Nástroj na bázi světla nepřetržitě monitoruje kvalitu vakcíny během výroby

Vypuknutí pandemie COVID-19 prokázalo potřebu rychlého vývoje, výroby a distribuce velkého množství nových vakcín. Tým výzkumníků z Purdue University a Merck & Co. Inc., známý jako Merck Sharp & Dohme Corp. mimo USA a Kanadu, nyní představil nový analytický nástroj, který by mohl pomoci farmaceutickým společnostem zvýšit výrobu vakcín pomocí rychlého monitorování a analýzy.

Výzkumný tým, vedený Mohitem Vermou, docentem zemědělských a biologické inženýrství ve společnosti Purdue ověřila patentovaný nástroj v testech, které úspěšně měřily kvalitu a množství nepřetržitě proudících virových částic.

„Současné metody jsou časově náročnější a offline,“ řekla Shreya Athalye, postgraduální studentka Purdue v oboru zemědělské a biologické inženýrství. Vzorky je třeba odebrat z výrobní linky a přenést do přístroje pro testování. Ale nový nástroj pro kontrolu kvality může fungovat na výrobní lince a přináší výsledky za 30 sekund nebo méně. „Když to uděláte online, ušetříte čas i peníze vakcína produkci,“ řekla.

Athalye, Verma a jejich spoluautoři popsali své nový analytický nástroj v Spectrochimica Acta Část A: Molekulární a biomolekulární spektroskopie. Inovaci oznámili úřadu Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, který požádal o patent na ochranu duševního vlastnictví. Studium spojovalo odborné znalosti specialistů v oblasti zemědělského a biologického inženýrství, biomedicínského inženýrství, informatiky, strojírenstvía materiálové inženýrství. Spoluautoři společnosti Merck poskytli vzorky a zajistili kompatibilitu studie s průmyslovými operacemi.

Vědci založili svůj nový nástroj na Ramanově spektroskopii, která využívá laser k získání molekulárního otisku vzorku. „Je nedestruktivní povahy a jeho schopnost pracovat se vzorky, které obsahují vodu, je ideální pro biologické vzorky, jako jsou vakcíny,“ řekl Athalye.

V roce 2022 je Athalye spoluautorem a studie z laboratoří Verma a Arezoo Ardekani, profesora strojního inženýrství, který použil Ramanovu spektroskopii a strojové učení k měření koncentrace virových částic ve vzorcích obsahujících spalničky, příušnice a další viry.

Nová studie prokázala účinnost nástroje při detekci částic lidského cytomegaloviru (CMV), člena rodiny herpes. Vědci pracují s částicemi podobnými viru ve svém úsilí vyvinout vakcínu proti CMV. CMV infikuje hlavně lidi s narušeným imunitním systémem, včetně těch, kteří dostávají transplantaci.

„Struktura CMV a způsob působení činí vývoj vakcín náročným, ale mnoho zkoumaných vakcín je hodnoceno v klinických studiích,“ poznamenal Athalye.

„Technologie procesní analýzy nebo PAT má potenciál umožnit rychlé uvolňování biologických látek,“ řekl Verma. „Pracovali jsme na tomto společném projektu s laboratoří Ardekani ve strojírenství a se skupinou ve společnosti Merck, abychom umožnili PAT pomocí Ramanovy spektroskopie. Tím, že jsme prokázali, že jsme schopni charakterizovat CMV v průmyslově relevantních koncentracích a průtokových rychlostech, podporujeme snadnější přijetí tohoto přístupu v biovýrobě.“

Výzkumný tým si není vědom žádné předchozí zprávy o nástroji tohoto typu založeném na Ramanově spektroskopii pro detekci CMV částic. Tento typ nástroje, známý jako procesní analytická technologie, nabízí zlepšenou kontrolu kvality neustálým sledováním výrobního procesu.

„Jde o to, že chceme analyzovat částici, jak se vyrábí,“ řekla Athalye. A technologie je dostatečně flexibilní pro použití při výrobě jiných typů vakcín.

Ve studii z roku 2020Verma a jeho kolegové použili Ramanovu spektroskopii k identifikaci bakteriálních a plísňových kontaminantů, které znepokojují farmaceutický průmysl. V tomto projektu tým vyvinul test k detekci bakterií 10krát větších než viry a za statických podmínek. „V této studii postupujeme vpřed se systémem, který umožňuje monitorování v nepřetržitém toku,“ řekl Athalye.

Také v roce 2020Verma a jeho spoluautoři hodnotili dopad PAT na výrobu protilátek, které fungují podobně jako přirozeně produkované lidské protilátky.

Výzkumníci testovali nový systém při různých rychlostech průtoku, včetně průtoku průmyslové výroby a statických podmínek. „Chtěli jsme se ujistit, že vyvíjíme nástroj, který lze přenést do průmyslových provozních podmínek,“ řekl Athalye. To platí konkrétně pro kontinuální výrobu, při které vakcíny a další produkty proudí nonstop z výrobní linky.

„Nepřetržitá výroba je budoucnost. Je šetrná k životnímu prostředí a také šetří peníze a zdroje,“ řekla Athalye. „Kritickou složkou kontinuální výroby je vývoj robustního nástroje pro kontrolu kvality, nebo konkrétněji nástroje pro analýzu procesů. To je to, co mě vede k tomuto výzkumu.“

V budoucí práci tým předvede použití Ramanovy spektroskopie pro další viry, vakcíny a virům podobné částice. „Budeme také demonstrovat potenciál metod založených na sondách při poskytování takových výsledků, aby mohly být integrovány do nepřetržitých operací výrobní jednotky,“ řekl Verma.