СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ФАКТОРА VIII ИЗ ПЛАЗМЫ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR PRODUCING CONCENTRATED FACTOR VIII OF HUMAN BLOOD PLASMA

Изобретение относится к области фармацевтической промышленности, а именно к биотехнологии получения гемостатических препаратов. Количественный или функциональный дефицит фактора (Ф) VIII свертывания крови вызывает развитие наследственного геморрагического заболевания гемофилии А, основным методом лечения и профилактики которой является заместительная терапия препаратами Ф VIII.
Ф VIII является гликопротеином плазмы крови, нековалентно связанным с фактором Виллебранда, который существенно повышает стабильность Ф VIII. Ген Ф VIII локализован на Х-хромосоме, и его мутации обуславливают развитие гемофилии А, наследуемой по рецессивному признаку. Активированный Ф VIII (Ф VIIIa) является лабильным, не ферментативным белковым ко-фактором Ф IXa. Ф VIII является необходимым компонентом внутреннего пути свертывания крови (Зубаиров Д.М. Фактор VIII. В: Молекулярные основы свертывания крови и тромбообразования. 2000, Казань, с.101-110).
В заместительной терапии больных гемофилией А и для ее профилактики применяют препараты, содержащие Ф VIII. В настоящее время потребность здравоохранения РФ в препаратах Ф VIII составляет порядка 300 миллионов Международных единиц (ME), но масштабное отечественное промышленное производство в стране отсутствует (Ямкин А.В. и др. Способ получения и свойства препарата VIII фактора свертывания плазмы крови человека // Сибирский мед. журнал, 2009, №2, с.17-20). Получение Ф VIII осуществляется или фракционированием плазмы крови человека или животных, или рекомбинантными методами генной инженерии. Полученные из плазмы крови препараты могут содержать, кроме Ф VIII, фактор Виллебранда, что предполагает их применение при болезни Виллебранда. К проблемам производства препаратов Ф VIII из плазмы крови человека следует отнести:
- возможность инфицирования реципиента вирусами гепатитов (А, В, С), иммунодефицита человека, парвовирусом, сифилисом и другими патогенами,
- возможность переноса реципиенту с определенной группой группы присутствующих в препаратах (концентраты средней чистоты) антител к антигенам эритроцитов других групп крови,
- контаминация препаратов Ф VIII балластными белками,
- стабильность белка Ф VIII в его концентратах (по существующим требованиям Ф VIII должен быть стабилен в течение 12 часов после растворения лиофилизата) (Burnouf Т. Plasma fractionation in the world: current status // Transfus. Clin. Biol., 2007, v.14 (1), p.41-50).
Для решения этих проблем разработаны соответствующие технологические подходы. Так, при подготовке пула плазмы крови проводят отбор тщательно проверенных здоровых доноров, у которых определяют возможное инфицирование вирусами гепатита, иммунодефицита человека и др. Однако для полной гарантии отсутствия вирусной инфекции в процессе получения концентратов антигемофильного фактора осуществляют вирусную инактивацию. В связи с различной природой вирусов (с или без липидной оболочки) инактивацию наиболее часто проводят комплексно, а именно сольвент-детергентами и соответствующим нагреванием (двойная инактивация) (Guidelines on viral inactivation and removal procedures intended to assure the viral safety of human blood plasma products: Annex 4. - WHO Technical Report, Series N24, 2004, p.177).
Для повышения степени очистки получаемых концентратов Ф VIII последовательно используют комплекс процедур фракционирования (преципитацию, различные виды и сочетания высокоэффективных хроматографических методов). Увеличение чистоты препарата обеспечивает повышение его удельной, специфической активности (коагулологическая активность Ф VIII/мг белка) и снижает содержание примесных нежелательных компонентов.
Для повышения стабильности концентратов Ф VIII в процессе его получения применяют удаление белков протромбинового комплекса, добавление альбумина, гепарина, лизина и других веществ.
В настоящее время широко используют следующие препараты Ф VIII из плазмы крови:
Таблица 1
Характеристика антигемофильных препаратов
Препарат
Метод получения
Удельная активность Ф VIII, МЕ/мг белка
Производитель
Примечание
Koate-DVI
Фракционирование по Кону-Орли, осаждение, хроматография
50
Barer, США
+ФВ, с./д. и нагрев
Immunate
ИОХ
70
Baxter, США
+ФВ, с./д. и нагрев
Octanate
ИОХ
100
Octapharma, Австрия
+ФВ, с./д. и нагрев
Factor 8Y
Осаждение гепарин/глицин
2,5-4
Bio Pro. Lab., Англия
+ФВ, сухой нагрев,
Emoclot
ИОХ
80
Kedrion, Италия
+ФВ, с./д. и сухой нагрев
Примечание: с./д. - сольвент/детергент, +ФВ - присутствие фактора Виллебранда, ИОХ - ионообменная хроматография.
