ชีววิทยา

แนวคิดเก่า การปรับตัวใหม่ของชีววิทยา
ชีววิทยาไม่ใช่เรื่องใหม่ การพัฒนาฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ อินซูลิน และสารกระตุ้นเซลล์เม็ดเลือดแดงเกิดขึ้นเมื่อหลายสิบปีก่อน แต่เป้าหมายได้เพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยข้อมูลทางพันธุกรรมใหม่และความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับน้ำตกและกระบวนการของโรคในระดับเซลล์ย่อย สาขาวิทยาศาสตร์ที่ใช้ในการพัฒนาชีววิทยา ได้แก่ จีโนมิกส์และโปรตีโอมิกส์ ตลอดจนไมโครเรย์ การเพาะเลี้ยงเซลล์ และเทคโนโลยีโมโนโคลนอลแอนติบอดี

การเพิ่มความรู้เกี่ยวกับพันธุศาสตร์และกระบวนการของเซลล์นำไปสู่เป้าหมายทางชีววิทยา (และยา) ใหม่ที่เป็นไปได้ในแต่ละขั้นตอนในกระบวนการผลิตโปรตีน สิ่งนี้นำไปสู่การบำบัดแบบใหม่ ซึ่งจะนำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโรคต่างๆ

ชีววิทยาได้ระบุเป้าหมายใหม่ในการรักษาโรคโลหิตจาง โรคซิสติกไฟโบรซิส การเจริญเติบโตบกพร่อง เบาหวาน โรคฮีโมฟีเลีย โรคตับอักเสบ หูดที่อวัยวะเพศ การปฏิเสธการปลูกถ่าย และมะเร็ง ชีววิทยาทำนายแนวโน้มทางพันธุกรรมต่อโรคต่างๆ เช่น โรคพาร์กินสัน ชีววิทยาที่ไม่ใช่ยารวมถึงเนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงและสารระงับระบบภูมิคุ้มกันสำหรับการปลูกถ่ายและปัจจัยการเจริญเติบโตสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อใหม่เพื่อรักษาสภาวะต่างๆ เช่น แผลที่เท้าจากเบาหวาน

เช่นเดียวกับยาที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก การวิจัยและพัฒนาชีววัตถุมีราคาแพงและมีความเสี่ยง และมักจะจบลงด้วยความล้มเหลว แม้ว่าบริษัทยาจะกำหนดเป้าหมายไปที่โรคและสภาวะที่พบบ่อยที่สุด แต่เทคโนโลยีชีวภาพก็มีแนวโน้มที่จะกำหนดเป้าหมายไปที่ประชากรที่รักษายากมากขึ้น ซึ่งอาจมีจำนวนน้อยเกินไปสำหรับบริษัทยาที่จะชดเชยต้นทุนการพัฒนายาได้ อย่างไรก็ตาม ยาชีวภาพรุ่นใหม่ยังมุ่งเป้าไปที่โรคในวงกว้าง โดยมีนัยยะสำคัญ: ยาที่มีราคา 20 ดอลลาร์สหรัฐฯ000 ต่อปีซึ่งมีประโยชน์สำหรับ 1 คนใน 100 คน000 มีผลกระทบน้อยกว่ามากต่อต้นทุนของแผนประกันสุขภาพ โครงสร้างมากกว่ายามูลค่า $5000-ต่อปีซึ่งมีประโยชน์สำหรับ 1 ใน 100 คน

หนังดังเรื่องต่อไปหลายเรื่องอาจเป็นเรื่องทางชีววิทยา ยาต้านเบาหวานสองชนิด ได้แก่ Symlin (pramlintide acetate) และ Exenatide (exendin สังเคราะห์-4) ตรงตามคำจำกัดความของสารชีวภาพ เช่นเดียวกับโมโนโคลนอลแอนติบอดีและสารยับยั้ง TNF เช่นเดียวกับสารยับยั้งการสร้างเส้นเลือดใหม่ เช่น Avastin (bevacizumab) และ Erbitux (cetuximab) ที่เพิ่งเปิดตัวใหม่

ต้นกำเนิดอินทรีย์ของชีววิทยา
ปัจจุบันไม่มีวิธีง่ายๆ ในการกำหนดยาทั้งหมดที่รายงานว่าเป็นยาทางชีววิทยา มีหลายฝ่ายที่ต้องการให้คำจำกัดความทางชีววิทยาในรูปแบบต่างๆ บางคนใช้คำจำกัดความที่เข้มงวดของชีววิทยาที่ระบุว่าผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีลักษณะที่สำคัญสองประการที่ทำให้โครงสร้างทางกายภาพของผลิตภัณฑ์แตกต่างจากยาที่ได้จากสารเคมี: มีเพียงระบบที่มีชีวิตเท่านั้นที่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้ และชีววิทยาเป็นโมเลกุลที่ค่อนข้างใหญ่ โดยมีโครงสร้างที่แตกต่างกันโดยเนื้อแท้ซึ่งสามารถประกอบด้วยหลายร้อย กรดอะมิโน.

บางกลุ่มอาจขยายคำจำกัดความของชีววิทยาให้ครอบคลุมถึงสารใดๆ ที่ประกอบด้วยโมเลกุลอินทรีย์ ไม่ว่าจะเล็กแค่ไหนก็ตาม ยังมีอีกหลายคนที่รู้สึกว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากทางชีวภาพสามารถเรียกได้ว่าเป็นสารชีวภาพ และยังมีอีกหลายคนที่คิดว่าโมเลกุลที่ซับซ้อนใดๆ ไม่ว่าจะผลิตขึ้นมาด้วยวิธีใดก็ตาม ควรจัดอยู่ในกลุ่มนี้ บางชนิดอาจรวมถึงสารที่สร้างขึ้นในสิ่งมีชีวิตอื่นแต่ไม่ซับซ้อนมากนัก เช่น ฮอร์โมนเอสโตรเจนที่สกัดจากปัสสาวะของแม่ม้าตั้งท้อง (พรีมาริน)

ไม่ว่าจะใช้คำจำกัดความใดก็ตาม ก็มีแนวโน้มว่าจะต้องปรับเปลี่ยนเมื่อมีการนำผลิตภัณฑ์ใหม่ออกสู่ตลาด บทความนี้จะใช้คำจำกัดความที่ว่าชีววิทยาถูกสร้างขึ้นโดยจุลินทรีย์หรือเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนขนาดใหญ่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตีนหรือโพลีเปปไทด์ โดยมีข้อยกเว้นบางประการ

กระบวนการผลิตยาเคมีค่อนข้างชัดเจน ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตยาเหล่านี้ได้ในปริมาณมากสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ชีววิทยามีกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนซึ่งมีแนวโน้มที่จะให้ผลผลิตในปริมาณน้อย เป็นเรื่องยากที่จะขยายขนาดชีววิทยาจากปริมาณในห้องปฏิบัติการที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์เบื้องต้นและการทดสอบพรีคลินิกไปจนถึงปริมาณที่มากขึ้น และรักษาความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์และความเท่าเทียมกันระหว่างแบทช์

สารชีวภาพมักมีความไวอย่างยิ่งต่อสภาวะทางกายภาพ (อุณหภูมิ แรงเฉือน เฟสทางเคมี และแสง) และการกระทำของเอนไซม์ โดยปกติแล้วพวกเขาต้องการการทดสอบทางชีวภาพที่ซับซ้อนสำหรับการปล่อยแบทช์และการประเมินความเสถียร แทนที่จะต้องการทดสอบทางเคมีเพื่อระบุตัวตนและความบริสุทธิ์

วิธีการทำงานของชีววิทยา
เป้าหมายทางการรักษาของชีววิทยาคือยีนหรือโปรตีนเสมอ ความจริงที่ว่าข้อมูลทางพันธุกรรมได้รับการถอดรหัสเหมือนกันในทุกเซลล์ โดยไม่คำนึงถึงสายพันธุ์ ช่วยให้มนุษย์สามารถศึกษาการทำงานของยีนในหนอนหรือปลาม้าลายได้

DNA ลูกผสมซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญในการผลิตชีววิทยา จำเป็นต้องแยก DNA ออกจากเซลล์ของมนุษย์ และอาจปรับเปลี่ยนส่วนของ DNA นั้น ใส่เข้าไปในแบคทีเรียหรือเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และนำสิ่งมีชีวิตหรือเซลล์นั้นออกมาแสดงออกมา กระบวนการพัฒนามีหลายขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ การค้นหายีนที่สร้างรหัสสำหรับโปรตีน การโคลนยีน การสร้างโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับยีน การกำหนดบทบาทของโปรตีนในกระบวนการของโรค และจากนั้นจึงพัฒนาวิธีการรักษาที่มีศักยภาพ

โปรตีนใหม่ทั้งหมดที่ได้รับการระบุจะต้องผ่านชุดการตรวจวิเคราะห์ตามเซลล์ โดยให้ข้อมูลว่าโปรตีนจำเพาะเปลี่ยนแปลงกระบวนการทางชีวภาพได้อย่างไร การทดสอบทางชีวภาพเพื่อกำหนดศักยภาพใช้ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตหรือเนื้อเยื่อ สิ่งเหล่านี้สามารถรวมถึงการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อที่มีเซลล์เป็นฐาน เทคโนโลยีการแสดงออกแบบไมโครเรย์ แบบจำลองสัตว์น็อคเอาท์ แบบจำลองสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม และเทคโนโลยีต่อต้านการรับรู้หรือแอนติบอดี (เช่น การแสดงคุณลักษณะของแอนติบอดีในการวินิจฉัย)

มีศักยภาพในการเกิดปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันต่อชีววิทยามากกว่ายาเคมี โมเลกุลในยาเคมีมีขนาดเล็กเกินไปที่จะพิจารณาว่าเป็นสารก่อภูมิคุ้มกัน และโดยทั่วไปแล้วระบบภูมิคุ้มกันไม่ได้รับการยอมรับว่าเป็น "ผู้บุกรุก" ในทางชีววิทยา ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์สามารถระบุโมเลกุลได้อย่างรวดเร็ว และจากนั้นจึงเพิ่มการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันเพื่อกำจัดโมเลกุลขนาดใหญ่ที่พิจารณาว่าเป็นสารแปลกปลอมออกไป โดยขึ้นอยู่กับยา สิ่งนี้สามารถทำลาย - หรือในบางกรณีอาจเพิ่ม - กิจกรรมของชีวเภสัชภัณฑ์

สารชีวภาพเกือบทั้งหมดสามารถกระตุ้นการผลิตแอนติบอดีได้ แม้ว่าแอนติบอดีส่วนใหญ่จะมีผลทางคลินิกที่ไม่ร้ายแรงก็ตาม แอนติบอดีอาจเกิดจากชิ้นส่วนปนเปื้อนเล็กๆ การสัมผัสกับซีรั่มของผู้ป่วย หรือลำดับชั้นของเอนไซม์หลังการให้ยา

การผลิตชีววิทยาที่ซับซ้อน
ความเปราะบางของโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาและความไวของเซลล์ที่มีชีวิตที่ผลิตสารชีวภาพทำให้เกิดข้อกำหนดการผลิตที่ซับซ้อนสำหรับการหมัก การประมวลผลแบบปลอดเชื้อ การเก็บรักษา และการทดสอบ แม้ว่าส่วนประกอบออกฤทธิ์ของเภสัชภัณฑ์เคมีมักจะเป็นโมเลกุลที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งต้องได้รับการทดสอบเชิงวิเคราะห์ที่เป็นที่ยอมรับ แต่สำหรับชีววิทยา ส่วนประกอบออกฤทธิ์มักจะเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่ โมเลกุลขนาดใหญ่นั้นกลับเป็นการดัดแปลงโปรตีนหรือโพลีเปปไทด์ดั้งเดิมและสารชีวภาพอื่นๆ ที่อาจไม่ได้ระบุลักษณะเฉพาะอย่างชัดเจน ผลิตภัณฑ์โปรตีนและโพลีเปปไทด์สามารถมีสารเชิงซ้อนที่แปรผันได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีจำนวนตัวแปรที่เหมือนกันของส่วนประกอบในโมเลกุล นอกจากนี้ สารชีวภาพอาจมีน้ำตาลบนพื้นผิว (ไกลโคซิเลชัน) หรือรูปแบบการพับที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ในด้านชีววิทยา ยังมีโอกาสเกิดการปนเปื้อนทางจุลชีววิทยาของวัสดุตั้งต้นอีกด้วย

เนื่องจากสารชีววิทยามักจะต่างกันในโมเลกุลและ/หรือโพลีเปปไทด์ที่มีอยู่ จึงมีโปรไฟล์สิ่งเจือปนที่ขึ้นอยู่กับ — และอาจแตกต่างกันไปตาม — กระบวนการที่ใช้ในการสร้างและทดสอบแต่ละชุด ในทางชีววิทยา จะต้องกำหนดส่วนผสมของโปรตีน และต้องระบุลักษณะเฉพาะของสารออกฤทธิ์และสารสนับสนุน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ไม่จำเป็นต้องเป็นเนื้อเดียวกันหากสารชีวภาพออกฤทธิ์ผ่านกลุ่มโมเลกุล ตัวอย่างเช่น เลือดเป็นสารชีวภาพ (ตามการจัดประเภทของสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา) ที่ไม่ได้ประกอบด้วยโมเลกุลที่สม่ำเสมอเพียงโมเลกุลเดียว

นี่ไม่ได้หมายความว่ายังขาดมาตรการควบคุมคุณภาพสำหรับการผลิตทางชีววิทยา จริงๆ แล้วสิ่งที่ตรงกันข้ามก็คือความจริง กระบวนการผลิตทั่วไปสำหรับยาเคมีอาจมีการทดสอบที่สำคัญ 40 ถึง 50 ครั้ง กระบวนการทางชีววิทยาอาจมี 250 กระบวนการขึ้นไป การผลิตทางชีววิทยาใช้กระบวนการพิเศษที่ไม่เหมือนกับสิ่งอำนวยความสะดวก เครื่องจักร หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตยาเคมีเสมอไป การก่อสร้างและการตรวจสอบสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่มีราคาแพงอย่างไม่เป็นสัดส่วนและยังใช้เวลานานอีกด้วย สิ่งนี้ช่วยอธิบายการขาดแคลนกำลังการผลิตชีวภาพทั่วโลกและส่วนต่างต้นทุนระหว่างยาชีวภาพและยาเคมี