Solutions pour le développement de produits biologiques

La compréhension des voies cellulaires est importante pour répondre à des questions clés dans le domaine des sciences de la vie et pour lutter contre les maladies. La sélection des cibles consiste à identifier une cible biologique (généralement une protéine ou un récepteur) qui joue un rôle clé dans un processus pathologique. Le choix de la bonne cible est fondamental, car il détermine le succès des efforts ultérieurs de développement de médicaments. La bonne cible garantit que les médicaments agissent spécifiquement sur les voies liées à la maladie et que les effets hors cible peuvent être minimisés, ce qui améliore l’efficacité des médicaments et évite les effets indésirables. Par exemple, un médicament qui cible une protéine spécifique à un cancer est moins susceptible d’endommager les tissus sains, ce qui améliore la sécurité des patients et la tolérabilité globale. Une cible bien sélectionnée augmente la probabilité d’une utilité thérapeutique. 

La calorimétrie de titrage isotherme (ITC) est une technique puissante utilisée pour étudier les interactions moléculaires en mesurant la chaleur échangée lors des événements de liaison. En quantifiant la chaleur, l’ITC permet de mieux comprendre les forces motrices des interactions. La compréhension du type et de la force de l’interaction, qu’il s’agisse d’interactions hydrophobes, électrostatiques ou autres, est essentielle. Cela permet aux chercheurs de concevoir des médicaments appropriés qui produisent les effets thérapeutiques souhaités en ciblant des points spécifiques des voies cellulaires. 

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) mesure la chaleur absorbée ou libérée au cours des transitions thermiques, telles que le déploiement des protéines, et complète l’ITC en se concentrant sur la stabilité et les caractéristiques structurelles des molécules. La connaissance de la stabilité des molécules cibles est essentielle pour le développement de médicaments. La DSC permet aux scientifiques de concevoir de meilleures thérapies et de comprendre les différences entre l’état natif et l’état pathologique. Les chercheurs obtiennent une vue d’ensemble des interactions moléculaires en combinant les données ITC et DSC. 

L’un des principaux objectifs de la sélection des candidats est d’assurer une liaison efficace entre le médicament et la cible prévue. Les essais de liaison, tels que la calorimétrie de titrage isotherme (ITC), évaluent l’affinité d’un composé pour sa cible. Une forte affinité de liaison est nécessaire pour assurer la puissance et la sélectivité in vivo. L’ITC mesure de manière unique la chaleur d’interaction (q) et donne des informations sur les forces motrices thermodynamiques en quantifiant les contributions de l’enthalpie (∆H) et de l’entropie (T∆S). La compréhension de ces forces permet de déterminer si l’interaction de liaison est spécifique ou si elle est sujette à des effets hors cible, ce qui permet de s’assurer que les bons candidats progressent dans le développement. D’autres essais de liaison, tels que la résonance plasmonique de surface (SPR), sont limités à la compréhension du coefficient de liaison, bien qu’ils offrent un débit plus élevé. Le fait de tenir compte uniquement de l’affinité de la liaison pourrait conduire à la sélection de candidats non sélectifs, ce qui entraînerait des retards de développement et une augmentation des coûts. 

La stabilité des candidats doit être augmentée au fur et à mesure de l’avancée dans le développement de la formulation. Les molécules biologiques doivent être stabilisées pour les analyses in vitro, le stockage prolongé, la fabrication et le traitement. Dans le cas des molécules biothérapeutiques, des changements inattendus dans la structure pourraient réduire la qualité et la sécurité du produit pharmaceutique. Les principales forces de stabilisation des biomolécules en solution sont les interactions non covalentes entre la biomolécule et son environnement immédiat, ce qui signifie que les biomolécules dépendent d’excipients tels que les sels, les détergents, les sucres ou les tampons pour se stabiliser. Il est donc essentiel de comprendre comment ces excipients affectent la stabilité thermique globale et la fonction éventuelle d’un produit thérapeutique. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est considérée comme le gold standard pour l’évaluation de la stabilité thermique des biomolécules et fonctionne en mesurant la chaleur absorbée ou libérée lors des transitions thermiques, telles que le déploiement des protéines. Le Nano DSC est conçu pour caractériser la stabilité moléculaire des biomolécules diluées en solution, ce qui est particulièrement utile pour évaluer la stabilité thermique des biomolécules, notamment à de faibles concentrations. 

