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18/10/2011
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Produção industrial de vacinas
Prof. Alan McBride
Vacinologia e Engenharia de Vacinas, Biotecnologia, CDTec, UFPel
Abordagem original
• Produção por institutos pequenos, pesquisa e produção (tecnologia baseada na cultura animal e cultura em frascos)
• Tecnologia adquirida através de estudo
– Technology acquired through personal study (Institut Pasteur)
Vacinas novas
• Pólio (Salk & Sabin)
• Sarampo
• Caxumba
• Hepatite B
• Meningite
• Haemophilus influenza
• Combinações
Tecnologias novas
• Cultura usando embriões de galinha (Goodpasture, Walter Reed, 1931)
• Cultura de células (Enders, 1949)
• Produção de antígenos específicos (1980s)
• Vacinas conjugadas (1980s)
O padrão original:
• Muitos produtores em pequena-escala (OMS localizou 74 produtores de vacina anti-rábica em 1984, muitos ainda usando animais vivos)
• Problemas frequentes de GMP
• Não produziu as vacinas mais avançadas– OPV, não IPV, parcialmente devido a pressão da OMS– Bacterina pertussis, não acelular
• Brasil é uma grande exceção!
Brasil – 1943Produção de uma vacina contra febre amarela na Oswaldo
Cruz
Lacerda and Mello (2003)
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Instalações da Fiocruz - 2001
http://www.pharmaceutical-technology.com/projects/fiocruz/
BIORREATORES
O que é um Biorreator?
• Equipamento para o crescimento de organismos (leveduras, bactérias, ou célulasanimais) sob condições controladas.
• Utilizado em processos industriais paraproduzir produtos farmacêuticos, vacinas, ouanticorpos
• Também utilizado para converter materiais “in natura” em bioprodutos úteis como porexemplo a bioconversão do milho em etanol.
O que é um Biorreator?
• Biorreatores fornecem um ambiente homogêneo (constante) pela consistente agitação dos seus conteúdos.
• Biorreatores dão às células um ambiente controlado garantindo a mesma temperatura, pH, e níveis de oxigênio.
Tipos de Biorreatores
• Fermentação descontínua (batelada):– No instante inicial a solução nutriente esterilizada no
fermentador é inoculada com microorganismos e incubada, de modo a permitir que a fermentação ocorra sob condições ótimas;
– No decorrer do processo fermentativo nada é adicionado, exceto oxigênio, no caso de processos aeróbicos (na forma de ar), antiespumante, e ácido ou base para controle do pH.;
– Terminada a fermentação, descarrega-se a dorna, e o meio fermentado segue para os tratamentos finais.
Tipos de Biorreatores
• Fermentação descontínua alimentada:
– Um ou mais nutrientes são adicionados ao biorreator durante o cultivo e em que os produtos aí permanecem até o final do processo;
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Tipos de Biorreatores
• Fermentação contínua:– Possuir uma alimentação continua de meio de cultura
a uma determinada vazão constante, sendo o volume de reação mantido constante através da retirada contínua de caldo fermentado;
– A manutenção de volume constante de líquido no reator é de primordial importância
• a fim de que o sistema atinja a condição de estado estacionário ou regime permanente;
• condição na qual as variáveis de estado (concentração de células, de substrato limitante e de produto) permanecem constantes ao longo do tempo de operação do sistema.
Tipos de Biorreatores
• Biorreatores existem em muitos tamanhos e configurações diferentes.
Tipos de biorreatores
• Configurações de biorreatores– (a) agitado; – (b) coluna de bolhas; – (c) air-lift; – (d) plug-flow; – (e) com células
imobilizadas (leito fixo); – (f) com células imobilizadas
(leito fluidizado); – (g) reator com membranas
planas; – (h) hollow-fiber
Desenho experimental
•• EquipamentoEquipamento
Biorreator
pHmetro
Coletor de
amostras
Agitador
Sonda de
Temperatura
YSI 2700
Biochemistry
Analyzer
Sonda de pH
Sonda de
D-oxygen
Componentes de um Biorreator
• Biorreatores consistem de:– Frasco
– Agitador
– Aspersório (sparger)
– Defletores (baffles)
– Sondas
� Temperatura
� Oxigênio dissolvido
� pH
� Pressão
– Capa de resfriamento
– Aberturas para entrada e saída de material
– Condensador
– Válvula de pressão
– Filtros
– Válvulas
Biorreator - Frasco
• O frasco do biorreator é um container que contém o meio e as células.
• Podem ser feitos de vidro, aço inoxidável, ou um plástico de grande duração.
• Os frascos de plástico são descartáveis (uso único).
