Single use technologies, an opportunity for biopharmaceutical manufacturers of monoclonal antibodies ? Innovation, stakes and impacts of going single use

Monoclonal Antibodies (MAb) are bearers of great hopes for patients affected by autoimmune diseases, tumours and other chronic and acute pathologies. Biopharmaceutical manufacturers and researchers have worked to develop both active molecules to target diseases and more and more efficient and robust processes to scale-up and produce them. However fewer blockbusters enter the market and patents of successful MAb are expired or about to be. More biopharmaceuticals are tackling niche markets, in accordance with the trend for more personalised medicine. This require high reactivity and flexibility to switch from the production of one molecule to another while strictly fulfilling regulatory requirements at all times, all steps of development and all scales of production, for quality and safety. The risk for a MAb product to fail to reach the development during early stages of production and pilot plan is very high. These issues have been solved with disposable bags and modules. First of all, they were developed and used for liquid handling, then for upstream production and single-use downstream unit operations are getting more and more standard. Limits of scales have increased, together with their performances. Single-use systems have the advantage to significantly reduce massive early investments for hard piped, the risk of cross-contamination between batches and consumption of resources. Single-use technologies can be used at all steps of the process and almost all unit operations could be replaced by single-use or disposable reusable technologies. They appear to be particularly efficient in terms of economic savings and productivity at early commercial scale. However, for larger scales of production, traditional stainless steel facilities are still the golden standard. A biopharmaceutical process for the production of monoclonal antibodies has been modeled, based on an operation chain considered standard, given the current practices of companies of the sector. This model calculated at different output scales was developed to check the profitability of single-use technologies at different types of operations, and measure the productivity and the environmental impact. Otherwise, we have assessed the new risks related to the introduction of single-use technologies into bioprocesses.

Gli anticorpi monoclonali rappresentano una grande speranza per i pazienti colpiti da malattie autoimmuni, tumori e altre patologie croniche o acute. Produttori industriali biofarmaceutici e ricercatori lavorano insieme per sviluppare molecole attive per la malattia bersaglio, ma anche processi di produzione sempre più efficienti e robusti. Tuttavia, oggi meno farmaci blockbusters entrano sul mercato e i brevetti degli anticorpi monoclonali che hanno avuto un grande successo commerciale sono scaduti o scadranno presto. Numerosi prodotti biofarmaceutici accedono ad un mercato di nicchia, seguendo la tendenza della medicina personalizzata. Ciò richiede una grande reattività e flessibilità da parte dell’industria farmaceutica, che deve essere in grado di passare dalla produzione di una molecola ad un’altra, sempre soddisfacendo i requisiti previsti dai regolamenti ad ogni tappa dello sviluppo ed ogni scala di produzione. La qualità e la securezza devono essere massimi. Il rischio per un prodotto MAb di non raggiungere mai lo stadio di commercializzazione è molto alto, in particolare durante le varie fasi di studio clinico. Queste problematiche sono state risolte grazie a sistemi « usa e getta ». Sono stati prima sviluppati e usati per la preparazione e la manutenzione di media di coltura e di soluzioni, poi per la produzione « upstream », e ora le unità di purificazione « downstream » diventono sempre più comuni. I limiti legati alla scale sono diminuiti e le prestazioni sono cresciute. I sistemi monouso hanno il vantaggio di ridurre fortemente gli investimenti per le attrezzature fisse, il rischio di cross-contaminazione e il consumo di risorse. Le tecnologie monouso possono essere usate a tutte le tappe dei processi di produzione, e la maggior parte delle unità operative potrebbero essere completamente rimpiazzate con moduli « usa e getta » oppure « re-usa e getta ». Queste tecnologie permettono grandi economie dal punto di vista dei costi di produzione e di migliorare la produttività dei processi quando le scale di volumi rimangono basse o medie. Per le produzioni a più grande scala, i processi « tradizionali » basati su attrezzature durabili sono più efficienti. Abbiamo modellizzato un processo biofarmaceutico di produzione di anticorpi monoclonali basato su una catena considerata standard, visto le pratiche attuale degli industriali. Quel modello, calcolato su diverse scale di output, ha permesso di verificare la redditività dell’intoduzione delle tecnologie mono-uso sur diversi tipi di operazioni, ma anche la produttività et l’impatto sull’ambiente. Abbiamo valutato i nuovi rischi associati a quelle tecnologie nei bioprocessi.