Characterization and analysis of cell therapies / Caratterizzazione ed analisi di terapie cellulari
Characterization and analysis of cell therapies / Caratterizzazione ed analisi di terapie cellulari
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Figure 1. Quality by Design (QbD) principles. This general scheme provides a decision framework that cell therapy developers must make to define and control the quality of a cell therapeutic. Based on a scheme presented by Dr. Finn from the FDA / Principi di Quality by Design (QbD). Questo schema generale fornisce un quadro decisionale che gli sviluppatori di terapia cellulare devono adottare per definire e controllare la qualità di una terapia cellulare. Basato su uno schema presentato dal Dr. Finn della FDA
1 - Mechanism of action (MOA)
MOA: How the product will function based on properties of the product.
2 - Target product profile (TPP)
TPP: Summary of the drug product’s quality characteristics that ensure it will
have the desired quality, safety, and ecacy. This forms the basis of CQA
development, CPPs, and control strategies.
CQA: A physical, chemical, biological, or microbiological property or characteristic that should be within an appropriate limit, range, or distribution to ensure the desired product quality (ICH Q8R2).
4 - Critical process parameter (CPP)
CPP: A process where variability will a‚ect CQA and therefore must be monitored or controlled to produce the desired product quality (ICH Q8R2). Related to critical materials attributes (CMAs).
Introduction
The goal of cell therapy developers is to produce safe, efficacious, and consistent products that help patients, many with intractable diseases. Analytical methods are critical to achieving this aim and to the overall development process. These methods form the basis under which all critical development decisions are made, including what manufacturing equipment to use, which genetic engineering methods produce the best combination of performance and viability, what media system and feeding schedules perform the best, and what patient populations to target. Cell therapy manufacturers face several challenges in developing the appropriate tests to analyze and accurately characterize their biological products. This section will discuss these challenges, the current characterization strategies and tools that manufacturers use, and some future trends to overcome existing hurdles.
Defining product specifications
As defined in ICH Q6B, Guidance on Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological/ Biological Products, characterization of a biological product “includes determination of physiochemical properties, biological activity, immunochemical properties, purity and impurities”. A comprehensive understanding of the biological product allows the appropriate specifications to be established. At a higher level, each specification contributes to a set of “criteria to which a new drug substance or new drug product should conform to be considered acceptable for its intended use” . By definition, a specification consists of the assay or test, the protocol for performing it, and the numerical limits, ranges, or other observations that define a product’s acceptance criteria. These acceptance criteria can be divided into several categories—identity, purity, potency, safety and other—which are defined in Table 1. While the concepts of full product characterization and release specifications are easy to comprehend, in practice they are very challenging to implement.
Challenges in characterizing cell therapies
In 1982, a new era of pharmaceuticals began with approval of the very first biologic—recombinant insulin. In the time since, more complex recombinant proteins and monoclonal antibody therapeutics have been developed, many of which have become best-selling drugs. While seen as more challenging to develop, manufacture, and distribute when compared to small-molecule medicines, these therapeutic modalities pale in comparison to the complexities associated with “living” cell therapy development, such as CAR T cell therapy. To begin, human cells are large, each consisting of millions of protein molecules. Human cells also have a complex structure consisting of a membrane, cytoskeleton, and organelles that carry out specific functions. In addition to their large size and diverse biochemical makeup, cell therapy products are heterogenous and dynamic, continually interacting with and responding to their environment. This dynamism makes it impossible to fully characterize all properties and functions of a heterogenous mixture of cell types that could change depending on how they are manufactured, stored, and administered. Each characterization assay only reveals a single or limited number of attributes at a point in time. The selection of the most appropriate cellular attributes to test coupled with the inherent limitations of each assay method produce a formidable challenge that the industry will need to address to realize the field of cell therapy’s full potential. Nearly all cell therapies start with an initial cell source derived from donor tissue. Donor-to-donor variability presents a tremendous challenge when trying to achieve a consistent, predictable manufacturing output. For autologous therapies, additional variability occurs because patients present varying severity of illness or have undergone several treatments prior to providing tissue. These factors make it challenging to set meaningful specifications that ensure consistent production of highquality therapeutic products.
