Hiện nay, sinh dược phẩm (thuốc có nguồn gốc sinh học) đang dần chiếm lĩnh vị trí quan trọng trên thị trường thuốc toàn cầu do thể hiện được nhiều ưu điểm nổi trội khi so sánh với các loại thuốc hóa dược truyền thống, như: tác động đến cơ quan điều trị đích có định hướng mà không làm ảnh hưởng đến những cơ quan khác, ít gây tác dụng phụ cho bệnh nhân. Chính vì thế, tỷ trọng ngành thuốc có xu hướng đang dần dịch chuyển về sinh dược phẩm một cách nhanh chóng, đặc biệt là sinh dược phẩm có nguồn gốc protein. Protein là loại hợp chất được nghiên cứu và sản xuất nhiều nhất bởi tính ứng dụng cao và hiệu quả trong việc điều trị, linh động trong quá trình sản xuất và có thể kiểm soát dễ dàng.
Quy trình sản xuất thuốc sinh dược phẩm có nguồn gốc protein bao gồm nhiều giai đoạn: tạo dòng gen, biểu hiện protein từ đoạn gen đã được dòng hóa, tinh sạch sơ cấp, thứ cấp, và hoàn thiện, cuối cùng là phối trộn và đóng gói. Trong đó, giai đoạn tinh sạch protein là giai đoạn chiếm nhiều thời gian và công lao động nhất, đòi hỏi phải tối ưu hóa nhiều thông số trong quá trình tinh chế để có thể đạt được độ tinh sạch và hiệu suất thu hồi protein tối đa. Tuy nhiên, việc chuyển đổi từ tinh sạch quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm sang quy mô sản xuất cũng là một thách thức không hề nhỏ nếu không có thiết bị chuyên dụng.
Hệ thống tinh sạch protein tự động AKTA Avant (Cytiva – GE Healthcare Life Sciences) được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu tăng cường tinh sạch protein quy mô sản xuất lớn. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý sắc ký, pha động có chứa hỗn hợp protein sẽ đi qua pha tĩnh (cột sắc ký), các protein mục tiêu sẽ được giữ lại trên cột, những protein khác sẽ bị rửa trôi, phân đoạn protein tinh sạch cuối cùng sẽ được thu hồi ở bước dung ly. AKTA Avant có hai phiên bản với tốc độ dòng chảy khác nhau. Với tốc độ dòng ở 25 mL/phút, AKTA Avant 25 được sử dụng để tối ưu hóa các phương pháp tinh sạch và chất nền sắc kí khác nhau, trong khi đó AKTA Avant 150 có tốc độ dòng 150 mL/phút được sử dụng với các loại cột sắc kí lớn hơn, ứng dụng trong sản xuất protein công suất lớn.
Hệ thống tinh sạch protein tự động AKTA Avant
Đi kèm với hệ thống AKTA Avant là phần mềm UNICORN tích hợp sẵn thuật toán DoE (Design of Experiments) cho phép điều khiển, tính toán và tối ưu hóa quy trình tinh sạch một cách nhanh chóng, chính xác, có độ tin cậy cao.
Ở cách tiếp cận truyền thống, từng tham số tinh sạch protein sẽ được khảo sát, trong khi các tham số còn lại được giữ cố định. Do đó, những thông tin quan trọng như sự ảnh hưởng qua lại của các tham số trong quá trình tinh chế có thể sẽ không được thu thập một cách đầy đủ.
DoE là một cách tiếp cận mới có tổ chức, mang ý nghĩa thống kê với nhiều thông số trong quá trình tinh sạch protein được khảo sát đồng thời, lại có thể giảm bớt nghiệm thức cho người thực hiện. Với DoE, các nghiệm thức sẽ được thực hiện thông qua các bước: sàng lọc (Screening) – Xác định các thông số quan trọng của quá trình tinh sạch; tối ưu hóa (Optimization) – Tìm kiếm và thiết lập các thông số tối ưu cho quá trình tinh sạch; và đánh giá hiệu quả quá trình (Robustness testing). Bằng cách sử dụng DoE, toàn bộ quá trình thử nghiệm tinh sạch protein được khai thác một cách triệt để thông tin, từ đó, độ tinh sạch và hiệu suất thu hồi protein đạt được mức độ tối đa một cách dễ dàng.
Trong quá trình tinh chế, việc khảo sát dãy pH thích hợp cho dung dịch đệm chiếm rất nhiều thời gian. Với AKTA Avant, chế độ chuẩn bị dung dịch đệm tự động BufferPro cho phép cắt giảm tối đa thời gian chuẩn bị, sử dụng một đầu dò để tìm ra giá trị pH tối ưu cho dung dịch đệm tinh chế bằng cách sàng lọc các khoảng giá trị pH rộng, sau đấy thu hẹp dần khoảng giá trị này để tìm ra độ pH tối ưu. Ngoài ra, chế độ BufferPro còn cho phép tiết kiệm, lưu trữ và tái sử dụng dung dịch đệm nhiều lần, có độ ổn định cao giữa các lần thử nghiệm.
Mặt khác, hệ thống còn được tích hợp đầy đủ các cấu hình tiêu chuẩn như bơm hệ thống, bộ bơm mẫu, van đầu vào, van gắn cột, cảm biến conductivity, cảm biến UV, cảm biến pH, van trộn mẫu… Tất cả được lắp đặt sẵn trong một hệ thống nhỏ gọn. Mức độ tự động hóa cao cho phép AKTA Avant vận hành mà không cần quá nhiều sự giám sát của người điều khiển. Bên cạnh đó, bộ thu mẫu tự động có làm lạnh tích hợp sẵn bên trong máy giúp bảo vệ mẫu protein tinh sạch một cách an toàn.
Hoàng Kim