específica para cáncer dañe los tejidos sanos, lo que mejora la seguridad del paciente y la tolerabilidad general. Un objetivo bien seleccionado aumenta la probabilidad de utilidad terapéutica. 

La calorimetría de titulación isotérmica (Isothermal Titration Calorimetry, ITC) es una técnica poderosa que se utiliza para estudiar las interacciones moleculares al medir el calor que se intercambia durante eventos de unión. Al cuantificar el calor, la ITC proporciona información acerca de las fuerzas impulsoras detrás de las interacciones. La comprensión del tipo y la fuerza de la interacción, ya sea hidrofóbica, electrostática u otros tipos de interacciones, es clave. Este conocimiento permite a los investigadores diseñar medicamentos apropiados que logren los efectos terapéuticos deseados al dirigirse a puntos específicos dentro de las vías celulares. 

La calorimetría diferencial de barrido (Differential Scanning Calorimetry, DSC) mide el calor que se absorbe o libera durante las transiciones térmicas, como el desdoblamiento de proteínas, y complementa la ITC al enfocarse en la estabilidad y las características estructurales de las moléculas. Conocer la estabilidad de las moléculas objetivo es esencial para el desarrollo de medicamentos. La DSC permite a los científicos diseñar mejores productos terapéuticos y comprender las diferencias entre los estados naturales y de enfermedad. Al combinar datos de la ITC y DSC los investigadores obtienen una visión integral de las interacciones moleculares. 

Uno de los objetivos clave durante la selección de candidatos es asegurar una unión eficaz entre el medicamento y el objetivo previsto. En los ensayos de unión, como la calorimetría de titulación isotérmica (isothermal titration calorimetry, ITC), se evalúa la afinidad de un compuesto por su objetivo. Para que haya potencia y selectividad in vivo, se necesita alta afinidad de unión. La ITC mide de manera inigualable el calor de interacción (q) y proporciona información acerca de las fuerzas impulsoras termodinámicas al cuantificar las contribuciones de la entalpía (∆H) y la entropía (T∆S). La comprensión de estas fuerzas identifica si la interacción de unión es específica versus propensa a efectos fuera del objetivo, lo que asegura que los candidatos adecuados avancen en el desarrollo. Otros ensayos de unión, como la resonancia de plasmón superficial (Surface Plasmon Resonance, SPR), se limitan a la comprensión del coeficiente de unión a pesar de ofrecer un mayor rendimiento. Depender únicamente de la afinidad de unión podría dar por resultado la selección de candidatos no selectivos, lo que llevaría a retrasos del desarrollo, y aumento de costos.

A medida que los candidatos avanzan en el desarrollo de la formulación, se torna fundamental aumentar su estabilidad. Las moléculas biológicas necesitan estabilización para análisis in vitro, almacenamiento prolongado, fabricación y procesamiento. En el caso de las moléculas bioterapéuticas, los cambios inesperados de la estructura podrían reducir la calidad y la seguridad del medicamento. Las principales fuerzas estabilizadoras de las biomoléculas en solución son las interacciones no covalentes entre la biomolécula y su entorno de solución inmediato, lo que significa que la estabilización de las biomoléculas depende de excipientes como sales, detergentes, azúcares o amortiguadores. Es crucial comprender cómo estos excipientes afectan la estabilidad térmica general y la posible función de un compuesto terapéutico. La calorimetría diferencial de barrido (Differential scanning calorimetry, DSC) se considera el estándar para evaluar la estabilidad térmica de biomoléculas, y funciona al medir el calor que se absorbe o libera durante las transiciones térmicas, como el desdoblamiento de proteínas. El Nano DSC está diseñado para caracterizar la estabilidad molecular de biomoléculas diluidas en solución, lo cual es en particular valioso cuando se evalúa la estabilidad térmica de biomoléculas, sobre todo en concentraciones bajas. 

