Entwicklung zellfreier Proteinsyntheseplattformen zur Entdeckung und/oder Produktion von Biologika

Erwartetes Ergebnis:

Dieses Thema zielt darauf ab, Aktivitäten zu unterstützen, die zu einem oder mehreren erwarteten Auswirkungen des Ziels „Aufrechterhaltung einer innovativen, nachhaltigen und wettbewerbsfähigen EU-Gesundheitsindustrie“ beitragen oder diese ermöglichen. Zu diesem Zweck sollten Vorschläge im Rahmen dieses Themas darauf abzielen, Ergebnisse zu liefern, die auf alle folgenden erwarteten Ergebnisse ausgerichtet, zugeschnitten und dazu beitragen:

• Biopharmazeutische Industrien erhalten Zugang zu optimierten Entwicklungs- und Produktionsprozessen für Peptid- oder Protein-basierte Biologika.
• Gesundheitssysteme profitieren von der Verfügbarkeit verbesserter oder dezentraler Produktionssysteme für innovative Gesundheitstechnologien, die Peptide oder Proteine umfassen und die Gesundheit und Versorgung verbessern.
• Bürger und Patienten profitieren von einem besseren Zugang, einer besseren Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit von Arzneimitteln auf Basis von Biologika.

Umfang:

Die zellfreie Proteinsynthese (CFPS) wird seit Jahrzehnten in der grundlegenden biologischen Forschung eingesetzt, doch das Interesse an diesem Ansatz als praktikables Mittel zur Arzneimittelentwicklung und -produktion ist erst in den letzten Jahren aufgekommen. Die Vorteile, die CFPS in Bezug auf Effizienz, Einfachheit, Flexibilität, Kosten- und Zeitersparnis bietet, überwiegen die Hürden, die noch zu überwinden sind, damit CFPS zu einem routinemäßigen Herstellungssystem für Peptid- oder Protein-basierte Biologika wird.

Derzeit werden verschiedene CFPS-Systeme verwendet, die entweder auf prokaryotischen oder eukaryotischen Zelllysaten (einschließlich Säugetierzellen) oder vollständig synthetischen Systemen basieren, die alle molekularen Maschinen enthalten, die zur Erzeugung funktioneller Proteine notwendig sind. Die Wahl eines spezifischen Lysats wird durch das Zielprotein und die Endanwendung bestimmt. Proteine, die eine posttranslationale Modifikation erfordern, werden im Allgemeinen unter Verwendung von Lysaten von Säugetierzellen hergestellt. Daher sind Systeme auf Basis von Säugetierzellen von besonderem Interesse, da sie Eigenschaften kombinieren, die eukaryotischen Zellen eigen sind, und ihre Fähigkeit, menschenähnliche glykosylierte Proteine zu produzieren, mit den Vorteilen der zellfreien Synthese. Zu diesen Proteinen gehören Antikörperfragmente, Antigene, virusähnliche Partikel, Zytokine, Enzyme, antimikrobielle Peptide und Proteine, die nicht-natürliche Aminosäuren enthalten. Die Vorteile von CFPS sind vielfältig, von einfacher Handhabung und Skalierbarkeit, bedarfsgerechtem Produktionsstart, der Fähigkeit, Produkte schnell zu wechseln, vereinfachter Reinigung bis hin zu erleichterter Standardisierung und Qualitätskontrolle. CFPS benötigt weniger Energieressourcen, der Herstellungs-Fußabdruck ist weniger komplex und kleiner als bei der Zellkultivierung und ermöglicht die Produktion von Proteinen, die toxische Wirkungen auf Zellen haben. Darüber hinaus hat CFPS das Potenzial als Schlüsseltechnologie für personalisierte Medizin und ist für die dezentrale Fertigung geeignet. CFPS hat in jüngster Zeit aufgrund von Fortschritten in der synthetischen Biologie und dank des Aufkommens von maschinellem Lernen/künstlicher Intelligenz (ML/AI) noch mehr Interesse gewonnen. Der Einsatz von generativer Deep Learning und künstlicher Intelligenz hat ein hohes Potenzial beim De-novo-Design von Biomolekülen mit spezifischen therapeutischen und/oder präventiven Eigenschaften. CFPS bietet hier große Möglichkeiten, den Durchsatz beim Screening der de-novo erzeugten Biomoleküle zu erhöhen.

Die Anwendung der synthetischen Biologie, potenziell auch in Kombination mit generativer KI, und der zellfreien Biosynthese eröffnen neue Wege für das Design, die Entdeckung und die Herstellung von Therapeutika nicht nur gegen Infektionskrankheiten, sondern auch gegen nicht übertragbare Krankheiten und gleichermaßen für Impfstoffe.

Vorschläge sollten mindestens zwei der folgenden Elemente berücksichtigen:

• Behebung der Engpässe, die derzeit den großflächigen Einsatz von CFPS behindern, d.h. das Fehlen eines Quality-by-Design-Ansatzes, die Notwendigkeit, die zugrunde liegenden Zelllysate und ihre kritischen Qualitätsmerkmale vollständig zu charakterisieren, und die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der Korrelationen…