البيولوجيا

فكرة قديمة، تكيف جديد للبيولوجيا
إن المواد البيولوجية ليست جديدة؛ لقد حدث تطوير هرمون النمو البشري، والأنسولين، وعوامل تحفيز خلايا الدم الحمراء منذ عقود مضت، ولكن الأهداف زادت بشكل كبير مع المعلومات الوراثية الجديدة والفهم الجديد للشلالات التحت خلوية وعمليات المرض. تشمل المجالات العلمية المستخدمة في تطوير البيولوجيا علم الجينوم وعلم البروتينات، بالإضافة إلى المصفوفات الدقيقة وزراعة الخلايا وتقنيات الأجسام المضادة وحيدة النسيلة.

تؤدي زيادة المعرفة بعلم الوراثة والعمليات الخلوية إلى أهداف بيولوجية (ودوائية) جديدة محتملة في كل خطوة في عملية إنتاج البروتين. وهذا يؤدي إلى علاجات جديدة، والتي بدورها تؤدي إلى فهم جديد للأمراض.

وقد حددت البيولوجيا أهدافا جديدة لعلاج فقر الدم، والتليف الكيسي، ونقص النمو، والسكري، والهيموفيليا، والتهاب الكبد، والثآليل التناسلية، ورفض زرع الأعضاء، والسرطان. تتنبأ البيولوجيا بالميل الوراثي للإصابة بأمراض مثل مرض باركنسون. تشمل البيولوجيا غير الدوائية الأنسجة المزروعة ومثبطات الجهاز المناعي للزراعة وعوامل النمو لإعادة تكوين الأنسجة لعلاج حالات مثل قرح القدم السكرية.

كما هو الحال مع الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة، يعد البحث والتطوير في مجال البيولوجيا أمرًا مكلفًا ومحفوفًا بالمخاطر، وغالبًا ما ينتهي بالفشل. وفي حين تستهدف شركات الأدوية الأمراض والحالات الأكثر شيوعا، فإن التكنولوجيا الحيوية تميل إلى استهداف السكان الأكثر صعوبة في العلاج والذين قد يكونون أصغر من أن تتمكن شركات الأدوية من استرداد تكاليف تطوير الأدوية. ومع ذلك، تستهدف البيولوجيا الحديثة أيضًا الأمراض واسعة الانتشار، مع آثار عميقة: الدواء الذي يكلف 20 دولارًا،000 سنويًا ويكون مفيدًا لشخص واحد من كل 100،000 له تأثير أقل بكثير على تكلفة الخطة الصحية بدلاً من دواء بقيمة 5 دولارات000-سنويًا يكون مفيدًا لشخص واحد من كل 100 شخص.

العديد من الأفلام الناجحة القادمة قد تكون بيولوجية. هناك عقاران مضادان لمرض السكر، Symlin (أسيتات البراملينتيد) وExenatide (إكسيندين اصطناعي-4)، يتوافقان مع تعريف الدواء البيولوجي. وكذلك الأمر بالنسبة للأجسام المضادة وحيدة النسيلة ومثبطات عامل نخر الورم (TNF)، بالإضافة إلى مثبطات تكوين الأوعية الدموية، مثل دواء أفاستين (بيفاسيزوماب) الذي تم إطلاقه حديثًا وإربيتوكس (سيتوكسيماب).

الأصول العضوية للبيولوجيا
في الوقت الحالي، لا توجد طريقة بسيطة لتحديد جميع الأدوية التي يُقال إنها بيولوجية. هناك فصائل متعددة ترغب في تعريف البيولوجيا بطرق مختلفة. قد يطبق البعض تعريفًا صارمًا للمواد البيولوجية ينص على أن هذه المنتجات تشترك في سمتين حاسمتين تميزان تركيبتها الفيزيائية عن الأدوية المشتقة كيميائيًا: الأنظمة الحية فقط هي التي يمكنها إنتاجها، والمواد البيولوجية عبارة عن جزيئات كبيرة نسبيًا، ذات بنية غير متجانسة بطبيعتها يمكن أن تحتوي على مئات من العناصر البيولوجية. أحماض أمينية.