• Todas as partes adicionais de um biorreator conectam-se ao frasco.
• A parte superior do frasco é chamada head plate. Em biorreatores de vidro, a maioria das partes adicionais estão localizadas na head plate.
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Biorreator - Frasco
Frasco
Head Plate
Biorreator - Agitador
• Um agitador é necessário para misturar o conteúdo do frasco para garantir um ambiente homogêneo.
• Agitadores consistem de um eixo (shaft) e impulsores (impellers).
• A agitação é crucial para fornecer nutrientes e oxigênio à cultura e para manter um pH e temperatura constantes.
Biorreator – Agitadores
• Impulsores podem ser de muitas formas e tamanhos diferentes dependendo do tipo de agitação necessária.
Biorreatores – Agitadores
Eixos
Impulsores
Biorreator – Aspersório (Sparger)
• O aspersório é um equipamento usado para introduzir gases no frasco.
• São localizados no fundo do frasco e consistem de um tubo com pequenos orifícios para o gás passar para a cultura.
• O gás saindo do aspersório ajuda na aeração e na mistura do conteúdo no frasco, assim como fornece oxigênio para as células.
Biorreator – Aspersório
Anel aspersor
Micro-aspersório
Orifícios no anel aspersor
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Biorreator – Defletores
• Defletores são obstruções na lateral interna do frasco que geram turbulência na cultura em agitação.
• São feitos de aço inoxidável e são soldados no lado interior do frasco.
• Ajudam a misturar a cultura criando uma turbulência no fluxo do meio.
Biorreator – Defletores
Defletores
Defletores obstruem o fluxo no frasco misturando seu conteúdo.
Defletores
Eixo de agitador
Biorreator - Sondas
• Biorreatores necessitam de sondas para monitorar a cultura no frasco.
• As sondas são encontradas em diferentes localizações no frasco: head plate, top probe
belt, bottom probe belt.
• Sondas úteis incluem: temperatura, pH, DO (oxigênio dissolvido), e CO2
Biorreator - Sondas
Probe Belt
Sondas
Sondas no head plate
Biorreator – Capa de resfriamento
• As células liberam calor quando em crescimento e divisão.
• Para manter uma temperatura constante no reator, o frasco é coberto por uma capa de resfriamento.
• Água fria ou glicol circulam através da capa de resfriamento para regular a temperatura.
Biorreator – Capa de resfriamento
Capa de resfriamento em aço inoxidável ao redor do frasco.
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Biorreator - Entradas
• Biorreatores necessitam de entradas adicionais, onde material pode ser introduzido ou removido do frasco.
• Entradas são necessárias para adicionar meio (orifício para meio), células (orifício para inoculação), e nutrientes (orifício para nutrição).
• Entradas são também utilizadas para a adição de ácido e base para controle de pH.
• Uma entrada para amostragem é também encontrada em cada frasco para remover amostras da cultura para análise.
Biorreator - Entradas
Entradas
Biorreator - Condensador
• O condensador é um equipamento que captura o ar saturado que deixa o frasco.
• O condensador é mais frio que o ar saturado permitindo a este condensar na superfície e retornar ao frasco como líquido.
• Condensadores ajudam a minimizar a perda de material para for a do reator devido a evaporação.
Biorreator - Condensador
Biorreator - Filtros
• Biorreatores precisam de filtros de entrada para garantir que a entrada de gases no frasco seja estéril.
• Necessitam de filtros de saída para manter o reator estéril e permitir o escape de gás para regular a pressão.
• Os filtros necessitam de um caixa de filtro –uma cabine de aço inoxidável para manter e esterilizar os filtros.
Biorreator - Filtros
Filtros
Caixa de filtro
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Biorreator - material
• Biorreatores necessitam:– Gases
• Ar
• Oxigênio
• Dióxido de Carbono
• Nitrogênio
– Vapor limpo- para esterilização do reator (vapor limpo condensado igual WFI (água de injeção)
– Resfriador (água ou glicol frio) – para a capa de resfriamento
– Instrument Air – para operar as válvulas pneumáticas
Fluxograma de um processo fermentativo
II – A INDÚSTRIA
Desenvolvimento de uma vacina
• Desenvolvimento clínico
• Desenvolvimento do processo
• Desenvolvimento de ensaios
Desenvolvimento clínico
• Fase I: segurança inicial e imunogenicidade em 20-30 individuos sadios.
• Fase II: segurança, imunogenicidade em 200-400 individuos.
– Fase IIB: prova de conceito para mostrar eficácia (modelos animais ou ensaios humanos).
• Fase III: segurança e eficácia ao nível de aprovação (Anvisa).