Quality by design approach
More recently, cell therapy developers have been implementing quality by design (QbD) principles in their product development process, with the goal of providing the highest quality products to patients. The concept was first described by engineer Joseph M. Juran and later the FDA highlighted its utility in pharmaceutical development in their 2007 report “Pharmaceutical Quality for the 21st Century: A Risk-Based Approach”. The overriding principle of QbD is “quality should be built into a product” via “a thorough understanding of the product and process” and process control. The QbD systematic approach starts with predefined objectives and is based in sound science. Moreover, this approach seeks to understand the risks “involved in manufacturing the product and how best to mitigate those risks .” As an example, the FDA presented a general QbD scheme (see Figure 1). Generally, the QbD process starts by defining the end goal or product, with developers formulating a hypothesis on a product’s mechanism of action (MoA). The MoA describes the specific action(s) a cell product will produce to achieve a desired therapeutic effect. The MoA then informs the target product profile (TPP), which describes the desired attributes of a product, including safety and efficacy-related characteristics. Next, the developer must establish which critical properties or critical quality attributes (CQAs) must be controlled to achieve the desired clinical outcome. CQAs are defined as “a physical, chemical, biological, or microbiological property or characteristic that should be within an appropriate limit, range, or distribution to assure the desired product quality”. A CQA is identified by the risk of harm to a patient if that CQA is not met. In cell therapy, the “product is the process” is commonly heard; the direct corollary in QbD are critical process parameters (CPPs), which are a key part of a manufacturing control strategy. A CPP, per ICHQ8(R2), is “a process parameter whose variability has an impact on a critical quality attribute and therefore should be monitored or controlled to ensure the process produces the desired quality”.
The CQAs then become a product’s in-process and release specifications, with the latter determining a product’s suitability for its intended use (i.e., to treat a patient). However, these criteria are not fixed and are continually evaluated in an iterative process. Over time, a developer will gain additional product characterization data, accumulate more insight into a product during clinical trials, and gain more experience manufacturing the product. Such new data and its findings can justify revising, adding, or removing a specification (Figure 2). In summary, the QbD approach is a way to link the patient, therapeutic product, and manufacturing process together by monitoring clinical outcome (safety and efficacy), CQAs, and CPPs. In order for the approach to work, developers must choose fit-for-purpose assays that assess the essential attributes that predict a product’s quality with appropriate performance.
Figure 2. Systematic and iterative approach to identifying CQAs that are clinically relevant. As cell therapy manufacturers gain more information on their product from a variety of sources, they will revise or add specifications / Approccio sistematico e iterativo all'identificazione di CQA clinicamente rilevanti. Man mano che i produttori di terapie cellulari ottengono maggiori informazioni sul loro prodotto da una varietà di fonti, rivedranno o aggiungeranno specifiche
Regulatory perspective and development stages
While investment in cell therapy development has grown exponentially recently, it is still a young industry. Consequently, the regulatory landscape is evolving as the industry and regulators learn more about how the various types of living cell products are manufactured and how they behave when administered to patients. Given the complexity of these products and the diversity of indications they are meant to treat, no single framework exists to govern how these therapies are evaluated. Instead, each characterization scheme must be tailored to a particular product. Several guidelines are available for characterization and analytical methods, but only offer overarching principles and recommendations to help developers.
In general, specific product assays are evaluated based on whether they are fit-for-purpose and performance. Developers generally take an incremental approach (Figure 3). For early-stage trials, regulators appear more interested in the rationale for the developer’s choices, specifically demonstrating suitability of the method, justifying the choice of an attribute (CQA) to measure, and providing evidence and interpretation of results over the entirety of a product’s developmental history. In these early stages, acceptance limits may have wider ranges. In later stages, the assays and acceptance criteria become more defined and the focus turns to method validation and a statistical approach to method capability. It describes the eight essential steps of method validation–accuracy, precision, specificity, detection limit, limit of quantitation, linearity, range and robustness–as outlined in ICH Q2/R1 Validation of Analytical Procedures.
Figure 3. Stage-specific assay development for cell therapy characterization./ Sviluppo di saggi specifici per stadio per la caratterizzazione della terapia cellulare.
1- Preclinical
Method selection, development, and optimization
2 - Phase 1
Method qualification, preliminary acceptance, and stability evaluations Continued optimization if necessary
3 - Phase 2
Continued optimization and requalification as necessary Data trending and evaluation of preliminary assay validation criteria
4 - Phase 3/BLA
Full assay validation
5 - Postlicensure
Data trending and evaluation of method performance Evaluation of method; comparability and revalidation as necessary (e.g., new technology, improvements)
Trends and future
Most cell therapy developers will affirm that product characterization and analytics are some of the biggest challenges facing the industry. Until progress is made on those fronts, cell therapies will be relegated to a last line of therapy and never reach their full potential. What then are some of the trends and opportunities for improvement, and where is the field headed? Flow cytometry has become an indispensable tool in cell biology, immunology, and cell therapy given its versatility. With a single platform, a developer can perform a wide variety of tasks, including for example, cell counts, cell viability tests, transduction for genome editing efficiency assays, and phenotyping. Additionally, flow cytometry can quantify the subpopulations of cells with a particular set of attributes, which is especially important in CAR T therapy. Despite its utility in cell therapy research, flow cytometry is not easily transferable into the GMP manufacturing environment primarily because of the variability inherent in the method. Multiple sources contribute to this variability including operator, reagents, instrument setup, sample preparation, and data acquisition and analysis. However, flow cytometry will never be completely replaced, challenging suppliers to introduce solutions to improve its compatibility with GMP environments (e.g., utilizing automated flow cytometry gating for analysis). Wherever possible, the cell therapy field is moving away from cell-based methods to molecular-based methods because the variability of human cells makes cell-based methods more difficult to implement. Molecular methods offer numerous advantages over cell-based ones. First, molecular methods tend be to more sensitive. This sensitivity is important for such cases as identifying potentially harmful contaminating cell types such as undifferentiated induced pluripotent stem cells in a differentiated cell product or contaminating B cells in a CAR T product for B cell malignancies. Next, molecular assays are more readily standardized, ensuring that an assay run on different instruments, by different operators, at different sites, and at different times yields consistent results. Last, molecular assays typically require less material for the test. Some autologous cell therapy developers use up 50% of the dose for quality control testing. Under these conditions, if patient’s starting material is limited, a developer may not have enough cells for a full therapeutic dose. In the future, developers will migrate to assay platforms that require less input material, most of which would be molecular based.
Single-cell analysis is becoming increasingly prevalent and important in cell therapy, especially after recent events with lentivirus-transduced stem cell products in clinical trials.This event highlighted the need to understand exactly where transgenes integrate in the genome and if possible, determine if any endogenous genes have been disrupted. Overall, the industry is pivoting towards genemodified cell therapies (e.g., CAR T), and as a result, the FDA is requesting that developers identify the location of a transgene on a single-cell level. With the advent of genome editing technologies and ever more complex engineering steps, it will also be important to quantify efficiency and demonstrate specificity and safety of the edits. Many clinical and commercial stage developers are working on next-generation manufacturing processes to shorten the duration of manufacturing to decrease overall labor and facility costs and improve throughput. Some studies have suggested that in-process and release testing contribute up to 25–30% of production costs. These high costs are particularly burdensome in autologous cell therapy, because the entire cost of manufacture is allocated to a single drug for a single patient. The ability to multiplex compatible assays is one way to reduce these testing costs. Likewise, more rapid testing methods will be key to shortening vein-to-vein time. For example, commercially available rapid qPCR-based mycoplasma assays could be used in place of the 28-day USP <63> culture method. Another area of opportunity would be rapid sterility testing that several groups are working on, including The Standards Coordinating Body. Over the last decade, several companies have partnered on applying digital technology solutions to healthcare manufacturing. Scientists from the National Institutes of Health and National Institutes of Standards and Technology published a groundbreaking paper on the implementation of artificial intelligence (AI)-based quality control of their stem cell-derived product for treatment of age-related macular degeneration. The algorithm they developed analyzes images obtained by quantitative brightfield absorbance microscopy and are able to determine the maturation level of retinal pigmented epithelial cells. Such AI-enabled, image-based quality control methods allow for non-destructive monitoring of cell products and could enable adaptive manufacturing and real-time release. With digital methods like these, the potential exists to revolutionize the way cell therapeutics are tested and released, improving manufacturing throughput and reducing the time for delivery to patients. As the field starts developing commercial-ready manufacturing processes, closed automated manufacturing systems will be deployed. Key to the implementation of these systems will be process analytical technology (PAT). The FDA defines PAT as a “system for designing, analyzing, and controlling manufacturing through timely measurements (i.e., during processing) of critical quality and performance attributes of raw and in-process materials and processes” . The ability to make real-time, sensorbased measurements of critical process parameters such as metabolite production or nutrient consumption could improve a developer’s understanding and allow finer control of the manufacturing process. While PAT has been successfully implemented in large molecule biologics production, it is still in the early days of implementation in the cell therapy field. PAT designed specifically for cell therapy will be key to developing robust manufacturing operations that provide a steady supply of life-changing medicines to patients in need.
ITALIANO
1 - Meccanismo d'azione (MOA)
MOA: come funzionerà il prodotto in base alle proprietà del prodotto.
2 - Profilo del prodotto target (TPP)
TPP: Riepilogo delle caratteristiche qualitative del prodotto farmaceutico che ne assicurano la validità
avere la qualità, la sicurezza e l'ecacy desiderate. Questo costituisce la base del CQA
sviluppo, CPP e strategie di controllo.
3 - Attributo di qualità critica (CQA)
CQA: una proprietà o caratteristica fisica, chimica, biologica o microbiologica che dovrebbe rientrare in un limite, un intervallo o una distribuzione appropriati per garantire la qualità del prodotto desiderata (ICH Q8R2).
4 - Parametro di processo critico (CPP)
CPP: un processo in cui la variabilità influirà sulla CQA e pertanto deve essere monitorata o controllata per produrre la qualità del prodotto desiderata (ICH Q8R2). Relativo agli attributi dei materiali critici (CMA).
Introduzione
L'obiettivo degli sviluppatori di terapie cellulari è produrre prodotti sicuri, efficaci e coerenti che aiutino i pazienti, molti con malattie intrattabili. I metodi analitici sono fondamentali per raggiungere questo obiettivo e per il processo di sviluppo complessivo. Questi metodi costituiscono la base su cui vengono prese tutte le decisioni critiche di sviluppo, comprese le apparecchiature di produzione da utilizzare, quali metodi di ingegneria genetica producono la migliore combinazione di prestazioni e fattibilità, quale sistema di media e programmi di alimentazione funzionano meglio e quali popolazioni di pazienti indirizzare. I produttori di terapie cellulari devono affrontare diverse sfide nello sviluppo dei test appropriati per analizzare e caratterizzare accuratamente i loro prodotti biologici. Questa sezione discuterà queste sfide, le attuali strategie di caratterizzazione e gli strumenti utilizzati dai produttori e alcune tendenze future per superare gli ostacoli esistenti.
Definizione delle specifiche del prodotto
Come definito in ICH Q6B, Guida alle specifiche: procedure di prova e criteri di accettazione per prodotti biotecnologici/biologici, la caratterizzazione di un prodotto biologico "include la determinazione delle proprietà fisico-chimiche, dell'attività biologica, delle proprietà immunochimiche, della purezza e delle impurità". Una comprensione completa del prodotto biologico consente di stabilire le specifiche appropriate. Ad un livello superiore, ciascuna specifica contribuisce a una serie di "criteri a cui una nuova sostanza farmaceutica o un nuovo prodotto farmaceutico dovrebbe essere conforme per essere considerata accettabile per l'uso previsto" . Per definizione, una specifica è costituita dal dosaggio o dal test, dal protocollo per eseguirlo e dai limiti numerici, dagli intervalli o da altre osservazioni che definiscono i criteri di accettazione di un prodotto. Questi criteri di accettazione possono essere suddivisi in diverse categorie - identità, purezza, potenza, sicurezza e altro -. Sebbene i concetti di caratterizzazione completa del prodotto e specifiche di rilascio siano di facile comprensione, in pratica sono molto difficili da implementare .