قد تقوم بعض المجموعات بتوسيع تعريف المواد البيولوجية ليشمل أي مادة مكونة من جزيئات عضوية، مهما كانت صغيرة. لا يزال البعض الآخر يشعر أن أي منتج مشتق بيولوجيًا يمكن أن يسمى بيولوجيًا، وما زال آخرون يعتقدون أن أي جزيء معقد - بغض النظر عن كيفية تصنيعه - يجب أن يكون في هذه الفئة. والبعض الآخر قد يشمل المواد التي يتم إنشاؤها في كائنات حية أخرى ولكنها ليست معقدة للغاية، مثل هرمونات الاستروجين المستخرجة من بول الفرس الحامل (بريمارين).

وبغض النظر عن التعريف المستخدم، فمن المرجح أن يحتاج إلى تعديل مع طرح منتجات جديدة في السوق. مع بعض الاستثناءات، ستستخدم هذه المقالة التعريف بأن المواد البيولوجية يتم إنشاؤها إما عن طريق كائن حي دقيق أو خلية ثديية وهي عبارة عن جزيئات معقدة كبيرة، ومعظمها عبارة عن بروتينات أو عديدات ببتيدات.

إن عملية إنتاج الأدوية الكيميائية محددة بشكل جيد نسبيًا، مما يسمح بإنتاج هذه الأدوية بكميات كبيرة وموحدة. ومع ذلك، فإن المواد البيولوجية لديها عملية إنتاج معقدة تميل إلى إنتاج كميات صغيرة. من الصعب توسيع نطاق المواد البيولوجية من الكميات المخبرية المستخدمة للتحليل المبكر والاختبارات قبل السريرية إلى دفعات أكبر حجمًا والحفاظ على نقاء المنتج ومعادلة دفعة إلى دفعة.

غالبًا ما تكون المواد البيولوجية حساسة للغاية للظروف الفيزيائية (درجة الحرارة، وقوى القص، والمرحلة الكيميائية، والضوء) والعمل الأنزيمي. وهي تتطلب عادةً اختبارات حيوية معقدة لإطلاق الدفعة وتقييم الاستقرار، بدلاً من الاختبارات الكيميائية لتحديد الهوية والنقاء.

كيف يعملون من المواد البيولوجية
الهدف العلاجي للبيولوجي هو دائمًا الجين أو البروتين. وحقيقة أن المعلومات الوراثية يتم فك تشفيرها بشكل مماثل بين جميع الخلايا، بغض النظر عن الأنواع، تسمح للبشر بدراسة وظيفة الجينات في الديدان أو أسماك الحمار الوحشي.

يتطلب الحمض النووي المؤتلف، وهو عملية مهمة لإنتاج المواد البيولوجية، عزل الحمض النووي من الخلايا البشرية وربما تعديل جزء الحمض النووي هذا، وإدخاله في البكتيريا أو خلية الثدييات، وجعل هذا الكائن الحي أو الخلية يعبر عنه. تتضمن عملية التطوير عدة خطوات: تحديد موقع الجينات التي ترمز للبروتينات، واستنساخ الجينات، وإعادة إنتاج البروتينات المرتبطة بالجينات، وتحديد دور البروتينات في عملية المرض، ثم تطوير علاج محتمل.

تخضع جميع البروتينات الجديدة التي تم تحديدها لسلسلة من الاختبارات المستندة إلى الخلايا والتي توفر معلومات حول كيفية تغيير بروتين معين لعملية بيولوجية. تستخدم الاختبارات الحيوية لتحديد الفعالية المؤشرات البيولوجية للكائنات الحية أو الأنسجة. يمكن أن تشتمل هذه على مزارع الأنسجة المعتمدة على الخلايا، وتكنولوجيا التعبير بالمصفوفات الدقيقة، والنماذج الحيوانية المعطلة، والنماذج الحيوانية المعدلة وراثيًا، وتكنولوجيا الأجسام المضادة أو الأجسام المضادة (على سبيل المثال، توصيف الأجسام المضادة التشخيصية).

