Ferramenta baseada em luz monitora continuamente a qualidade da vacina durante a produção

O surto da pandemia de COVID-19 demonstrou a necessidade de desenvolver, produzir e distribuir rapidamente grandes quantidades de novas vacinas. Uma equipa de investigadores da Purdue University e da Merck & Co. fora dos EUA e do Canadá, introduziu agora uma nova ferramenta analítica que poderá ajudar as empresas farmacêuticas a aumentar a produção de vacinas com rápida monitorização e análise.

A equipe de pesquisa, liderada por Mohit Verma, professor associado de engenharia agrícola e biológica em Purdue, validou a ferramenta com patente pendente em testes que mediram com sucesso a qualidade e a quantidade de partículas virais que fluem continuamente.

“Os métodos atuais são mais demorados e off-line”, disse Shreya Athalye, estudante de pós-graduação em engenharia agrícola e biológica da Purdue. As amostras precisam ser removidas da linha de produção e transferidas para um instrumento para teste. Mas a nova ferramenta de controle de qualidade pode operar na linha de produção, produzindo resultados em 30 segundos ou menos. “Fazer isso online economizará tempo e dinheiro na produção de vacinas”, disse ela.

Athalye, Verma e seus coautores descreveram sua nova ferramenta analítica em Spectrochimica Acta Parte A: Espectroscopia Molecular e Biomolecular. Eles divulgaram a inovação ao Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, que solicitou uma patente para proteger a propriedade intelectual. O estudo combinou a experiência de especialistas em engenharia agrícola e biológica, engenharia biomédica, ciência da computação, engenharia mecânica e engenharia de ciência de materiais. Os coautores da Merck forneceram as amostras e garantiram a compatibilidade do estudo com as operações industriais.

Os pesquisadores basearam sua nova ferramenta na espectroscopia Raman, que emprega um laser para obter a impressão digital molecular de uma amostra. “É de natureza não destrutiva e sua capacidade de trabalhar com amostras que contêm água o torna ideal para amostras biológicas, como vacinas”, disse Athalye.

Em 2022, Athalye foi coautor de um estudo dos laboratórios de Verma e Arezoo Ardekani, professor de engenharia mecânica, que aplicou espectroscopia Raman e aprendizado de máquina para medir a concentração de partículas virais em amostras contendo sarampo, caxumba e outros vírus.

O novo estudo demonstrou a eficácia da ferramenta na detecção de partículas do citomegalovírus humano (CMV), membro da família do herpes. Os pesquisadores trabalham com partículas semelhantes a vírus em seus esforços para desenvolver uma vacina contra o CMV. O CMV infecta principalmente pessoas com sistema imunológico comprometido, incluindo aquelas que recebem transplantes.

“A estrutura e o modo de ação do CMV tornam o desenvolvimento da vacina um desafio, mas muitas vacinas em investigação estão a ser avaliadas em ensaios clínicos”, observou Athalye.

“A tecnologia analítica de processo, ou PAT, tem o potencial de permitir a rápida liberação de produtos biológicos”, disse Verma. “Trabalhamos neste projeto colaborativo com o laboratório Ardekani em engenharia mecânica e com o grupo da Merck para permitir o PAT usando espectroscopia Raman. Ao demonstrar que somos capazes de caracterizar o CMV em concentrações e taxas de fluxo industrialmente relevantes, apoiamos uma adoção mais fácil desta abordagem na biofabricação.”

A equipe de pesquisa não tem conhecimento de nenhum relatório anterior sobre uma ferramenta deste tipo baseada em espectroscopia Raman para detecção de partículas de CMV. Esse tipo de ferramenta, conhecida como tecnologia analítica de processo, oferece melhor controle de qualidade por meio do monitoramento contínuo do processo produtivo.

“A questão é que queremos analisar a partícula à medida que ela é produzida”, disse Athalye. E a tecnologia é suficientemente flexível para ser aplicada na produção de outros tipos de vacinas.

Em um estudo de 2020, Verma e seus colegas usaram a espectroscopia Raman para identificar contaminantes bacterianos e fúngicos que preocupam a indústria farmacêutica. Nesse projeto, a equipe desenvolveu um ensaio para detectar bactérias 10 vezes maiores que os vírus e em condições estáticas. “Neste estudo, avançamos com um sistema que permite o monitoramento em fluxo contínuo”, disse Athalye.

Além disso, em 2020, Verma e os seus coautores avaliaram o impacto do PAT na produção de anticorpos que funcionam de forma muito semelhante aos anticorpos humanos produzidos naturalmente.

Os pesquisadores testaram o novo sistema sob uma variedade de vazões, incluindo a vazão da produção industrial e condições estáticas. “Queríamos ter certeza de que estávamos desenvolvendo uma ferramenta que pudesse ser transferida para condições operacionais industriais”, disse Athalye. Isto aplica-se especificamente à produção contínua, na qual as vacinas e outros produtos fluem ininterruptamente da linha de produção.

“A fabricação contínua é o futuro. É ecologicamente correta e também economiza dinheiro e recursos”, disse Athalye. “O componente crítico da fabricação contínua é o desenvolvimento de uma ferramenta robusta de controle de qualidade ou, mais especificamente, de uma ferramenta analítica de processo. É isso que me leva a fazer esta pesquisa.”

Em trabalhos futuros, a equipe demonstrará o uso da espectroscopia Raman para outros vírus, vacinas e partículas semelhantes a vírus. “Também demonstraremos o potencial dos métodos baseados em sondas na entrega de tais resultados, para que possam ser integrados nas operações contínuas da unidade de fabricação”, disse Verma.