Sfide nella caratterizzazione delle terapie cellulari
Nel 1982 iniziò una nuova era di farmaci con l'approvazione della prima insulina biologica ricombinante. Da allora sono state sviluppate proteine ricombinanti più complesse e terapie con anticorpi monoclonali, molti dei quali sono diventati farmaci più venduti. Sebbene viste come più impegnative da sviluppare, produrre e distribuire rispetto ai medicinali a piccole molecole, queste modalità terapeutiche impallidiscono rispetto alle complessità associate allo sviluppo della terapia cellulare "viva", come la terapia cellulare CAR T. Per cominciare, le cellule umane sono grandi, ciascuna composta da milioni di molecole proteiche. Le cellule umane hanno anche una struttura complessa costituita da una membrana, citoscheletro e organelli che svolgono funzioni specifiche. Oltre alle loro grandi dimensioni e alla composizione biochimica diversificata, i prodotti per terapia cellulare sono eterogenei e dinamici, interagiscono continuamente e rispondono al loro ambiente. Questo dinamismo rende impossibile caratterizzare completamente tutte le proprietà e le funzioni di una miscela eterogenea di tipi cellulari che potrebbero cambiare a seconda di come vengono fabbricati, immagazzinati e somministrati. Ogni test di caratterizzazione rivela solo un numero singolo o limitato di attributi in un determinato momento. La selezione degli attributi cellulari più appropriati da testare, unita ai limiti intrinseci di ciascun metodo di analisi, producono una sfida formidabile che l'industria dovrà affrontare per realizzare il pieno potenziale del campo della terapia cellulare. Quasi tutte le terapie cellulari iniziano con una fonte cellulare iniziale derivata dal tessuto del donatore. La variabilità da donatore a donatore rappresenta una sfida enorme quando si cerca di ottenere una produzione di produzione coerente e prevedibile. Per le terapie autologhe, si verifica un'ulteriore variabilità perché i pazienti presentano gravità variabile della malattia o sono stati sottoposti a diversi trattamenti prima di fornire il tessuto. Questi fattori rendono difficile definire specifiche significative che garantiscano una produzione coerente di prodotti terapeutici di alta qualità.
Qualità in base all'approccio progettuale
Più recentemente, gli sviluppatori di terapie cellulari hanno implementato i principi della qualità in base alla progettazione (QbD) nel loro processo di sviluppo dei prodotti, con l'obiettivo di fornire ai pazienti prodotti della massima qualità. Il concetto è stato descritto per la prima volta dall'ingegnere Joseph M. Juran e successivamente la FDA ha evidenziato la sua utilità nello sviluppo farmaceutico nel suo rapporto del 2007 "Pharmaceutical Quality for the 21st Century: A Risk-Based Approach". Il principio prevalente di QbD è "la qualità dovrebbe essere incorporata in un prodotto" attraverso "una comprensione approfondita del prodotto e del processo" ed il controllo del processo. L'approccio sistematico QbD inizia con obiettivi predefiniti e si basa su una solida scienza. Inoltre, questo approccio cerca di comprendere i rischi "coinvolti nella produzione del prodotto e il modo migliore per mitigare tali rischi". Ad esempio, la FDA ha presentato uno schema QbD generale(vedi Figura 1). In genere, il processo QbD inizia con la definizione dell'obiettivo finale o del prodotto, con gli sviluppatori che formulano un'ipotesi sul meccanismo d'azione (MoA) di un prodotto. Il MoA descrive l'azione o le azioni specifiche che un prodotto cellulare produrrà per ottenere l'effetto terapeutico desiderato. Il MoA informa quindi il profilo del prodotto target (TPP), che descrive gli attributi desiderati di un prodotto, comprese le caratteristiche relative alla sicurezza e all'efficacia. Successivamente, lo sviluppatore deve stabilire quali proprietà critiche o attributi di qualità critica (CQA) devono essere controllati per ottenere il risultato clinico desiderato. I CQA sono definiti come "una proprietà o caratteristica fisica, chimica, biologica o microbiologica che dovrebbe rientrare in un limite, un intervallo o una distribuzione appropriati per garantire la qualità del prodotto desiderata". Un CQA è identificato dal rischio di danni a un paziente se tale CQA non viene soddisfatto. Nella terapia cellulare si sente comunemente il “prodotto è il processo”; il corollario diretto in QbD sono i parametri di processo critici (CPP), che sono una parte fondamentale di una strategia di controllo della produzione. Un CPP, secondo ICHQ8(R2), è "un parametro di processo la cui variabilità ha un impatto su un attributo di qualità critico e pertanto dovrebbe essere monitorato o controllato per garantire che il processo produca la qualità desiderata".
