Sinh học

Ý tưởng cũ, sự thích ứng mới của sinh học
Sinh học không phải là mới; Sự phát triển của hormone tăng trưởng ở người, insulin và các chất kích thích tế bào hồng cầu đã xảy ra từ nhiều thập kỷ trước, nhưng các mục tiêu đã tăng lên theo cấp số nhân với thông tin di truyền mới và sự hiểu biết mới về các dòng thác dưới tế bào và quá trình bệnh tật. Các lĩnh vực khoa học được sử dụng trong việc phát triển sinh học bao gồm genomics và proteomics, cũng như công nghệ microarray, nuôi cấy tế bào và kháng thể đơn dòng.

Việc nâng cao kiến ​​thức về di truyền và các quá trình tế bào dẫn đến các mục tiêu sinh học (và thuốc) tiềm năng mới ở mỗi bước trong quy trình sản xuất protein. Điều này dẫn đến những liệu pháp mới, từ đó dẫn đến những hiểu biết mới về bệnh tật.

Sinh học đã xác định các mục tiêu mới để điều trị bệnh thiếu máu, xơ nang, chậm tăng trưởng, tiểu đường, bệnh máu khó đông, viêm gan, mụn cóc sinh dục, thải ghép và ung thư. Sinh học dự đoán xu hướng di truyền đối với các bệnh như bệnh Parkinson. Các sản phẩm sinh học không dùng thuốc bao gồm các mô được nuôi cấy và các chất ức chế hệ thống miễn dịch để cấy ghép và các yếu tố tăng trưởng để phục hồi mô nhằm điều trị các tình trạng như loét bàn chân do tiểu đường.

Giống như các loại thuốc phân tử nhỏ, nghiên cứu và phát triển thuốc sinh học rất tốn kém và rủi ro, thường kết thúc bằng thất bại. Trong khi các công ty dược phẩm nhắm đến các bệnh và tình trạng phổ biến nhất, thì công nghệ sinh học có xu hướng nhắm đến những nhóm dân số khó điều trị hơn, quá nhỏ để các công ty dược phẩm có thể bù đắp chi phí phát triển thuốc. Tuy nhiên, các công nghệ sinh học mới hơn cũng đang nhắm đến các bệnh phổ biến, với những tác động sâu sắc: một loại thuốc có giá 20 đô la,000 mỗi năm, hữu ích cho 1 trong 100 người,000 ít ảnh hưởng hơn đến chi phí của chương trình sức khỏe cấu trúc hơn là một loại thuốc trị giá $5,{10}}mỗi năm, hữu ích cho 1 trên 100 người.

Nhiều bộ phim bom tấn tiếp theo có thể là phim sinh học. Hai loại thuốc trị đái tháo đường, Symlin (pramlintide acetate) và Exenatide (exendin tổng hợp-4), đáp ứng định nghĩa về thuốc sinh học. Các kháng thể đơn dòng và chất ức chế TNF cũng như các chất ức chế hình thành mạch - chẳng hạn như Avastin (bevacizumab) và Erbitux (cetuximab) mới được phát hành cũng vậy.

Nguồn gốc hữu cơ của sinh học
Hiện tại, không có cách nào đơn giản để xác định tất cả các loại thuốc được báo cáo là sinh học. Có nhiều phe phái muốn định nghĩa sinh học theo nhiều cách khác nhau. Một số người sẽ áp dụng một định nghĩa chặt chẽ về sinh học cho rằng các sản phẩm này có hai đặc điểm quan trọng giúp phân biệt cấu trúc vật lý của chúng với các loại thuốc có nguồn gốc hóa học: chỉ các hệ thống sống mới có thể tạo ra chúng và sinh học là các phân tử tương đối lớn, với cấu trúc không đồng nhất vốn có có thể chứa hàng trăm loại thuốc. axit amin.

Một số nhóm sẽ mở rộng định nghĩa về sinh học để bao gồm bất kỳ chất nào được tạo thành từ các phân tử hữu cơ, dù nhỏ đến đâu. Vẫn còn những người khác cảm thấy rằng bất kỳ sản phẩm có nguồn gốc sinh học nào cũng có thể được gọi là sinh học, và vẫn nghĩ nhiều hơn rằng bất kỳ phân tử phức tạp nào - bất kể nó được sản xuất như thế nào - đều phải thuộc loại này. Những loại khác sẽ bao gồm các chất được tạo ra ở các sinh vật khác nhưng không phức tạp lắm, chẳng hạn như hormone estrogen được chiết xuất từ ​​​​nước tiểu ngựa mang thai (Premarin).

Bất kể định nghĩa nào được sử dụng, nó có thể cần phải được sửa đổi khi các sản phẩm mới được đưa ra thị trường. Với một vài ngoại lệ, bài viết này sẽ sử dụng định nghĩa rằng chất sinh học được tạo ra bởi vi sinh vật hoặc tế bào động vật có vú và là các phân tử phức tạp lớn, hầu hết là protein hoặc polypeptide.

Quy trình sản xuất thuốc hóa học được xác định tương đối rõ ràng, cho phép các loại thuốc này được sản xuất với số lượng lớn đồng đều. Tuy nhiên, sinh học có quy trình sản xuất phức tạp và có xu hướng sản xuất số lượng nhỏ. Rất khó để mở rộng quy mô sinh học từ số lượng trong phòng thí nghiệm được sử dụng để phân tích sớm và thử nghiệm tiền lâm sàng sang các lô quy mô lớn hơn và duy trì độ tinh khiết của sản phẩm cũng như tính tương đương giữa các lô.

