התפרצות מגיפת COVID-19 הוכיחה את הצורך בפיתוח מהיר, ייצור והפצה של כמויות גדולות של חיסונים חדשים. צוות חוקרים מאוניברסיטת Purdue ו-Merck & Co. Inc., הידועה בשם Merck Sharp & Dohme Corp. מחוץ לארה"ב וקנדה, הציג כעת כלי אנליטי חדש שיכול לעזור לחברות תרופות להגביר את ייצור החיסונים באמצעות ניטור וניתוח מהירים.
צוות המחקר, בראשותו של מוהיט ורמה, פרופסור חבר להנדסה חקלאית וביולוגית ב-Purdue, אימת את הכלי המוגש לפטנט בבדיקות שמדדו בהצלחה את האיכות והכמות של חלקיקים נגיפיים זורמים ברציפות.
"השיטות הנוכחיות גוזלות יותר זמן ולא מקוונות", אמרה שריה אתליה, סטודנטית לתואר שני בפורדו בהנדסה חקלאית וביולוגית. יש להוציא דגימות מפס הייצור ולהעביר אותן למכשיר לצורך בדיקה. אבל כלי בקרת האיכות החדש יכול לפעול על קו הייצור, ולהניב תוצאות תוך 30 שניות או פחות. "עשייה מקוונת תחסוך זמן וכסף בייצור חיסונים", אמרה.
Athalye, Verma ושותפיהם תיארו את הכלי האנליטי החדש שלהם ב Spectrochimica Acta חלק א': ספקטרוסקופיה מולקולרית וביומולקולרית. הם חשפו את החידוש בפני Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, שהגיש בקשה לפטנט כדי להגן על הקניין הרוחני. המחקר שילב מומחיות של מומחים בהנדסה חקלאית וביולוגית, הנדסה ביו-רפואית, מדעי המחשב, הנדסת מכונות והנדסת מדעי החומרים. מחברי Merck סיפקו את הדוגמאות והבטיחו את תאימות המחקר לפעילות תעשייתית.
החוקרים ביססו את הכלי החדש שלהם על ספקטרוסקופיה של ראמאן, שמשתמשת בלייזר כדי להשיג טביעת אצבע מולקולרית של דגימה.
זה לא הרסני באופיו, והיכולת שלו לעבוד עם דגימות שיש בהן מים הופכת אותו לאידיאלי עבור דגימות ביולוגיות כמו חיסונים".
שריה אתליה, אוניברסיטת פרדו
בשנת 2022, Athalye היה שותף לכתיבת מחקר מהמעבדות של ורמה ושל Arezoo Ardekani, פרופסור להנדסת מכונות, שיישם ספקטרוסקופיה של ראמאן ולמידת מכונה כדי למדוד את ריכוז החלקיקים הנגיפים בדגימות המכילות חצבת, חזרת ווירוסים אחרים.
המחקר החדש הדגים את יעילותו של הכלי בזיהוי חלקיקים של הציטומגלווירוס האנושי (CMV), בן למשפחת ההרפס. חוקרים עובדים עם חלקיקים דמויי וירוס במאמצים שלהם לפתח חיסון CMV. CMV מדביק בעיקר אנשים עם מערכת חיסון נפגעת, כולל אלה שמקבלים השתלות. "מבנה ה-CMV ואופן הפעולה הופכים את פיתוח החיסון למאתגר, אך חיסונים מחקריים רבים מוערכים בניסויים קליניים", ציין Athalye.
"טכנולוגיה אנליטית תהליכית, או PAT, טומנת בחובה את הפוטנציאל לאפשר שחרור מהיר של תרופות ביולוגיות", אמר ורמה. "עבדנו על פרויקט שיתופי זה עם מעבדת Ardekani בהנדסת מכונות ועם הקבוצה ב-Merck כדי לאפשר PAT באמצעות ספקטרוסקופיה של ראמאן. על ידי הוכחה שאנו מסוגלים לאפיין CMV בריכוזים וקצבי זרימה רלוונטיים תעשייתית, אנו תומכים באימוץ קל יותר של גישה זו בייצור ביולוגי".
צוות המחקר אינו מודע לשום דיווח קודם על כלי מבוסס ספקטרוסקופיה של ראמאן מסוג זה לאיתור חלקיקי CMV. סוג זה של כלי, המכונה טכנולוגיית תהליך אנליטית, מציע בקרת איכות משופרת על ידי ניטור רציף של תהליך הייצור.
"הנקודה היא שאנחנו רוצים לנתח את החלקיק בזמן שהוא מיוצר", אמר אתליה. והטכנולוגיה גמישה מספיק ליישום לייצור סוגי חיסונים אחרים.
במחקר משנת 2020, ורמה ועמיתיו השתמשו בספקטרוסקופיה של ראמאן כדי לזהות מזהמים חיידקיים ופטרייתיים המדאיגים את תעשיית התרופות. בפרויקט זה, הצוות פיתח מבחן לזיהוי חיידקים גדולים פי 10 מנגיפים ובתנאים סטטיים. "במחקר זה, אנו מתקדמים עם מערכת המאפשרת ניטור בזרימה רציפה", אמר אתליה.
כמו כן, בשנת 2020, ורמה ושותפיו העריכו את ההשפעה של PAT על ייצור נוגדנים הפועלים בדומה לנוגדנים אנושיים המיוצרים באופן טבעי.
החוקרים בדקו את המערכת החדשה במגוון קצבי זרימה, כולל קצב זרימת הייצור התעשייתי ותנאים סטטיים. "רצינו לוודא שאנחנו מפתחים כלי שניתן להעביר לתנאי הפעלה תעשייתיים", אמר אתליה. זה חל במיוחד על ייצור מתמשך, שבו חיסונים ומוצרים אחרים זורמים ללא הפסקה מפס הייצור.
"ייצור מתמשך הוא העתיד. הוא ידידותי לסביבה, והוא חוסך כסף ומשאבים גם כן", אמר אתליה. "המרכיב הקריטי של ייצור מתמשך הוא פיתוח כלי בקרת איכות חזק, או ליתר דיוק, כלי אנליטי תהליכים. זה מה שמניע אותי לעשות את המחקר הזה."
בעבודה עתידית, הצוות ידגים את השימוש בספקטרוסקופיה של ראמאן עבור וירוסים אחרים, חיסונים וחלקיקים דמויי וירוסים. "אנו גם נדגים את הפוטנציאל של שיטות מבוססות בדיקה באספקת תוצאות כאלה כדי שיוכלו להשתלב בפעולות רציפות של יחידות ייצור", אמר ורמה.
עבודה זו מומנה על ידי המכון הלאומי לחדשנות בייצור ביו-פרמצבטיקה, המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, ו-Merk Sharp & Dohme Corp.