I CQA diventano quindi le specifiche in corso e di rilascio di un prodotto, con quest'ultimo che determina l'idoneità di un prodotto per l'uso previsto (cioè per il trattamento di un paziente). Tuttavia, questi criteri non sono fissi e vengono continuamente valutati in un processo iterativo. Nel tempo, uno sviluppatore acquisirà dati aggiuntivi sulla caratterizzazione del prodotto, accumulerà più informazioni su un prodotto durante gli studi clinici e acquisirà maggiore esperienza nella produzione del prodotto. Tali nuovi dati e le relative scoperte possono giustificare la revisione, l'aggiunta o la rimozione di una specifica (Figura 2). In sintesi, l'approccio QbD è un modo per collegare il paziente, il prodotto terapeutico e il processo di produzione monitorando l'esito clinico (sicurezza ed efficacia), CQA e CPP. Affinché l'approccio funzioni, gli sviluppatori devono scegliere test adatti allo scopo che valutino gli attributi essenziali che predicono la qualità di un prodotto con prestazioni adeguate.
Prospettiva normativa e fasi di sviluppo
Sebbene di recente gli investimenti nello sviluppo della terapia cellulare siano cresciuti in modo esponenziale, si tratta ancora di un settore giovane. Di conseguenza, il panorama normativo si sta evolvendo man mano che l'industria e le autorità di regolamentazione apprendono di più su come vengono fabbricati i vari tipi di prodotti a base di cellule viventi e su come si comportano quando somministrati ai pazienti. Data la complessità di questi prodotti e la diversità delle indicazioni che intendono trattare, non esiste un quadro unico per disciplinare il modo in cui queste terapie vengono valutate. Invece, ogni schema di caratterizzazione deve essere adattato a un particolare prodotto. Sono disponibili diverse linee guida per la caratterizzazione e i metodi analitici, ma offrono solo principi e raccomandazioni generali per aiutare gli sviluppatori.
In generale, i test specifici del prodotto vengono valutati in base alla loro idoneità allo scopo e alle prestazioni. Gli sviluppatori generalmente adottano un approccio incrementale (Figura 3). Per le prove in fase iniziale, le autorità di regolamentazione sembrano più interessate alla logica delle scelte dello sviluppatore, dimostrando in particolare l'idoneità del metodo, giustificando la scelta di un attributo (CQA) da misurare e fornendo prove e interpretazioni dei risultati sulla totalità di un prodotto storia dello sviluppo. In queste prime fasi, i limiti di accettazione possono avere intervalli più ampi. Nelle fasi successive, i saggi e i criteri di accettazione diventano più definiti e l'attenzione si sposta sulla convalida del metodo e su un approccio statistico alla capacità del metodo. Descrive le otto fasi essenziali della convalida del metodo: accuratezza, precisione, specificità, limite di rilevamento, limite di quantificazione, linearità, intervallo e robustezza, come indicato in ICH Q2/R1 Validation of Analytical Procedures.
1- Preclinico
Selezione, sviluppo e ottimizzazione del metodo
2 - Fase 1
Qualifica del metodo, accettazione preliminare e valutazioni di stabilità Ottimizzazione continua se necessario
3 - Fase 2
Ottimizzazione e riqualificazione continua, se necessario Andamento dei dati e valutazione dei criteri di validazione del saggio preliminare
4 - Fase 3/BLA
Convalida completa del test
5 - Postlicenza
Andamento dei dati e valutazione delle prestazioni del metodo Valutazione del metodo; comparabilità e riconvalida se necessario (ad es. nuova tecnologia, miglioramenti)
Tendenze e futuro
La maggior parte degli sviluppatori di terapie cellulari affermerà che la caratterizzazione e l'analisi dei prodotti sono alcune delle maggiori sfide che il settore deve affrontare. Fino a quando non saranno compiuti progressi su questi fronti, le terapie cellulari saranno relegate ad un'ultima linea terapeutica e non raggiungeranno mai il loro pieno potenziale. Quali sono allora alcune delle tendenze e delle opportunità di miglioramento e dove è diretto il campo? La citometria a flusso è diventata uno strumento indispensabile in biologia cellulare, immunologia e terapia cellulare data la sua versatilità. Con un'unica piattaforma, uno sviluppatore può eseguire un'ampia varietà di attività, tra cui, ad esempio, la conta cellulare, i test di vitalità cellulare, la trasduzione per i test di efficienza dell'editing del genoma e la fenotipizzazione. Inoltre, la citometria a flusso può quantificare le sottopopolazioni di cellule con un particolare insieme di attributi, che è particolarmente importante nella terapia CAR T. Nonostante la sua utilità nella ricerca sulla terapia cellulare, la citometria a flusso non è facilmente trasferibile nell'ambiente di produzione GMP principalmente a causa della variabilità insita nel metodo. Molteplici fonti contribuiscono a questa variabilità, inclusi operatore, reagenti, configurazione dello strumento, preparazione del campione e acquisizione e analisi dei dati. Tuttavia, la citometria a flusso non sarà mai completamente sostituita, sfidando i fornitori a introdurre soluzioni per migliorarne la compatibilità con gli ambienti GMP (ad esempio, utilizzando il gating automatizzato della citometria a flusso per l'analisi). Ove possibile, il campo della terapia cellulare si sta allontanando dai metodi basati sulle cellule ai metodi basati sulla molecola perché la variabilità delle cellule umane rende i metodi basati sulle cellule più difficili da implementare. I metodi molecolari offrono numerosi vantaggi rispetto a quelli basati sulle cellule. In primo luogo, i metodi molecolari tendono ad essere più sensibili. Questa sensibilità è importante per casi come l'identificazione di tipi cellulari contaminanti potenzialmente dannosi come cellule staminali pluripotenti indotte indifferenziate in un prodotto cellulare differenziato o cellule B contaminanti in un prodotto CAR T per tumori maligni delle cellule B. Successivamente, i test molecolari sono più facilmente standardizzati, assicurando che un test eseguito su strumenti diversi, da operatori diversi, in siti diversi e in momenti diversi produca risultati coerenti. Infine, i saggi molecolari richiedono in genere meno materiale per il test. Alcuni sviluppatori di terapie cellulari autologhe utilizzano fino al 50% della dose per i test di controllo della qualità. In queste condizioni, se il materiale di partenza del paziente è limitato, uno sviluppatore potrebbe non avere cellule sufficienti per una dose terapeutica completa. In futuro, gli sviluppatori migreranno verso piattaforme di analisi che richiedono meno materiale di input, la maggior parte del quale sarebbe a base molecolare.