Sinh học thường cực kỳ nhạy cảm với các điều kiện vật lý (nhiệt độ, lực cắt, pha hóa học và ánh sáng) và hoạt động của enzyme. Họ thường yêu cầu các xét nghiệm sinh học phức tạp để đánh giá độ ổn định và xuất xưởng hàng loạt, thay vì các xét nghiệm hóa học để xác định danh tính và độ tinh khiết.

Cách thức hoạt động của sinh học
Mục tiêu điều trị của sinh học luôn là gen hoặc protein. Việc thông tin di truyền được giải mã tương tự giữa tất cả các tế bào, bất kể loài nào, cho phép con người nghiên cứu chức năng gen ở giun hoặc cá ngựa vằn.

DNA tái tổ hợp, một quá trình quan trọng để sản xuất sinh học, đòi hỏi phải phân lập DNA khỏi tế bào người và có khả năng sửa đổi đoạn DNA đó, đưa nó vào vi khuẩn hoặc tế bào động vật có vú và khiến sinh vật hoặc tế bào đó biểu hiện nó. Một số bước liên quan đến quá trình phát triển: xác định vị trí các gen mã hóa protein, nhân bản gen, tái tạo các protein liên kết với gen, xác định vai trò của protein trong quá trình bệnh và sau đó phát triển một liệu pháp tiềm năng.

Tất cả các protein mới được xác định đều trải qua một loạt các thử nghiệm dựa trên tế bào, cung cấp thông tin về cách một protein cụ thể thay đổi quá trình sinh học. Các xét nghiệm sinh học để xác định hiệu lực sử dụng các chỉ số sinh học của sinh vật hoặc mô sống. Chúng có thể bao gồm nuôi cấy mô dựa trên tế bào, công nghệ biểu hiện microarray, mô hình động vật bị loại, mô hình động vật chuyển gen và công nghệ kháng thể hoặc kháng giác (ví dụ: xác định đặc tính kháng thể chẩn đoán).

Khả năng xảy ra phản ứng miễn dịch đối với sinh học cao hơn so với thuốc hóa học. Các phân tử trong thuốc hóa học quá nhỏ để được coi là có khả năng gây miễn dịch và thường không được hệ thống miễn dịch công nhận là "kẻ xâm lược". Với sinh học, tùy thuộc vào loại thuốc, hệ thống miễn dịch của con người có thể nhanh chóng xác định phân tử và sau đó thực hiện phản ứng miễn dịch để loại bỏ một phân tử lớn mà nó coi là chất lạ. Điều này có thể phá hủy - hoặc trong một số trường hợp hiếm hoi, tăng cường - hoạt động của dược phẩm sinh học.

Hầu như tất cả các loại thuốc sinh học đều có thể tạo ra kháng thể, mặc dù hầu hết các kháng thể đều có những hậu quả lâm sàng lành tính. Các kháng thể có thể được tạo ra bởi các mảnh chất gây ô nhiễm nhỏ, tiếp xúc với huyết thanh của bệnh nhân hoặc các dòng enzym sau liều dùng.

Sản xuất phức hợp sinh học
Tính dễ vỡ của các đại phân tử sinh học và tính nhạy cảm của các tế bào sống tạo ra chất sinh học đặt ra các yêu cầu sản xuất phức tạp cho quá trình lên men, xử lý vô trùng, bảo quản và thử nghiệm. Mặc dù thành phần hoạt chất của dược phẩm hóa học thường là một phân tử duy nhất phải trải qua các thử nghiệm phân tích được thiết lập tốt, nhưng đối với sinh học, thành phần hoạt chất thường là một phần của đại phân tử lớn. Đại phân tử đó lại là sự biến đổi của protein hoặc polypeptide ban đầu và các chất sinh học khác có thể không được mô tả rõ ràng. Các sản phẩm protein và polypeptide có thể chứa các phức hợp khác nhau, nghĩa là chúng có số lượng thành phần giống hệt nhau trong phân tử. Ngoài ra, các sản phẩm sinh học có thể có sự khác biệt về đường bề mặt (glycosyl hóa) hoặc kiểu gấp nếp, tùy thuộc vào cách chúng được sản xuất. Với chế phẩm sinh học, cũng có khả năng gây ô nhiễm vi sinh cho nguyên liệu ban đầu.

Bởi vì các sản phẩm sinh học thường không đồng nhất về các phân tử và/hoặc polypeptide hiện diện nên chúng có đặc điểm tạp chất phụ thuộc vào — và có thể thay đổi theo — các quy trình được sử dụng để sản xuất và kiểm tra từng lô. Với sinh học, hỗn hợp protein phải được xác định và đặc tính của tác nhân hoạt động và chất hỗ trợ. Nói cách khác, sản phẩm không cần phải đồng nhất nếu hoạt động sinh học thông qua một nhóm phân tử. Ví dụ, máu là một chất sinh học (theo phân loại của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ) không bao gồm một phân tử thống nhất.

Điều này không có nghĩa là thiếu các biện pháp kiểm soát chất lượng trong sản xuất sinh học; thực tế thì điều ngược lại mới đúng. Một quy trình sản xuất điển hình cho một loại thuốc hóa học có thể bao gồm 40 đến 50 thử nghiệm quan trọng. Quy trình sản xuất sinh học có thể chứa 250 hoặc nhiều hơn. Sản xuất sinh học sử dụng các quy trình chuyên biệt không phải lúc nào cũng giống với cơ sở vật chất, máy móc hoặc thiết bị dùng để sản xuất thuốc hóa học. Việc xây dựng và xác nhận các cơ sở mới rất tốn kém và tốn thời gian. Điều này giúp giải thích sự thiếu hụt năng lực sản xuất sinh học trên toàn cầu và sự chênh lệch chi phí giữa thuốc sinh học và thuốc hóa học.