هناك احتمال أكبر للتفاعلات المناعية مع الأدوية البيولوجية مقارنة بالأدوية الكيميائية. إن الجزيئات الموجودة في الأدوية الكيميائية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها مناعية ولا يتعرف عليها الجهاز المناعي بشكل عام على أنها "غزاة". باستخدام المواد البيولوجية، اعتمادًا على الدواء، يمكن لجهاز المناعة البشري التعرف بسرعة على الجزيء ومن ثم إطلاق استجابة مناعية لإزالة جزيء كبير يعتبره مادة غريبة. وهذا يمكن أن يدمر - أو في حالات نادرة، يعزز - نشاط المستحضرات الصيدلانية الحيوية.

يمكن لجميع المواد البيولوجية تقريبًا تحفيز إنتاج الأجسام المضادة، على الرغم من أن معظم الأجسام المضادة لها عواقب سريرية حميدة. قد تكون الأجسام المضادة ناجمة عن شظايا ملوثة صغيرة، أو ملامسة مصل المريض، أو شلالات إنزيمية بعد الجرعة.

التصنيع المعقد للمواد البيولوجية
إن هشاشة الجزيئات البيولوجية الكبيرة وحساسية الخلايا الحية التي تنتج المواد البيولوجية تنقل متطلبات تصنيع معقدة للتخمير والمعالجة المعقمة والتخزين والاختبار. على الرغم من أن العنصر النشط في المستحضرات الصيدلانية الكيميائية عادة ما يكون جزيءًا فريدًا يخضع لاختبارات تحليلية راسخة، بالنسبة للبيولوجيا، فإن المكون النشط غالبًا ما يكون جزءًا من جزيء كبير كبير. وهذا الجزيء الكبير هو بدوره تعديل للبروتين الأصلي أو متعدد الببتيد والمواد البيولوجية الأخرى التي قد لا يتم وصفها بشكل واضح. يمكن أن تحتوي منتجات البروتين والبولي ببتيد على مجمعات متغيرة، مما يعني أنها تحتوي على أعداد متغيرة من المكونات المتطابقة في الجزيئات. أيضًا، قد يكون للمستحضرات البيولوجية اختلافات في السكريات السطحية (الجليكوزيل) أو أنماط الطي، اعتمادًا على كيفية إنتاجها. مع البيولوجيا، هناك أيضًا احتمال للتلوث الميكروبيولوجي للمواد الأولية.

نظرًا لأن المواد البيولوجية غالبًا ما تكون غير متجانسة في الجزيئات و/أو البوليبيبتيدات الموجودة، فإنها تحتوي على ملف شوائب يعتمد على - ويمكن أن يختلف مع - العمليات المستخدمة لصنع واختبار كل دفعة. مع البيولوجيا، يجب تحديد مزيج البروتين، ويجب وصف العامل النشط والعوامل الداعمة. بمعنى آخر، لا يحتاج المنتج إلى أن يكون متجانسًا إذا كان العامل البيولوجي يعمل عبر مجموعة جزيئية. فالدم، على سبيل المثال، هو مادة بيولوجية (حسب تصنيف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية) ولا يتكون من جزيء واحد موحد.

وهذا لا يعني أن هناك نقصًا في تدابير مراقبة الجودة في مجال التصنيع البيولوجي؛ في الواقع، العكس هو الصحيح. قد تحتوي عملية التصنيع النموذجية للدواء الكيميائي على ما بين 40 إلى 50 اختبارًا حاسمًا. قد تحتوي عملية الحصول على مادة بيولوجية على 250 أو أكثر. يستخدم الإنتاج البيولوجي عمليات متخصصة لا تشبه دائمًا المرافق أو الآلات أو المعدات المستخدمة لإنتاج الأدوية الكيميائية. يعد إنشاء المرافق الجديدة والتحقق من صحتها أمرًا مكلفًا بشكل غير متناسب ويستغرق وقتًا طويلاً أيضًا. ويساعد هذا في تفسير النقص العالمي في قدرة التصنيع الحيوي وفرق التكلفة بين الأدوية البيولوجية والكيميائية.