Para los médicos en el campo de batalla y los médicos en partes remotas o en desarrollo del mundo, obtener un acceso rápido a los medicamentos necesarios para tratar a los pacientes puede ser un desafío.
Los medicamentos biofarmacéuticos, que se usan en una amplia gama de terapias, incluidas las vacunas y los tratamientos para la diabetes y el cáncer, generalmente se producen en grandes plantas de fermentación centralizadas. Esto significa que deben transportarse al sitio de tratamiento, lo que puede ser costoso, tiempo-consumidor y difícil de ejecutar en áreas con cadenas de suministro deficientes.
Ahora, los investigadores del MIT han desarrollado un sistema de producción portátil, diseñado para fabricar una gama de productos biofarmacéuticos bajo demanda, con fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA.
en un artículo publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores demuestran que el sistema se puede usar para producir una dosis única de tratamiento a partir de un dispositivo compacto que contiene una pequeña gota de células en un líquido.
De esta forma, el sistema podría finalmente llevarse al campo de batalla y usarse para producir tratamientos en el punto de atención. También podría usarse para fabricar una vacuna para prevenir un brote de enfermedad en una aldea remota, según el autor principal TimLu, profesor asociado de ingeniería biológica e ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y jefe del Grupo de Biología Sintética en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT.
"Imagina que estuvieras en Marte o en un desierto remoto, sin acceso a un formulario completo, podrías programar la levadura para producir drogas a pedido localmente", dice Lu.
El sistema se basa en una cepa programable de levadura, Pichia pastoris, que puede ser inducida a expresar una de dos proteínas terapéuticas cuando se expone a un desencadenante químico particular. Los investigadores eligieron P. pastoris porque puede crecer a densidades muy altas enfuentes de carbono simples y económicas, y es capaz de expresar grandes cantidades de proteínas.
"Alteramos la levadura para que pudiera modificarse genéticamente más fácilmente, y podría incluir más de un agente terapéutico en su repertorio", dice Lu.
Cuando los investigadores expusieron la levadura modificada al estrógeno β-estradiol, las células expresaron la hormona de crecimiento humana recombinante rHGH. Por el contrario, cuando expusieron las células al metanol, la levadura expresó la proteína interferón.
Las celdas se mantienen dentro de un microbioreactor de mesa de escala milimétrica, que contiene un chip microfluídico, que fue desarrollado originalmente por Rajeev Ram, profesor de ingeniería eléctrica en el MIT, y su equipo, y luego comercializado por Kevin Lee, unGraduado y coautor del MIT, a través de una empresa spin-off.
Un líquido que contiene el activador químico deseado se alimenta primero al reactor, para mezclarlo con las células.
Dentro del reactor, la mezcla de células y productos químicos está rodeada en tres lados por policarbonato; en el cuarto lado hay una membrana de caucho de silicona flexible y permeable a los gases.
Al presurizar el gas por encima de esta membrana, los investigadores pueden masajear suavemente la gota de líquido para garantizar que su contenido se mezcle completamente.
"Esto asegura que un mililitro de líquido sea homogéneo, y eso es importante porque la difusión a estas escalas pequeñas, donde no hay turbulencia, lleva un tiempo sorprendentemente largo", dice Ram, quien también fue un autor principaldel papel.
Debido a que la membrana es permeable a los gases, permite que el oxígeno fluya a las células, mientras que el dióxido de carbono que producen se puede extraer fácilmente.
El dispositivo monitorea continuamente las condiciones dentro del chip microfluídico, incluidos los niveles de oxígeno, la temperatura y el pH, para garantizar el entorno óptimo para el crecimiento celular. También monitorea la densidad celular.
Si se requiere que la levadura produzca una proteína diferente, el líquido simplemente se enjuaga a través de un filtro, dejando atrás las células. Luego se puede agregar líquido fresco que contiene un nuevo desencadenante químico para estimular la producción de la próxima proteína.
Aunque otros equipos de investigación han intentado previamente construir microbiorreactores, estos no han tenido la capacidad de retener las células productoras de proteínas mientras eliminan el líquido con el que se mezclan, dice Ram. "Usted quiere conservar las células porqueson su fábrica ", dice." Pero también desea cambiar rápidamente su entorno químico para cambiar el desencadenante de la producción de proteínas ".
Los investigadores ahora están investigando el uso del sistema en tratamientos combinatorios, en los que se usan múltiples terapias, como los anticuerpos.
Combinar múltiples terapias de esta manera puede ser costoso si cada una requiere su propia línea de producción, dice Lu.
"Pero si pudieras diseñar una sola cepa, o tal vez incluso un consorcio de cepas que crecen juntas, para fabricar combinaciones de productos biológicos o anticuerpos, esa podría ser una forma muy poderosa de producir estos medicamentos a un costo razonable", dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :