Procesos de escalado y mercado BIO. Diego Bochoeyer Oct 2011

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1 CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Procesos de escalado y mercado BIO Diego Bochoeyer Oct 2011

2 HOJA DE RUTA Planta inoculantes Novozymes(que hacemos?, como lo hacemos?, como escalamos?, que medimos?) Mercado de inoculantes Visita a planta Cafe Como esterilizar a gran escala. Nablas Industria Biopharma. Algunos números, Porque bajar costos, Necesidades del mercado. Escalado de procesos Que es productividad

3 INOCULANTES

4 Mecanismo de acción Otras moléculas con Actividad Biológica LCO Inoculación morg. introducidos Factores Nod Aminoácidos Ácidos Carboxílicos Azucares Isoflavonoides

5 Proceso de Nodulación

6 Inoculación

7 Fijación biológica de nitrogeno N ATP + 8e- + 8H+ = 2NH 3 + 8H ADP + 16Pi

8 Parámetros de Calidad Qué evaluábamos? Recuento de producto REDCAI Bacterias aportadas a la semilla (teórico) No correlaciona con las bacterias recuperadas Nodulación: Burton Qué evaluamos HOY? Recuento de Bacterias sobre semilla (Real) La recuperación está íntimamente ligada a la formulación del inoculante. Nro. de bacteria en el inoculante no es directamente proporcional al nro. de bacterias recuperadas Variabilidad inter-ensayo (semilla, condiciones de inoculación,etc) Factor de sobrevida Respuesta en planta

9 Nodulación En todoslos casossólose tomanen cuentalos nódulosubicadosdentrode un cilindrode 2.5 x 2.5 cm

10 Nitragin Optimize II SPAD OPT OPT+PW OPT+PT2 OPT+PT2+PW Control - 10 Op / Op / PT 2 / PT 2 Pw UTC

11 Mercado Inoculantes Mercado ARG en mill de dolares : 50 + de 72 empresas de las cuales 45 son activas + de 405 productos en el mercado 90% de estos están destinados para el cultivo de soja Productos para tratamiento de semillas biológico+aditivo+fungicida+insecticida+polímeros Aparece el servicio como modo de diferenciación

12 Mercado Inoculantes Soja se usa producto en el 75% de la superficie El 90% tratamiento a campo y el 10% es tratamiento profesional Alfalfa 70% de la superficie El 95% es a tratamiento profesional y el 5% es tratamiento a campo Otros cultivos hasta el 10% de la superficie 100% tratamiento a campo

13 Nitragin Novozymes Primer empresa de inoculante de origen americano Primer empresa que desarrollo el inoculante líquido Primer empresa que masifica el tratamiento industrial 90 % de su facturación es para productos para el cultivo de soja En este mercado Nitragin es la empresa número 1 en MS con el 25% del mismo en facturación Cantidad de empleados: 85 Facturación anual: 72 mill de pesos.

14 PLATAFORMAS DE PRODUCCION- ESTERILIZACION Esterilización: Eliminación completa, ya sea por destrucción o por separación,detodaformadevidadeunobjetoomaterial. No podemos distinguir entre esterilización y cualquier otro procesos quesinmataralosm.o.leshagaperdersucapacidaddereproducirse Desde un punto de vista industrial es suficiente que en un medio de cultivo sometido a un ciclo de esterilidad no se verifique el desarrollo deningúntipodem.o. Asepsia: Es la exclusión continua de aquellos m.o. no deseados0

15 PLATAFORMAS DE PRODUCCION- ESTERILIZACION Se pueden clasificar en tres tipos según el efecto producido sobre los m.o.: Destrucción Calor húmedo Muerte o Inactivación (Son los más utilizados para medios de Fermentación) Fuentes de alta energía (Radiaciones ionizantes, UV) Métodos Químicos Remoción física

16 PLATAFORMAS DE PRODUCCION- ESTERILIZACION ESTERILIZACION EN BATCH Esteeselmétodomáscomúnparaesterilizacióndemediosdecultivo. Un reactor con su medio de cultivo se puede calentar de dos formas distintas, por la inyección directa de vapor o por calentamiento indirecto a través de camisa o serpentín. En todos los casos debe calcularse apropiadamente el tiempo de retención a la temperatura de trabajo. Para calcular ese valor hay que tener en cuenta el volumen a esterilizar, la carga microbiana inicial y el valor final de la concentración de m.o. deseado.

