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Del laboratorio a la planta de producción

La fabricación de productos biológicos es compleja, dado que en su mayor parte son proteínas, moléculas de gran tamaño, con una estructura variable a menudo y sensibles a las condiciones ambientales. La fabricación de productos biológicos se ha convertido en una ciencia que puede resumirse en cuatro pasos fundamentales: producción de la línea celular maestra, crecimiento de las células y producción de la proteína, aislamiento y purificación de la proteína a partir de las células y preparación del producto biológico para su administración a pacientes. El proceso íntegro, desde la creación del banco de células maestro hasta la preparación del producto biológico para su administración a pacientes, puede requerir varios años y costar cientos de millones de euros.

La I+D guía el proceso
Durante la fase de I+D, los investigadores desarrollan los métodos de producción inicial a pequeña escala. También determinan la formulación final del medicamento para los ensayos clínicos que, en el caso de un medicamento biotecnológico, normalmente es una inyección o infusión. Con todos los datos de I+D derivados de estos pasos de producción, las empresas elaboran unos métodos de producción a gran escala a fin de obtener una cantidad suficiente del producto para el mercado previsto. El proceso de aumento a escala y fabricación ha de seguir las directrices de NCF para garantizar la seguridad y la pureza del producto.

Líneas celulares habituales
Muchos productos biotecnológicos son proteínas que deben producirse en células crecidas en cultivo. Las células de ovario de hámster chino (CHO), las células no secretoras (NS0) y E. coli son líneas celulares que se utilizan en la producción de productos bioterapéuticos, en especial, anticuerpos monoclonales.

Existen varios motivos para utilizar estas células. Las células CHO y NS0 sintetizan proteínas de forma muy parecida a como lo hacen las células humanas. Ambas son líneas celulares inmortales, es decir, tienen la capacidad de crecer y producir producto de manera constante. Los investigadores son expertos en sus condiciones óptimas de cultivo. Ambas líneas celulares tienen la calificación de normalmente considerado seguro (GRAS) respecto a la producción de proteínas terapeuticas. Las células NS0 tienen la ventaja añadida de estar programadas para producir anticuerpos, pero no elaboran ni secretan ninguna de sus propias proteínas de anticuerpos. También pueden emplearse otras líneas celulares, que quizás sean más adecuadas. La selección de la línea celular depende de la experiencia de la empresa, las propiedades de la célula y los requisitos administrativos.

Proceso de aumento a escala
El proceso de aumento a escala de un cultivo celular puede ser muy difícil y requerir mucho tiempo, de modo que se llegan a necesitar varios meses antes antes de que los investigadores puedan obtener un producto. El proceso íntegro de producción de un producto biotecnológico, de inicio a fin, suele conocerse como campaña y normalmente se divide en dos partes principales: elaboración (upstream) y transformación (downstream). Los procesos de elaboración suponen la producción del producto proteico, con mayor frecuencia mediante la utilización de células (de microbios, insectos o mamíferos) que crecen en cultivo. Los procesos de transformación comprenden la recuperación, purificación, formulación y acondicionamiento del producto proteico.

Fase de elaboración (upstream)
La fase de elaboración comienza con las células que crean o diseñan los científicos para obtener el producto proteico. Una vez conseguida la línea celular deseada, se somete a crioconservación: los científicos congelan un número elevado de viales de células para crear un banco de células. Para comenzar una campaña, los científicos retiran y descongelan un vial de células del banco de células e inician un cultivo celular en un matraz que contiene un pequeño volumen de medio de crecimiento. El volumen inicial de medio puede ser de tan sólo 5 ml. El medio aporta los nutrientes y el ambiente óptimo para que sobrevivan las células.

El aumento a escala se lleva a cabo mediante una transferencia gradual de las células en crecimiento a recipientes de crecimiento sucesivamente más grandes que contienen mayores volúmenes de medio. Las células se dividen constantemente siempre que el ambiente de crecimiento siga siendo favorable.

Por consiguiente, cada vez hay más células presentes con cada paso. Cuanto mayor es el número de células, más producto proteico se genera.

Control del aumento a escala
La finalidad del proceso de aumento a escala consiste en hacer crecer células con la mayor rapidez posible y en producir la mayor cantidad posible de producto proteico.

Haciendo uso de los mismos ensayos o métodos de análisis empleados en las etapas de I+D iniciales, los científicos miden la concentración y viabilidad celular, así como la concentración y actividad del producto, en cada fase de aumento a escala incremental con fines de control.

Los técnicos de laboratorio vigilan y controlan el ambiente físico en el que crecen los cultivos celulares. Lo hacen manualmente en los pasos iniciales del aumento a escala para optimizar los parámetros de crecimiento, tales como la temperatura, el pH, la concentración de nutrientes y la concentración de oxígeno.

El proceso de control es automático una vez que el cultivo celular es suficientemente extenso como para crecer en biorreactores.

Durante las fases de aumento a escala, fermentación y fabricación es crucial que los técnicos controlen y analicen los cultivos para detectar contaminación por bacterias, levaduras u otros microorganismos. Cualquier contaminación de un cultivo estropea la totalidad del lote de producto y supone un coste en tiempo y dinero para la empresa. Los técnicos siguen unos protocolos muy estrictos para mantener unas condiciones asépticas en todo momento durante las fases de aumento a escala y fabricación.

Control de calidad y garantía de la calidad
Los departamentos de control de calidad (CC) y garantía de la calidad (GC) se encargan de toda la supervisión que resulta esencial para el éxito de las fases de aumento a escala y fabricación del desarrollo del producto. El departamento de CC asegura la calidad del producto y los análisis durante las etapas de desarrollo del producto mucho antes de que éste alcance la fase de comercialización, garantizando que los procesos de aumento a escala y fabricación cumplen determinados estándares. El departamento de GC suele ser responsable de cumplir y notificar los objetivos de calidad.

Fase de transformación (downstream)
En la fase de transformación de la fabricación se aísla el producto proteico a partir de las células que lo produjeron. Las proteínas presentes en el interior de la célula (proteínas intracelulares) requieren unos protocolos especiales con el fin de extraerlas para su purificación. Normalmente, esto supone abrir las células de golpe para liberar el producto proteico, que a continuación tiene que purificarse del resto de componentes que existen dentro de la célula. Las proteínas presentes en el exterior de la célula (proteínas extracelulares) son más fáciles de aislar.

Una vez recogido el producto proteico, el siguiente paso es la clarificación. En este paso, los científicos separan la proteína de los detritos celulares. A continuación, aplican la solución de proteína a una serie de columnas de cromatografía para obtener un producto proteico puro. La purifcación de mezclas de proteínas mediante cromatografía en columna separa las proteínas según de sus propiedades fisicoquímicas, como tamaño, forma o carga (+ o -). En otros pasos de purificación se elimina el ADN residual y se desactivan las partículas virales que puedan estar presentes.

Los investigadores verifican el aislamiento y la purificación del producto proteico por medio de protocolos de análisis confirmados. Posteriormente, se formula el producto proteico según las especificaciones de I+D y se acondiciona para su uso por parte de médicos y pacientes.