Les injections sous-cutanées sont de plus en plus utilisées pour l’administration des produits biologiques, ce qui nécessite des formulations plus concentrées. Les médicaments biologiques sont également en train de passer progressivement aux injections sous-cutanées, ce qui nécessite des formulations plus concentrées. Des interactions intermoléculaires favorables se produisent entre les protéines et les excipients à mesure que la concentration augmente, ce qui renforce la stabilité de la molécule. Par conséquent, il devient crucial d’évaluer la stabilité thermique aux concentrations de dosage afin d’éviter des problèmes inattendus au cours du développement ou des essais. Le RS-DSC (Calorimètre à balayage différentiel pour le dépistage rapide) permet d’évaluer la stabilité thermique à des concentrations de dosage élevées. Le RS-DSC élimine le besoin de dilution et sa capacité à analyser jusqu’à 24 échantillons simultanément accélère le processus de formulation. Des concentrations plus élevées peuvent également entraîner une agrégation réversible ou irréversible, une séparation de phase, une précipitation et une augmentation de la viscosité. Des viscosités d’échantillons de l’ordre de 12 cP ou moins sont préférables pour une administration sous-cutanée réussie. Généralement, des excipients sont ajoutés pour réduire la viscosité au cours du développement de la formulation. La façon la plus robuste de mesurer et d’optimiser la viscosité est d’utiliser un rhéomètre pour caractériser la viscosité et le comportement viscoélastique de la formulation. 

La cryodessiccation, aussi appelée lyophilisation, est devenue un procédé standard dans l’industrie pharmaceutique pour la fabrication de substances biologiquement actives. La lyophilisation offre plusieurs avantages, notamment une stabilité accrue et un stockage et une expédition simplifiés, mais elle présente des limites en raison de son coût élevé en capital et en énergie, et de sa longue durée de traitement. En outre, la sélection des paramètres du processus, tels que la durée, la température de séchage, la pression (vide) et la concentration des composants pour le processus de lyophilisation, pose des problèmes. Tous ces paramètres doivent être optimisés pour obtenir (i) une récupération totale de l’activité et une reconstitution complète du médicament souvent labile, (ii) un aspect acceptable de la poudre lyophilisée, et (iii) une bonne stabilité au stockage.  

Les mesures DSC, telles que la température de transition vitreuse (T_g’), sont couramment utilisées pour comprendre les caractéristiques des composants tels que l’eau, les agents de charge, les tampons et les médicaments, ce qui permet de réduire les coûts globaux et d’obtenir une qualité de produit élevée grâce à la lyophilisation. Alors qu’une faible humidité est essentielle pour la stabilité, un séchage excessif peut entraîner un rétrécissement de la poudre ; ici, des techniques d’analyse thermique complémentaires telles que l’analyse thermogravimétrique (TGA) sont utilisées pour quantifier le niveau d’humidité résiduelle et optimiser les paramètres du processus.  

Enfin, les solutions de protéines sont soumises à des contraintes de cisaillement au cours de différents processus, ce qui les rend susceptibles de changer de structure et donc de fonction. Par exemple, lorsque les solutions sont pompées pour remplir des flacons ou des seringues, les forces excessives appliquées pendant le processus peuvent affecter la structure de la protéine. Les processus d’agitation et de mélange sont d’autres exemples de forces de cisaillement. La rhéologie est un moyen robuste d’étudier l’effet du flux de cisaillement sur les protéines. Une compréhension approfondie permet de concevoir des processus de fabrication, des conditions et des formulations qui optimisent le rendement et la stabilité.  

Une fois que la formulation d’un médicament a passé les tests initiaux, le processus passe à la fabrication et à l’évaluation du contrôle qualité. Les fabricants testent les caractéristiques de qualité critiques (CQC) et identifient les caractéristiques matérielles critiques (CMA) qui doivent rester stables tout au long de la production et jusqu’à ce que le médicament parvienne aux consommateurs. Les tests de contrôle qualité permettent de détecter toute variation d’un lot à l’autre, tandis que le diagnostic des problèmes de fabrication et l’analyse des causes profondes aident les fabricants à identifier les problèmes dans leur processus. Qu’il s’agisse de s’assurer qu’il n’y a pas de changement dans la stabilité thermique/la structure d’ordre supérieur, la viscosité d’un produit injectable ou la transition vitreuse et l’humidité résiduelle d’un produit lyophilisé, TA Instruments a une solution pour vous ! 

Un autre aspect essentiel de la fabrication et du contrôle qualité est le respect des réglementations gouvernementales et industrielles. En se conformant aux directives spécifiées dans la 21 CFR Part 11, les entreprises peuvent garantir l’exactitude et la fiabilité de leurs dossiers électroniques tout au long de leur cycle de vie. Le package optionnel Guardian proposé dans les logiciels TRIOS et Nano exploite de manière unique les mesures et technologies de sécurité informatique standard, fournissant la solution la plus rentable, sans base de données, pour les utilisateurs qui ont besoin de se conformer à la 21 CFR Part 11.