17 PLATAFORMAS DE PRODUCCION- ESTERILIZACION ESTERILIZACION EN BATCH Los biorreactores de gran tamaño pueden tardar un tiempo considerable en llegar a la temperatura de trabajo. A fin de minimizar el tiempo de retención (lo cual ahorra energía y disminuye la destrucción de componentes del medio) se calcula el tiempo que hay que mantener a 121 C teniendo en cuenta que por encima de 100 C ya existe una considerable destrucción celular.

18 PLATAFORMAS DE PRODUCCION- ESTERILIZACION Períodos de la Esterilización:

19 Cálculo del tiempo de retención

20 Método de las nablas ( ): Es una rápida aproximación para calcular tiempos de retención. Se considera que los perfiles de calentamiento y enfriamiento por encima de los 100 C son lineales y con pendientes de 1 grado por minuto. Se construye y utiliza una tabla de valores de nabla a partir de esporas de B. st.

21

22 El Cálculo:

23 Algunas consideraciones finales: X 0 y X f son respectivamente el número total de microorganismos al comienzo y al final del ciclo de esterilización. Para determinar X 0 no debe obtenerse una concentración (UFC/ml) sino el número total. Una vez obtenida la concentración, multiplicarla por la cantidad total de mililitros del medio de cultivo.

24 Algunas consideraciones finales: X f solo puede alcanzar el valor de cero a tiempo infinito por lo que no puede asegurarse nunca la completa esterilidad del medio de cultivo. Cuando el valor de X f toma valores decimales, su significadoesestadístico.unvalorde X f de0,01implica que es esperable que 1 de cada 100 ciclos de esterilización fallen. Esto lo definen Uds!. InoculantestrabajaconX f de0,0001,esdecir1decada ciclos. Deberíamos esperar 9848 años para tenerlachancedeverfallaralciclo!!!

25 Espacio para ejemplo Cuanto tiempo tengo que esterilizar un cultivo a 121 C para que ocurra un evento de contaminación cada 1000 ciclos. Volumen del reactor: Lts Esporas iniciales: 5E+03 UFC/mL Nf: UFC=1E-05UFC/mL t calentamiento: 38 min tenfriamiento:15min RESULTADO: 1 min 8 seg

26 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA Mercado farmaceutico mundial 2010: US$ 875 Billion Biotecnológicos: Mayor del 10%, US$ 100 Billion, forecast de 150 B para2015 Crecimientomayor al 10%. 20 nuevos productos por año. AgroBiotech: 2008 US$ 7.5 billion. Ensayos Clínicos Biotecnológicos mayor a US$ 20 Billiones Proteínas más Vendidas: inhibidores TNF / Anticuerpos monoclonales/insulina/ EPO

27 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA Biofarmaceuticos: Farmaceuticosproducidos por métodos biotecnológicos. La fuente del producto es biológico e involucra organismos vivos o sus componentes. Los productos incluyen: Anticuerpos monoclonales Proteínas terapeuticas Vacunas Productos derivados de sangre/plasma.

28 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA Proteinas: Insulina, EPO, hormonas de crecimiento, citoquinas Anticuerpos: mayoritariamente para tratde cancer. Vacunas: Enfermedades virales, influenza, hepatitis.

29 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA Anticuerpos monoclonales en expansión.

30 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

31 INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA Mercado de biosimilares en expansión. Ahorro de costos, se espera un ahorro de 378 B en los prox 20 años.

