Метод производства может снижать эффективность белков
Биофармацевтические и пищевые компании, работающие с белками, получили доступ к более точной информации о том, как один из типов течения жидкости, используемый в производственных процессах, может влиять на качество их продуктов.
Этот процесс, известный как растягивающее течение (extensional flow), может быть крайне разрушительным для биомолекул, например, для белковых биофармацевтических препаратов, растворённых в жидкости. Он возникает при быстром ускорении движения жидкости.
Междисциплинарная исследовательская группа из Университета Лидса и MedImmune (исследовательского подразделения AstraZeneca) разработала лабораторное устройство, способное создавать растягивающее течение, и использовала его для изучения активности белков в жидкости.
Команда обнаружила, что этот метод может повышать вероятность снижения эффективности широкого спектра белков, включая биофармацевтические препараты.
Доктор Дэвид Броквелл отметил, что, хотя существует множество тестов для оценки влияния температуры или pH на стабильность белка, новый тест напрямую оценивает влияние производственных потоков жидкости.
"Теперь у нас есть гораздо более точный способ предсказать, какие белки можно использовать в разработке биофармацевтических препаратов и как можно изменить процессы для повышения их качества".
Распространённые примеры растягивающего течения за пределами производства — введение лекарств шприцем или эффект от пережатия пальцем конца садового шланга.
Свёртывание белков
Белки естественным образом сворачиваются в определённые формы для правильного функционирования, но растягивающее течение может заставить их растягиваться и разворачиваться, снижая их полезность.
Развернувшись, белки начинают слипаться или агрегировать. Это может засорять чувствительное оборудование, снижать эффективность лекарств и даже представлять опасность. Предотвращение агрегации — важный критерий при разработке и лицензировании новых биофармацевтических продуктов.
Для тестирования эффектов растягивающего течения было создано настольное устройство, позволяющее точно контролировать напряжение, оказываемое на белки в жидкости, и степень их разворачивания.
Используя устройство, исследователи смогли точно рассчитать степень агрегации белков, создав новую доказательную базу для индустрии. Было установлено, что степень агрегации зависит от:
- Общего времени воздействия течения на белки,
- Уровня приложенного напряжения,
- Концентрации белков в жидкости.
Также выяснилось, что агрегация разнообразна для разных белков и особенно разрушительна для терапевтических белков, таких как биофармацевтические антитела, в условиях, схожих со стандартными производственными процессами.
Оптимальное течение
Данные, полученные с помощью нового устройства, позволяют определить максимальные уровни растягивающего течения, которые производители могут использовать для разных процессов без повреждения белков.
Компании могут пересмотреть дизайн производственных методик, чтобы снизить давление на белки, если хотят ускорить вывод продукта на рынок. Альтернативно, устройство можно использовать для выявления отдельных групп белков, устойчивых к нагрузкам производства.
"Биофармацевтические препараты — это растущая область медицинских инноваций, но они очень дороги в производстве, поэтому любое улучшение, которое компании могут внести для снижения затрат, будет иметь значительный эффект".
Результаты исследования Inducing protein aggregation by extensional flow опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В отличие от проблем в производстве, растягивающее течение полезно в природе: оно запускает свёртывание крови и используется пауками при создании паутины.
Исследование также показало, что сдвиговое течение (shear flow), другой тип производственного процесса, не вызывает разворачивания и потери эффективности белков.