Perangkat portabel menghasilkan obat biologis sesuai permintaan

Anonim

Untuk tenaga medis di medan perang dan dokter di daerah terpencil atau berkembang di dunia, mendapatkan akses cepat ke obat yang diperlukan untuk mengobati pasien bisa menjadi tantangan.

Obat-obatan biofarmasi, yang digunakan dalam berbagai macam terapi termasuk vaksin dan perawatan untuk diabetes dan kanker, biasanya diproduksi di pabrik-pabrik fermentasi terpusat yang besar. Ini berarti mereka harus diangkut ke tempat perawatan, yang bisa mahal, menghabiskan waktu, dan menantang untuk dilaksanakan di daerah dengan rantai pasokan yang buruk.

Sekarang sistem produksi portabel, yang dirancang untuk memproduksi berbagai biofarmasi sesuai permintaan, telah dikembangkan oleh para peneliti di MIT, dengan pendanaan dari Badan Penelitian Proyek Maju Pertahanan (DARPA).

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, para peneliti menunjukkan bahwa sistem dapat digunakan untuk menghasilkan satu dosis pengobatan dari perangkat kompak yang mengandung tetesan kecil sel dalam cairan.

Dengan cara ini, sistem akhirnya dapat dibawa ke medan perang dan digunakan untuk memproduksi perawatan pada titik perawatan. Ini juga dapat digunakan untuk memproduksi vaksin untuk mencegah wabah penyakit di desa terpencil, menurut penulis senior Tim Lu, seorang profesor teknik biologi dan teknik elektro dan ilmu komputer, dan kepala Kelompok Biologi Sintetis di MIT Research Laboratory Elektronik.

"Bayangkan Anda berada di Mars atau di padang pasir terpencil, tanpa akses ke formularium penuh, Anda dapat memprogram ragi untuk memproduksi obat berdasarkan permintaan secara lokal, " kata Lu.

Sistem ini didasarkan pada strain ragi yang dapat diprogram, Pichia pastoris, yang dapat diinduksi untuk mengekspresikan salah satu dari dua protein terapeutik ketika terkena pemicu kimia tertentu. Para peneliti memilih P. pastoris karena dapat tumbuh dengan kepadatan sangat tinggi pada sumber karbon sederhana dan murah, dan mampu mengekspresikan sejumlah besar protein.

"Kami mengubah ragi sehingga bisa lebih mudah dimodifikasi secara genetis, dan bisa mencakup lebih dari satu terapi dalam repertoirnya, " kata Lu.

Ketika para peneliti memaparkan ragi yang dimodifikasi untuk estrogen β-estradiol, sel-sel mengekspresikan rekombinan hormon pertumbuhan manusia (rHGH). Sebaliknya, ketika mereka mengekspos sel ke metanol, ragi mengekspresikan interferon protein.

Sel-sel ini disimpan dalam mikrobioreaktor skala meja berukuran milimeter, berisi chip mikrofluida, yang awalnya dikembangkan oleh Rajeev Ram, seorang profesor teknik elektro di MIT, dan timnya, dan kemudian dikomersialkan oleh Kevin Lee — lulusan MIT dan rekan penulis — melalui perusahaan spin-off.

Cairan yang mengandung pemicu kimia yang diinginkan pertama kali dimasukkan ke dalam reaktor, untuk bercampur dengan sel.

Di dalam reaktor, campuran sel-dan-kimia dikelilingi pada tiga sisi oleh polikarbonat; pada sisi keempat adalah membran karet silikon yang fleksibel dan gas-permeabel.

Dengan menekan gas di atas membran ini, para peneliti dapat memijat lembut tetesan cairan untuk memastikan isinya sepenuhnya bercampur.

"Ini memastikan bahwa satu mililiter (cairan) adalah homogen, dan itu penting karena difusi pada skala kecil ini, di mana tidak ada turbulensi, membutuhkan waktu yang sangat lama, " kata Ram, yang juga seorang penulis senior kertas.

Karena membrannya adalah gas permeabel, ia memungkinkan oksigen mengalir ke sel, sementara karbon dioksida yang dihasilkannya dapat dengan mudah diekstraksi.

Perangkat terus memantau kondisi dalam chip mikofluida, termasuk tingkat oksigen, suhu, dan pH, untuk memastikan lingkungan yang optimal untuk pertumbuhan sel. Ini juga memonitor densitas sel.

Jika ragi diperlukan untuk menghasilkan protein yang berbeda, cairan hanya disiram melalui filter, meninggalkan sel di belakang. Cairan segar mengandung pemicu kimia baru kemudian dapat ditambahkan, untuk merangsang produksi protein berikutnya.

Meskipun tim peneliti lain sebelumnya telah mencoba untuk membangun mikrobioreaktor, ini belum memiliki kemampuan untuk mempertahankan sel-sel penghasil protein saat mengeluarkan cairan yang dicampur dengan mereka, kata Ram. "Anda ingin menyimpan sel karena mereka adalah pabrik Anda, " katanya. "Tetapi Anda juga ingin cepat mengubah lingkungan kimianya, untuk mengubah pemicu untuk produksi protein."

Para peneliti sekarang menyelidiki penggunaan sistem dalam perawatan kombinatorial, di mana beberapa terapi, seperti antibodi, digunakan bersama.

Menggabungkan beberapa terapi dengan cara ini bisa mahal jika masing-masing membutuhkan jalur produksi sendiri, kata Lu.

"Tetapi jika Anda bisa merekayasa satu strain, atau bahkan konsorsium strain yang tumbuh bersama, untuk memproduksi kombinasi biologi atau antibodi, itu bisa menjadi cara yang sangat ampuh untuk memproduksi obat-obatan ini dengan biaya yang masuk akal, " katanya.

menu
menu