32 Productos blockbusters INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

33 Por qué bajar costos? Costos de producción Compañías se enfocan en blockbusters Nº de candidatos biofarmacéuticos considerados para producirlos Desarrollo de productos Costos portfolio de productos biológicos Diversidad de productos Biofarmacéuticos

34 Por qué bajar costos? El entendimiento de los mecanismos celulares + Las mejoras en las tecnologías = Caída en los costos de producción Ej: insulina pasó de un costo de prodde u$ 400 /gr en 1980 a u$ 5 /gr hoy en día Se anticipa que el mercado de los biopharmase va a duplicar en los próximos 10 años. Se necesita tener un entendimiento de los problemas asociados con llevar un producto biológico desde la escala de desarrollo a la escala de producción.

35 Objetivos/necesidades del mercado GOAL: Reducir costos y la complejidad asociados a la producción => Se incrementa la disponibilidad de medicamentos de varias enfermedades en países en subdesarrollo. Cost Reductions: Mejorar en condiciones de crecimiento de células Mejorar en los medios de cultivo Mejorar en recuperación de producto Mejorar en purificación

36 Ciclo de vida de un biopharmaceutico El costo de llevar un producto al mercado es muy alto y la probabilidad de éxito de que llegue al mercado es muy baja. El foco más importante está en la velocidad de registro. EMPEZAR CON EL FINAL EN MENTE!!! El proceso es víctima de las decisiones tomadas en las etapas de desarrollo temprano. La clave está en desarrollar el proceso teniendo en mente la etapa de producción y la planta. Es importante tener en cuenta la línea celular a utilizar, las materias primas, etc.

37 Diferentes opciones para acortar los tiempos y reducir costos Producir en países de bajos costos Mexico, Puerto Rico, Irlanda, Kora, Singapur, taiwan, China. Biosimilares(Sustancia biológica cuya patente expiro) Los ahorros vienen dados por el desarrollo y la producción o por los estudios de ensayos clinico. Se simplifica el proceso de registro. Transferencia de tecnologíamover de un nivel a otro una tecnología, sitio o planta. Asegurar el desarrollo, escalado y proceso GMP Contract manufacturing vs Producción in house Necesidad de una producción más eficiente.

38 Diferentes opciones para acortar los tiempos y reducir costos Investigar nuevos Comprar API productos Hacer el Identificar nuevos desarrollo de cero compuestos Contract research service (CRR) Copiar (BIOSIMILARES) Comprar CLON Contract research manufacturing (CRM) CRO (ensayos clinicos) Producción in house Formular el API

39 Contract Manufacturing Organizations Muchas compañias farmaceuticas tercerizan o planean tercerizar parte de su producción. El mercado de las CMO movió alrededor de 9 B USD en el 2009 y tiene proyección de crecimiento de 15 B para el Algunas CMO: Biocon, Omnia biologics, SAFC Pharma, Xcellerex, Abbot, Lonza, Sartorius, Merck & Co, etc.

40 Contract Manufacturing Organizations Factores que contribuyen al crecimiento de las CMO: Minimización del riesgo Falta de expertise Desarrollo del pipeline de la compañía. Estrategia de la compañía Proceso de manufactura (fermentación vs cultivo de celuas animales)

41 Contract Manufacturing Organizations Tercerizar a las CMO mejora la estructura global de costos Tercerizar a las CMO nos ayuda a enfocarnos en las competencias más fuertes. El ahorro de la tercerizacion es significante. Frost and Sullivan, 2009

42 Contract Manufacturing Organizations- Planta bioprocesos INTI Institución publica tecnologica Responsable de fomentar la integración de la comunidad al sistema productivo. Asistencia publica a la industria Desarrollos productivos especialmente PYMES y Nuevas Empresas de Base Tecnológica. Realización de lotes piloto para registro de productos. Escalar resultados de grupos de investigación Facilitar la interacción entre la biología y la industria a través de proyectos de desarrollo y transferencia tecnológica.

