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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