Hay una transición hacia la administración subcutánea de productos biológicos, lo que hace necesarias formulaciones más concentradas. Por su parte, la administración de los medicamentos biológicos está avanzando gradualmente hacia las inyecciones subcutáneas, lo que hace necesarias formulaciones más concentradas. A medida que aumenta la concentración, se producen interacciones intermoleculares favorables entre las proteínas y los excipientes, lo que mejora la estabilidad de la molécula. Por consiguiente, se torna crucial evaluar la estabilidad térmica en concentraciones de dosificación a fin de evitar problemas inesperados durante el desarrollo o los ensayos. El Calorímetro Diferencial de Barrido de Escaneo Rápido (Rapid Screening Differential Scanning Calorimeter, RS-DSC) es un método ideal para evaluar la estabilidad térmica en concentraciones de dosificación altas. El RS-DSC elimina la necesidad de dilución, y su capacidad para procesar hasta 24 muestras simultáneamente acelera el proceso de formulación. Las concentraciones más altas también pueden llevar a agregación, separación de fase, precipitación y viscosidad aumentada, reversibles o irreversibles. Para la administración subcutánea exitosa, se prefieren viscosidades de muestra en el rango de 12 cP o menos. Durante el desarrollo de la formulación, por lo general se agregan excipientes para reducir la viscosidad. El mejor recurso para medir y optimizar la viscosidad es utilizar un reómetro para caracterizar la viscosidad y el comportamiento viscoelástico de la formulación. 

La liofilización (secado por congelación), se ha convertido en un proceso estándar en la industria farmacéutica para la fabricación de sustancias biológicamente activas. La liofilización ofrece varios beneficios, entre ellos estabilidad extendida y almacenamiento y envío simplificados, pero existen limitaciones debido a su alto costo en capital y energía, y al tiempo de procesamiento prolongado. Además, se enfrentan desafíos al seleccionar los parámetros del proceso, como el tiempo, la temperatura de secado, la presión (vacío) y la concentración de componente para el proceso de liofilización. Todos estos parámetros deben optimizarse para: i) lograr tanto recuperación total de la actividad como reconstitución completa del medicamento a menudo lábil, ii) aspecto aceptable de la torta liofilizada y iii) buena estabilidad durante el almacenamiento.  

Las mediciones con DSC, como la temperatura de transición vítrea (T_g’), se utilizan comúnmente para comprender las características de componentes como el agua, los agentes espesantes, los amortiguadores y el medicamento, lo que reduce los costos generales y logra una alta calidad del producto mediante la liofilización. Si bien la humedad baja es esencial para la estabilidad, el secado excesivo puede conducir a encogimiento de la torta; aquí, se utilizan técnicas de análisis térmico complementarias, como el análisis termogravimétrico (thermogravimetric analysis, TGA) para cuantificar la humedad residual y optimizar los parámetros del proceso.  

Por último, las soluciones de proteínas están sujetas a tensiones de cizallamiento durante distintos procesos, lo que las hace susceptibles a cambios de la estructura y, en consecuencia, de la función. Por ejemplo, la aplicación de fuerzas excesivas durante el proceso de bombeo de soluciones para llenar viales o jeringas podría afectar la estructura de la proteína. Otros ejemplos de fuerzas de cizallamiento incluyen los procesos de agitación y mezcla. La reología es un recurso muy adecuado para estudiar el efecto del flujo de cizallamiento sobre las proteínas. Una comprensión plena permite el diseño de procesos y condiciones de fabricación, y de formulaciones, que optimizan el rendimiento y la estabilidad.  

Una vez que una formulación de medicamento supera las pruebas iniciales, pasa a la fabricación y evaluación de control de calidad. Los fabricantes prueban los atributos críticos de calidad (critical quality attributes, CQA) e identifican los atributos críticos del material (critical material attributes, CMA) que deben permanecer estables durante toda la producción y hasta que el medicamento llegue a los consumidores. Con las pruebas de control de calidad se detecta cualquier variación de un lote a otro, y la resolución de problemas de fabricación y el análisis de la causa fundamental ayudan a los fabricantes a identificar problemas en sus procesos. Ya sea asegurar que no haya cambios de la estabilidad térmica/estructura de orden superior, la viscosidad de un inyectable o la transición vítrea y la humedad residual de un producto liofilizado, TA Instruments tiene una solución para usted. 

Otro aspecto clave de la fabricación y el control de calidad es la observancia de la normativa gubernamental y de la industria. Al acatar las pautas especificadas en el Título 21 del Código de Regulaciones Federales (Code of Federal Regulations, CFR) Parte 11, las empresas pueden asegurar la exactitud y confiabilidad de sus registros electrónicos durante todo su ciclo de vida. El paquete Guardian opcional que se ofrece en los programas de software tanto TRIOS como Nano aprovecha de manera única las medidas y tecnologías de seguridad de Tecnología de la Información (TI) estándar, y brinda la solución más rentable y sin bases de datos para los usuarios que requieren el cumplimiento del Título 21 del CFR Parte 11.