L'analisi unicellulare sta diventando sempre più prevalente e importante nella terapia cellulare, soprattutto dopo i recenti eventi con prodotti a base di cellule staminali trasdotte da lentivirus negli studi clinici. Questo evento ha evidenziato la necessità di capire esattamente dove i transgeni si integrano nel genoma e se possibile, determinare se alcuni geni endogeni sono stati interrotti. Nel complesso, l'industria si sta orientando verso terapie cellulari geneticamente modificate (ad es. CAR T) e, di conseguenza, la FDA chiede agli sviluppatori di identificare la posizione di un transgene a livello di unicellulare. Con l'avvento delle tecnologie di modifica del genoma e di fasi ingegneristiche sempre più complesse, sarà anche importante quantificare l'efficienza e dimostrare la specificità e la sicurezza delle modifiche. Molti sviluppatori di fasi cliniche e commerciali stanno lavorando su processi di produzione di nuova generazione per ridurre la durata della produzione per ridurre i costi complessivi di manodopera e struttura e migliorare la produttività. Alcuni studi hanno suggerito che i test in-process e di rilascio contribuiscono fino al 25-30% dei costi di produzione. Questi costi elevati sono particolarmente gravosi nella terapia cellulare autologa, perché l'intero costo di produzione è allocato su un unico farmaco per un singolo paziente. La possibilità di multiplexare saggi compatibili è un modo per ridurre questi costi di analisi. Allo stesso modo, metodi di test più rapidi saranno fondamentali per ridurre il tempo da vena a vena. Ad esempio, al posto del metodo di coltura USP <63> a 28 giorni, è possibile utilizzare saggi di micoplasma basati su qPCR rapidi disponibili in commercio. Un'altra area di opportunità sarebbe il test rapido di sterilità su cui stanno lavorando diversi gruppi, incluso l'organismo di coordinamento degli standard. Nell'ultimo decennio, diverse aziende hanno collaborato per applicare soluzioni di tecnologia digitale alla produzione sanitaria. Gli scienziati del National Institutes of Health e del National Institutes of Standards and Technology hanno pubblicato un documento rivoluzionario sull'implementazione del controllo di qualità basato sull'intelligenza artificiale (AI) del loro prodotto derivato dalle cellule staminali per il trattamento della degenerazione maculare legata all'età. L'algoritmo che hanno sviluppato analizza le immagini ottenute mediante microscopia quantitativa di assorbimento in campo chiaro e sono in grado di determinare il livello di maturazione delle cellule epiteliali pigmentate della retina. Tali metodi di controllo della qualità basati sull'intelligenza artificiale e basati su immagini consentono il monitoraggio non distruttivo dei prodotti cellulari e potrebbero consentire la produzione adattiva e il rilascio in tempo reale. Con metodi digitali come questi, esiste il potenziale per rivoluzionare il modo in cui le terapie cellulari vengono testate e rilasciate, migliorando la produttività e riducendo i tempi di consegna ai pazienti. Quando il settore inizierà a sviluppare processi di produzione pronti per la commercializzazione, verranno implementati sistemi di produzione automatizzati chiusi. La chiave per l'implementazione di questi sistemi sarà la tecnologia analitica di processo (PAT). La FDA definisce PAT come un "sistema per la progettazione, l'analisi e il controllo della produzione attraverso misurazioni tempestive (cioè durante l'elaborazione) degli attributi critici di qualità e prestazioni dei materiali e dei processi grezzi e in corso". La capacità di effettuare misurazioni in tempo reale basate su sensori di parametri di processo critici come la produzione di metaboliti o il consumo di nutrienti potrebbe migliorare la comprensione da parte di uno sviluppatore e consentire un controllo più preciso del processo di produzione. Sebbene la PAT sia stata implementata con successo nella produzione di prodotti biologici di grandi molecole, è ancora agli inizi dell'implementazione nel campo della terapia cellulare. Il PAT progettato specificamente per la terapia cellulare sarà fondamentale per lo sviluppo di solide operazioni di produzione che forniscano una fornitura costante di farmaci che cambiano la vita ai pazienti bisognosi.
Da:
https://547446.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/547446/Technology%20Networks/Landing%20Pages/Thermo/Mariskka/2022%20SQL%20Campaign/cell-therapy-handbook-thermo-fisher-1.pdf?__hstc=8807082.074aceb79027e793890018c0152531d2.1643566337753.1662305877070.1662328034545.108&__hssc=8807082.1.1662328034545&__hsfp=1418904915&hsCtaTracking=5ecb48c7-b247-4faf-be12-b0ce69caca78%7Ce6d6986c-d41a-473f-ba60-61a59c5d0605
Commenti
Posta un commento