Comparación de modelado de costos en biorreactores estáticos, de suspensión y de lecho fijo para la manufactura de productos de terapia génica comercial

Emmanuelle Cameau, Andreia Pedregal, Clive Glover

SE NECESITA UN MODELADO DE COSTOS EN UNA ETAPA TEMPRANA

Los vectores de virus adenoasociados recombinantes (rAAV) están surgiendo como el virus más importante para la terapia génica in vivo. A pesar de avances significativos en el desarrollo de las líneas de células en suspensión y los métodos de transfección, los lotes de vectores virales para ensayos clínicos siguen produciéndose en gran medida mediante la expansión de escala horizontal de los métodos de laboratorio en MT (pilas multibandeja) bidimensionales estáticas. No obstante, el uso de estos procesos en cumplimiento con el material comercial de manufactura en el marco de condiciones de GMP (buen proceso de fabricación) hace que los costos de manufactura sean muy altos, además de introducir riesgos considerables al proceso.

Para evitar esto, pueden utilizarse herramientas de modelado de costos durante el desarrollo de procesos para garantizar que los procesos de manufactura que se desarrollen sean viables económicamente para la producción comercial. Este estudio compara tres métodos en el sector upstream (USP) para la producción de rAAV utilizando modelos generados en el software BioSolve, una referencia para análisis de costos en la industria biofarmacéutica.

El proceso tradicional basado en MT se compara con los procesos de suspensión y lecho fijo basados en el biorreactor iCELLis® (Pall). Se consideran escalas clínicas (200 L) y escalas de manufactura (800–1000 L) para cada modelo, y se incluye el DSP (procesamiento de purificación) y el QC (control de calidad) para presentar una idea realista del CoGs (costo de los productos). Se determina la estructura de costos y se comparan distintas situaciones a fin de identificar parámetros que puedan optimizar el CoGs, como el pDNA (ADN plasmídico) de grado de buen proceso de fabricación, el reagente esencial para al transfección transitoria. La optimización del proceso de biorreactor iCELLis parece ser una alternativa muy promisoria para la manufactura de vectores virales de transfección transitoria.

PRESUPOSICIONES DE MODELOS DE COSTOS

• Proceso de MT: en base a datos de documentación
• Proceso de suspensión: basado en procesos existentes, optimizado en 200 L y extrapolado a 1000 L
• Proceso de biorreactor iCELLis – 2 conjuntos de datos:
  • Transposición de proceso directo a partir de la productividad de referencia (MT)
  • Proceso optimizado basado en datos experimentales

El software BioSolve genera una visión integral de una fábrica, que incluye:

• Espacio e inversión de capital necesarios
• Utilización de medios, soluciones amortiguadoras y reagentes (ADN plasmídico)
• Duración y carga de trabajo del proceso
• Consumibles en suspensión de USP

EL COSTO DE LA EXPANSIÓN DE ESCALA HORIZONTAL EN COMPARACIÓN CON EL AUMENTO DE LA ESCALA

Comparación de los biorreactores de un solo uso con los procesos de múltiples bandejas

• Los reactores permiten una reducción de costo de dosis del 30 al 40 % en los gastos operativos de USP
• El doble de espacio entre las escalas clínicas y de manufactura para MT; estable para biorreactores
  • MT en USP incrementa el gasto operativo
  • Los gastos de capital pueden convertirse en un factor prohibitivo con MT
  • Misma fábrica para fases clínicas e industriales con biorreactores

Comparación del biorreactor iCELLis con el biorreactor de suspensión

• Los gastos de capital, el gasto operativo y el espacio necesario son similares
• No optimizado: disminución del 30 % en el costo por dosis / Optimizado: ahorro de hasta el 44 %
• No optimizado: rendimiento de dosis 14 % menor / Optimizado: rendimiento 8 % superior
  • La optimización del proceso de biorreactor iCELLis permite una reducción de CoGs en comparación con el biorreactor de suspensión
  • La elección de la tecnología debe basarse en los riesgos de desarrollo de procesos y es menor para el biorreactor de lecho fijo

EL ADN PLASMÍDICO ES EL COMPONENTE CLAVE

• El modelado de procesos de referencia revela el impacto significativo de la mano de obra y los consumibles de USP
• El ADN plasmídico elaborado según buenos procesos de fabricación es un impulsor clave de los costos en todos los procesos
  • Importancia de la optimización del uso de ADN plasmídico
• La cantidad de lotes de biorreactor iCELLis por año es menor porque el biorreactor se utiliza durante más tiempo durante la producción (7 días para el biorreactor iCELLis en comparación con 6 días para el biorreactor de suspensión); consultar la Figura 1

ELIMINACIÓN DE LOS RIESGOS DE LA ELECCIÓN DE TECNOLOGÍA DE USP

• Los biorreactores de suspensión y los biorreactores iCELLis no optimizados (peor caso posible) con similares en términos de gastos de capital/gasto operativo 
• Los resultados experimentales del biorreactor iCELLis muestran una disminución en el uso de ADN plasmídico en la transfección, en comparación con la suspensión[1]
• La transfección transitoria en suspensión en 1000 L mediante biorreactor es un gran desafío debido a la cantidad y el costo del ADN plasmídico
• Puede lograrse una mayor optimización del título de rAAV optimizando las cantidad del medio de materia prima
• Puede aumentarse el rendimiento de los procesos utilizando 2 biorreactores juntos en el procesamiento de purificación
  • El proceso de biorreactor iCELLis tiene muchas probabilidades de superar considerablemente al proceso de suspensión para la producción de transfección transitoria de virus adenoasociado para las escalas consideradas

CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS

Este estudio hace hincapié en la poca eficiencia de costos del sistema estático (MT) y la imposibilidad de esta opción de proporcionar un método de manufactura a gran escala asequible para terapias costosas.

El uso de células en suspensión con alta producción en los biorreactores permite reductores de costos significativos en el capital y la mano de obra instalados, pero el costo de ADN plasmídico elaborado según buenos procesos de fabricación sigue representando hasta el 40 % del costo total de cada lote. En este punto se alcanza un límite en la reducción de CoGs que es muy difícil de superar. La transfección transitoria en 1000 L es un gran desafío debido a la cantidad y el costo del ADN plasmídico requerido.

El uso de un biorreactor de lecho fijo es una opción viable para una mayor optimización de procesos, puesto que permite un incremento de la productividad y una reducción de las cantidades de ADN plasmídico utilizadas en la transfección. Varios grupos que están implementando esta estrategia ya han reportado sus logros: el Hospital Saint Jude informó niveles de producción de rAAV en el biorreactor iCELLis Nano (biorreactor a pequeña escala) similares a los controles estáticos[2].

Otro método de optimización de procesos que no se explora aquí es la selección de una línea celular que genera rAAV y la operación del proceso en modo de perfusión. Esta estrategia se ha descrito en la documentación de la producción de virus adenoasociado[3] y ya se ha aplicado a gran escala para la producción de vectores adenovirales, aprovechando las capacidades de perfusión integradas del biorreactor iCELLis[4]. 

Debido a su flexibilidad y a las potenciales reducciones de costos utilizando sistemas biológicos disponibles actualmente para la producción de vectores virales, los biorreactores de lecho fijo tienen un papel importante en la producción de terapias génicas transitorias.

Referencias

[1] Reniers et al., 2016, Póster de ESGCT

[2] Powers et al., 2015, Métodos de HGT

[3] Grieger et al. 2015, Terapia molecular

[4] Lesch et al., 2015, Terapia génica en humanos