Desenvolvimento do processo
• Produção de lotes da vacina
– Requisitos reguladores para ensaios clínicos
• Testes de toxicologia pré-clínica e avaliação analítica.
• Metodologia de produção em larga-escala:
– Processo de fabricação consistente
– Um décimo ou escala total
– tres lotes consecutivos
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Desenvolvimento de ensaios
• Ensaios para avaliar:
– A pureza das matérias-primas
– Estabilidade e potência da nova vacina
– Critérios imunológicos (e outros) para prever a eficácia da vacina
Decisões vá/não vá
• Feito em cada fase de desenvolvimento clínico e do processo
• Devem ser orientados pelos dados (resultados)
• Tarefas de desenvolvimento clínico, do processo e de ensaios devem ser estreitamente integradas
O processo
• Produção em larga escala
• Operações de acabamento
Produção em larga escala
• Cultura de células
• Fabricação com base em fermentação (biorreatores)
• Processos de separação para purificar a vacina
Operações de acabamento
• Formulação com adjuvante/estabilizador
• Preparação das ampolas/seringas
– Pode incluir liofilização
• Rotulagem, embalagem e armazenamento controlado.
DE$PE$A$
• Custos para desenvolvimento do processo igual aos de desenvolvimento clínico.
– Criticamente importante para o sucesso de um programa de desenvolvimento de uma vacina.
• Cada avanço vai gerar mais despesas.
• Estudos pós-aprovação são essenciais e são caros
– Segurança e eficácia da vacina
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Aprovação
• A vacina aprovada durante a prova de conceito em humanos, em termos gerais, tem uma probabilidade alta de ser aprovada
– Agência Nacional Vigilância Sanitária (Anvisa) -Brasil
– Food and Drug Administration (FDA) – EUA
– European Medicines Agency (EMA) - Europa PRODUÇÃO DE VACINAS NO BRASIL
Calendário Básico de Vacinação do Programa Nacional de Imunização Bio-Manguinhos
• Instituto de Tecnologia em Imunobiológicos
– Unidade de Fiocruz criada em 1976
– Desenvolvimento e produção de imunobiológicos de interesse a população brasileira
DTP e Haemophilus influenzae b (Hib)
• A vacina tetravalente:
– Contra difteria, tétano, pertussis (coqueluche) e infecções graves pelo Haemophilus influenzae tipo b
– parceria com o Instituto Butantan
Febre amarela
• Cepa atenuada 17D do vírus da Febre Amarela
• Cultivada em ovos embrionados de galinha
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Meningite A e C
• Produção da vacina com cooperação técnica com o Instituto Mérieux.
Poliomielite
• Produzida a partir do concentrado viral monovalente (bulk) importado.
• Vírus atenuados Sabin tipos I, II e III, propagados em cultivo de célula diplóide humana (MRC5).
Tríplice viral
• Transferência de tecnologia da vacina sarampo, caxumba e rubéola de GlaxoSmithKline.
– Vírus vivos atenuados do sarampo (cepa Schwarz), da rubéola (cepa Wistar RA27/3) e da caxumba (cepa RIT 4385 derivada da cepa Jeryl-Lynn)
– Fibroblastos de embriões de galinha (CEF) para multiplicação dos vírus do Sarampo e da Caxumba e células diplóides humanas MRC5 para o vírus da Rubéola.
Pneumocócica 10-valente
• Transferência de tecnologia assinada entre o MS e o laboratório inglês GlaxoSmithKline
– R$ 400 milhões para 13 milhões de doses
Instituto Butantan
• Responsável por mais de 93% do total de soros e vacinas produzidas no Brasil:
– Difteria, tétano, coqueluche, hepatite B e influenza sazonal e H1N1
DTP
• 100.000.000 doses/ano de toxina tetânica
• 40.000.000 doses anuais da toxina diftérica
• vacina pertussis com alta capacidade imunogênica e baixa toxicidade
• DTP foi aprovada pelo Organização Pan Americana de Saúde
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Hepatite B
• Produção de 50 milhões de doses por ano.
• Futuro: BCG e Hepatite B recombinante
Gripe
• Acordo com AVENTIS Pasteur
• A partir de 2005 o Instituto produziu a vacina no Brasil
• Desenvolvendo tecnologia e métodos de produção em célula VERO.
Produtos em desenvolvimento
• Adjuvante MPLAp
• Vacinas Influenza sazonal, H1N1 e H5N1
• Vacina contra Raiva (produzida em Célula VERO)
• Vacina pentavalente contra Rotavírus
• Vacina tetravalente contra Dengue
• Vacina Leishmaniose canina
Fundação Ataulpho de Paiva
• Criado 1900
• Produção da vacina BCG Moreau