Proof-of-Concept für kostengünstiges Medikament aus Salat | 2020

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Anonim

An der School of Dental Medicine der Universität von Pennsylvania haben Henry Daniell und Kollegen daran gearbeitet, diese Hindernisse zu überwinden, indem sie ein pflanzliches System zur Herstellung lagerstabiler Arzneimittel verwendeten. In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Biomaterialien Die Forscher bestätigten die Realisierbarkeit ihrer Methode für die FDA-Zulassung und die Verwendung beim Menschen. Sie stellten ein wirksames Medikament her, das die Toleranz gegenüber Gerinnungsfaktoren fördert, die von Hämophilie-Patienten mit gefriergetrockneten Salatblättern eingenommen werden könnten.

Dies ist das erste Mal, dass eine Gruppe die wirtschaftliche Realisierbarkeit eines kostengünstigen Arzneimittels aus ganzen Pflanzen unter Beweis stellt.

"Dies ist ein Meilenstein auf unserem Gebiet, um ein voll funktionsfähiges Medikament in Pflanzen herzustellen, es in großem Maßstab und in Mengen herzustellen, die für klinische Versuche am Menschen ausreichen", sagte Daniell.

Daniell, Professor und Interimsvorsitzender in der Abteilung für Biochemie von Penn Dental Medicine, ist leitender Autor der Studie.Mitarbeiter der University of Florida unter der Leitung von Roland Herzog führten Tierstudien durch, und Steve Streatfield von Fraunhofer USA ermöglichte die großtechnische Produktion von Salat in der FDA-konformen Einrichtung des Unternehmens.

Die Studie baut auf früheren Arbeiten von Daniells Gruppe auf, die die Fähigkeit demonstrieren, gentechnisch veränderte Pflanzen zu verwenden, um ein Protein in den Körper einzuführen, das das Immunsystem lehrt, Gerinnungsfaktoren zu tolerieren, die zur Behandlung von Hämophilie gegeben werden.

Normalerweise entwickeln 20 bis 30 Prozent der Menschen, die Infusionen mit Gerinnungsfaktor erhalten, Antikörper gegen diese, die die Behandlung beeinträchtigen. Die frühere Studie, die in der Fachzeitschrift Blood veröffentlicht wurde, hat die Produktion dieser Gerinnungsfaktor-Inhibitoren erfolgreich gestoppt und sogar umgekehrt, indem sie Mäusen mit Hämophilie A das Arzneimittel auf pflanzlicher Basis verabreicht hat.

In dieser Studie wurde eine Plattform für Tabakpflanzen verwendet, um das Medikament zu "züchten". Um diesen Ansatz auf den Menschen anzuwenden, wusste Daniells Team, dass sie eine andere Pflanzenart benötigen.

Sie begannen mit der Arbeit mit Salat, bei der ein völlig anderer genetischer Vektor verwendet werden musste, um das therapeutische Gen in die DNA der Pflanzenzelle einzuführen, da das Tabakkonstrukt bei einer anderen Art nicht funktionieren würde. Nachdem sie einen kompatiblen Vektor identifiziert hatten, verwendeten sie ein ähnliches Protokoll wie in ihrer vorherigen Arbeit. Sie bombardierten Salatblätter mit einer Fusion des therapeutischen Proteins Koagulationsfaktor IX oder FIX mit der Choleratoxin-B-Untereinheit, wodurch das Protein das Immunsystem erreichen konnte. Sie bewerteten dann die resultierenden Pflanzen für diejenigen, die es aufnahmen, und züchteten diese Pflanzen bis zur Reife.

Der nächste Schritt bestand darin, sicherzustellen, dass das Medikament lagerstabil ist. Zu diesem Zweck gefrieren sie das Pflanzenmaterial, mahlen es und analysieren das resultierende feine Pulver auf die Expressionsniveaus des Fusionsproteins, um die geeignete Dosis zu bestimmen und seine Wirksamkeit zu bewerten.

