這一篇文章是回應失去的生技島訪客的言論(其實我很討厭留言的傢伙完全不留個筆名或代號,筆名留個ABC也好,想要討論的時候都怕回應錯人),還有一堆網友的刺激(對,阿凸和十七就是你們)。

 

要談蛋白質生技藥品,有兩大群組的藥品應該是世界上最成功,也是最多人使用。一個是insulin(胰島素)家族,另一個就是EPO(紅血球生成素)家族。蛋白質藥物有一個很不好的特點,就是不能口服(口服就被消化掉了),必須以注射(皮下注射或血管注射給藥)。另一個特點,藥物在體內很容易被代謝掉。

 

有了基礎概念之後,先讓我們來談談胰島素開發的歷史。遠在基因工程發展以前(1953年才確定DNA的結構),1922年胰島素就在科學家和藥廠的努力下上市,那時候不是人類的胰島素,是精製豬的胰島素。哺乳動物胰島素的胺基酸序列和結構稍有差異,人和豬的胰島素約有1-4個胺基酸不同,這些結構上的差異,是造成過度免疫反應的主因(例如過敏、腫痛、以及胰島素抗性)。雖然已經有豬胰島素治療糖尿病,但是上述缺點讓科學家迫切的希望,能夠合成人胰島素來治療病人。隨著基因工程的發展,在1978Genentech公司成功的使用大腸桿菌,合成人類的胰島素。人類胰島素使用上比豬胰島素的好的太多了,不但免疫反應大幅減低(比較不會痛和過敏),連劑量都可以大幅的下降(因為胰島素抗性的減少)。

 

胰島素藥物開發難道就這樣Happy forever了嗎?當然不是,用大腸桿菌來合成人胰島素有幾個嚴重的問題。最重要的就是胰島素合成之後,是存放在大腸桿菌的菌體內。我們要取出胰島素必須把大腸桿菌打碎;打碎大腸桿菌後問題也還沒解決,很多雜質(包括讓病人發燒的抗原)會跟胰島素共存,還要把胰島素純化出來。為了解決這個問題,科學家們尋找可以取代大腸桿菌的受體細胞。成功的選出了酵母菌,這隻菌株會將合成的胰島素釋放到外界。以前生產胰島素像種稻,現在像養乳牛(笑)。

 

看起來完美到不行了吧!很遺憾的,人類的要求永無止境。醫師們在治療病人的時候發現,病人的順從性很低(因為天然的胰島素都是短效的,要好好控制血糖,吃幾餐就要打幾次)。隨著科技的演進,胰島素的肽鍊結構及代謝速度被解析出來。科學家就把腦筋動到胰島素的結構上,稍為更動幾個胺基酸,讓整個分子更穩定,比較不容易被代謝,可以延長藥物的半衰期,這樣就不需要餐餐施打藥物。或者在分子中增加脂肪酸鏈,增加其脂溶性;或是發展超速效胰島素,不需要在餐前施打。研製出更適合人體生理需要的胰島素類似物(insulinsimilitude)

 

雖然胰島素已經發現這麼久,研究的這麼透徹,但是相對其他藥物來說(跟高血壓或者是抗生素相比),仍然算少數族群。為什麼會這樣?難道我們不能隨意更動幾個不同的胺基酸,或是增加幾個脂肪酸鍊之類的專利然後拿來賺錢嗎?讀者不知道有沒有注意到,之前有提到豬和人的胺基酸序列只有1-4個差異,就造成強大的免疫反應。科學家要怎麼避開更動胺基酸鍊之後,成品造成人類過度的免疫反應?生產過程中要如何挑選適當的受體細胞(上面提的大腸桿菌和酵母菌)?萬一新設計的胰島素讓本來使用的酵母菌株就是長不好,或者是成品會跟菌株某些結構結合呢?(這邊都還只是在實驗室歐!)就算進入了人體試驗,Phase II開始就要跟目前市面上的胰島素來比較,萬一很不幸的這個新藥沒有比舊藥效果更好,或是副作用更少,或是使用更方便。FDA為什麼要讓你上市?

 

把胰島素的開發歷史拿出來講,就是要告訴讀者,新藥的開發已經超難,而生技藥品的開發更是難上加難。又,我一直對訪客這句“我只能告訴你生產monoclonal Ab的放大製程並不是太困難的事, 有很多不同的方式可以達到這個目的“非常的好奇,特地詢問幾個業界人士,徵得他們同意,把他們的評語附註於下。

 

生技公司老闆:

所以我真想面試這位仁兄,如果他真那麼強!我一個月XX萬請他!大家都不曉得玩這個除了燒錢外,還真他媽的超機歪的啊!超多因素要控制的!哪有那麼簡單啊!想當初我幫我前老板將產能由1公升變成3公升就花了我快2年的時間!腦細胞不曉得死多少!而且燒掉了至少2千萬台幣!就為了提高那2公升的產量!如果再把GMP+GLP算進去,那個花費可嚇人了!

 

十七:

Biopharmaceuticals manufacturing 問題點很多,絕不是那麼簡單。當然能夠做的人很多,但夠做和能夠做得有競爭力,完全是兩回事。下面我們先撇開法規跟GMP的問題,純就技術面來談。我儘量講簡單一點。像這種manufacturing的事業,你的產能絕對是競爭力的重點。因此如何讓你的細胞能夠製造最多的蛋白質,就是第一個考量,我們把這個叫做scalable cell line

 

第一個要考慮的是transgene是插到genome的哪個位置,position effect對蛋白質最終的產量影響很大。另外現在很多人會用改過的cell line,讓他們產率更好,也更不容易死。另外有時候換把rare codon換成coding同一個amino acidabundant codon也可以增加產能。這些全部都會影響到你per cell的蛋白質產量。但per/cell的產量並不是一切。如果你的cell長得慢,那你的總產能還是會拉不上來。問題是通常能大量表現蛋白質的cell,長得都很慢,所以這個screening也不好做。

 

還有適合細胞生長,和適合細胞製造蛋白質的meduim可能成分不一樣,然後每一株stable clone再怎樣的medium condition會長最好或做最多蛋白質,也常常差很多。所以這些medium formulation都要去試,而且這些東西你想查paper還查不到,都是各家的commercial secrets。這東西如果那麼簡單,那還commercial secret個屁,大家都來做就好。

 

之後還有如何scale-upScale up第一點就是貼的細胞永遠密度比懸浮的低,所以大家都希望能讓細胞懸浮。但像常用來做蛋白質藥的CHO cell,卻是一種貼的細胞。所以你也要用特別改過的CHO cell,配合特殊medium讓他浮著也會活。再來,scale up主要的點是density。因為其實你一大罐幾千litremedium,如果density低,其實空間大部份都是浪費掉。可是細胞養太擠會停止生長,氧氣不足也會活不下來。有個東西叫作volumetric mass transfer coefficient,這東西基本上就是限制細胞密度的主要原因。因此如何改造細胞讓細胞可以更不受這些限制(通常都是更cancerous),也是一個關鍵。

 

因為這個density的限制,現在甚至有人是反過來想,用scale down的方式,把cell養在很小的容器裡面增加volumetric mass transfer coefficient,讓氧氣更充足。也有人新研發出來disposablebioreactor和用transient expression的方式生產蛋白質,增加flexibility。這些工廠的設計全都不同,光搞這個就可以搞一輩子。

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千羽宗次郎的科學小窩

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