43 Scale Up

44 Scale Up El funcionamiento o de un bioreactoren cultivo de células de mamiferoses critico para la ingeniería de proteínas. Las células animales son mas frágiles, se contaminan fácilmente y son mas susceptibles a cambios en su microambiente. El escalado es un gran desafío y es donde hay que poner el mayor esfuerzo. El escalado de un sistema en suspensión es mas fácil, usualmente requiere El escalado de un sistema en suspensión es mas fácil, usualmente requiere un aumento del volumen. Las células animales dependientes de anclaje son un problema, se puede incrementar la superficie pero trae problemas de transferencia de O2 y de shear.

45 Scale Up

46 Scale Up

47 Typical Benchmark Mabs Títulos finales de anticuerpos monoclonales: 2 g/l Scaleup: entre 2000 Ltsy Lts Tiempo de ciclo de un bioreactor: dos semanas, con una fase de prodde 10 días Productividad especifica por cell: 50 pg/cell-day Densidades para procesos FB: 5-12 E+06 cells/ml Tiempo de duplicación: 22 h Tasa de contaminación: 5% Tiempos de desarrollo: 5-10 años La probabilidad de éxito: % (mas alto que las drogas)

48 Typical Benchmark Mabs

49 Biogenericos

50 Mabs vs Proteinas terapeuticas

51 SCALING UP Desde desarrollo a producción Puesta a punto en medios de cultivo, líneas celulares y desarrollo de procesos => COSTOSO => Small scaleprocessmodel(predictivo) => Facilita: Transferencia de tecnología. Valoración de la variabilidad del proceso. Tiempos de proceso reales. Selección temprana del sistema de expresión adecuado => baja costos asociados a PI Sistemas automáticos: Recolección de datos maestros para validaciones Incrementa la robustez

52 SCALING UP Desde desarrollo a producción Estrategias para que el scale up sea exitoso Inversión y plataformas para el proceso Diseño experimental del escalado Personal altamente capacitado a la hora de transferir- Expertise Contar con buenos datos del scaledown Pensar comercialmente lo antes posible- Interacción técnica/comercial Establecer escalabilidad y robustez para un proceso de producción GMP Control de los parámetros crítico Automatización Validaciones- Factor crítico (THE PROCESS IS THE PRODUCT) Validación con el scale down- Microscale bioreactor system

53 SCALING UP PAT Una planta altamente instrumentada y automatizada => es importante tanto en las fases de desarrollo como de producción. Permite tomar desicionestempranas en el proceso => Incrementa la calidad del proceso. Requerimiento FDA. Reduce el tiempo lagentre la toma de muestra y el análisis en el laboratorio. Ej: Medidor online de biomasa.

54 Analisiscomparativo de tamaños de plantas, escalas y costos

55 Como se define la productividad? Maximizar la productividad se trata realmente de maximizar los retornos en la inversiono entregar sufienteproducto para suplir la demanda. Mas ventas que producto => Limitación en la planta. Capacidad adecuada => Foco en la optimización.

56 Como maximizar la productividad? 1. PLANING 2. Monitorear y reducir perdidas 3. Mejorar las técnicas de trabajo hacia el resultado exitoso 4. Minimizar los riesgos de los sistemas 5. Reducir la variabilidad

57 Scaleup in mind La fermentación y el cultivo de células debe ser realizado con el desarrollo y el escalado en mente. Esto debe comenzar con el uso de componentes de medio baratos y que estendisponibles en el mercado, a difde los insumos que se usan para desarrollo. Elegir materias primar que puedan ser provistas por mas de un proveedor. Ojo con los componentes animales. Control de procesos reales que puedan ser llevados a gran escala y automatizarlos.

58 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!!! Diego Bochoeyer Diego Bochoeyer

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