Ähnlich wie bei ihren vorherigen Experimenten versorgten Herzogs Labor Hämophilie-B-Mäuse acht Wochen lang zweimal wöchentlich mit einer Suspension von Pflanzenzellen, die Gerinnungsfaktor IX enthielten, und gaben ihnen dann denselben Gerinnungsfaktor, den humane Hämophilie-Patienten einnehmen, um die Blutgerinnung zu fördern. Wie zuvor war ihr Produkt ein Erfolg: Mäuse, denen das Medikament verabreicht wurde, hatten die Inhibitorbildung im Vergleich zu unbehandelten Tieren stark unterdrückt, selbst wenn verschiedene Dosen des Medikaments getestet wurden.

"Eine der wichtigsten Erkenntnisse unserer Studie war, dass unser Medikament über einen Dosisbereich von mindestens dem 10-fachen wirksam ist", sagte Daniell.

Eine solche Flexibilität ist wichtig für die Übertragung des Arzneimittels auf den Menschen, da es individuelle Unterschiede in der Art und Weise geben kann, in der ein Arzneimittel im Darm metabolisiert wird, wenn Pflanzenzellen durch Kommensalbakterien abgebaut werden.

In der Arbeit verwendeten die Forscher zwei verschiedene Anbausysteme. Einer befand sich im Gewächshaus auf dem Pennovation Works-Campus von Penn, einer Hightech-Einrichtung, in der die Pflanze in Erde gewachsen ist und natürliches Licht genutzt wird. Die zweite war die Einrichtung von Fraunhofer USA, die den Betrieb einer kommerziellen pharmazeutischen Produktionsanlage unter Verwendung eines Hydrokultursystems und künstlicher Beleuchtung genauer nachbildet.

"Trotz der Tatsache, dass die Pflanzen im Gewächshaus 50-mal mehr Licht erhielten, lag der Fraunhofer-Ertrag nahe an unserem und war ziemlich gut", sagte Daniell. "Auf 1.000 Quadratfuß könnten sie 36.000 Dosen produzieren."

Ein Hydrokultursystem könnte auch leicht durch Hinzufügen von Gestellen und damit durch Nutzung von vertikalem Raum vergrößert werden, was ein traditionelles Gewächshaus nicht kann. Die Forscher konnten alle vier bis sechs Wochen eine neue Charge von pharmazeutisch haltigem Salat ernten.

Mit dieser Studie, die die Rentabilität einer biopharmazeutischen Produktion auf pflanzlicher Basis im kommerziellen Maßstab bestätigt, haben die Forscher mehrere teure Hindernisse beseitigt, die die Entwicklung erschwinglicher traditioneller Proteinarzneimittel behindern. Das Verfahren erfordert keinen Fermenter, keine Reinigung, um Sterilität sicherzustellen, und keine Kühlkette, um das Arzneimittel im Kühlschrank zu halten. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass ihre Kapseln zwei Jahre lang wirksam und wirksam waren, wodurch sichergestellt wurde, dass das Produkt lagerstabil ist und die Patienten das Medikament theoretisch von zu Hause einnehmen konnten.

"Wir haben nicht nur ein wirklich translatorisches Ergebnis gezeigt, um Hämophiliepatienten zu helfen", sagte Daniell, "sondern dies verändert auch unsere Art, proteinbasierte Medikamente an menschliche Patienten abzugeben.

"Gegenwärtige Behandlungen zur Bildung von Inhibitoren bei Hämophilen kosten fast eine Million Dollar und sind für ein bedeutendes Segment der Patientenpopulation nicht erschwinglich", sagte er, "aber das neue Medikament ist dramatisch billiger und bietet möglicherweise eine noch bessere Lösung für die Behandlung von Hämophiliepatienten. Vor allem die Entwicklung einer kostengünstigen Plattform für die Abgabe von Proteinarzneimitteln wird diese Arzneimittel für die große Mehrheit der Weltbevölkerung erschwinglich machen. "

Weitere Autoren der Studie waren Aditya Kamesh von Penn Dental Medicine; Co-Hauptautor Liqing Zhu, Alexandra Sherman, Xiaomei Wang und Roland W. Herzog von UF; und Joey H. Norikane und Stephen J. Streatfield von Fraunhofer USA.

Die Produktion in großem Maßstab wurde von Novo Nordisk und die Grundlagenforschung von zwei Zuschüssen der National Institutes of Health unterstützt. Ein kurzfristiges Austauschstipendium für Liqing Zhu wurde von der National Nature Science Foundation of China zur Verfügung gestellt.