Известны следующие способы выделения из плазмы Ф VIII.
Методом, представленным в Патенте РФ №2324495, Ф VIII получали криофракционированием плазмы крови, растворением криопреципитата, вирусной инактивацией криопреципитата сольвент-детергентным методом с применением три-н-бутилфосфата и тритона Х-100, хроматографией на Сефарозе 4FF, ультрафильтрацией и лиофилизацией.
Патент США 5252709 А1 описывает способ получения концентрата Ф VIII, заключающийся в суспендировании криопреципитата плазмы в растворе гепарината натрия, осаждении балластных белков гидроксидом алюминия, стерилизующей фильтрации получаемого супернатанта, вирусной инактивации сольвент-детергентами, адсорбции целевого продукта на хроматографической колонне с Фрактогелем с последующей элюцией буферным раствором, содержащим хлорид натрия, и лиофилизации.
В Патенте США 5259951 А1 препарат Ф VIII получали из плазмы крови криоосаждением и растворением криопреципитата в растворе, содержащем хлорид натрия, гепарин и глицин, очисткой гидроксидом алюминия, нагреванием полупродукта в присутствии стабилизатора, ионообменной хроматографией, диализом преципитата, нагреванием и фильтрационной стерилизацией с последующей лиофилизацией.
В Патенте США 5259951 А1 высокоочищенный Ф VIII плазмы крови получали последовательным применением криопреципитации, растворения криопреципитата в водном растворе, содержащим гепарин, очистки гидроксидом алюминия и полиэтиленгликолем (ПЭГ)-4000, хроматографии на ионообменнике, стабилизации альбумином, гепарином, ПЭГ-4000, лизином и гистидином, концентрирования, диафильтрации, тепловой вирусной инактивации и лиофилизации.
Наиболее близким к заявляемому методу (прототипом) является способ получения Ф VIII, представленным в Патенте РФ 2253475 С1. Способ заключается в получении из плазмы крови человека криопреципитата, который суспендируют в водном растворе гепарина (1-3 МЕ/мл), в очистке от балластных белков гидроксидом алюминия и ПЭГ-4000 (конечные концентрации 0,3% и 2%, соответственно), в вирусной инактивации сольвент-детергентным методом в присутствии Твина, в микрофильтарции, в хроматографическом фракционировании на ДЭАЭ-содержащем носителе с применением буферных (pH 6,75-6,85) растворов различной ионной силы, в стабилизации полученного раствора Ф VIII альбумином (конечная концентрация 0,1%), стерилизации микрофильтрацией, в лиофилизации и в последующей термообработке с целью дополнительной вирусной инактивации. К недостаткам данного метода можно отнести существенную потерю целевого вещества при хроматографическом фракционировании и недостаточную степень очистки выделяемого Ф VIII. На стадии хроматографической очистки выход Ф VIII составлял 40-45%, содержание и удельная специфическая активность фактора VIII были равны 15-20 МЕ/мл и 80-100 МЕ/мг белка, соответственно.
Целью настоящего изобретения является разработка способа промышленного производства стабильного высокоочищенного Ф VIII. Данная цель достигается разработкой технологии, обеспечивающей получение лиофилизированной формы концентрата Ф VIII с высокой специфической удельной активностью за счет повышения степени очистки.
Разработку технологии выделения Ф VIII для получения антигемофильного фактора сначала проводили в лабораторных условиях, а затем масштабировали в условиях опытного производства. Производство препарата Ф VIII соответствовало правилам Хорошей Производственной Практики (GMP), надлежащим правилам промышленной деятельности, стандартным операционным процедурам (СОП) и необходимым условиям стерильности.
На всех стадиях производства исходное сырье, промежуточные продукты и целевой препарат тестируют по активности Ф VIII одностадийным коагулологическим методом и содержанию белка методом Бредфорда. На различных стадиях производства определяют коагулологическую активность фактора Виллебранда и протромбина, содержание фибронектина измеряют твердофазным иммуноферментным методом. На уровне промышленного производства строго контролируют степень микробного инфицирования.
Сырьем для получения Ф VIII является свежезамороженная плазма донорской крови с активностью Ф VIII не менее 0,7 МЕ/мл. Необходимое условие использования плазмы заключается в доказанном отсутствии ее инфицирования вирусами гепатитов В и С и иммунодефицита ВИЧ 1/ВИЧ 2. В процессе очистки Ф VIII на стадии осаждения применяют комбинацию полиэтиленгликоля (ПЭГ)-4000 (Merck, Германия) и гидроксида алюминия (Biosector, Дания). Для проведения вирусной инактивации используют 1% раствор Твин 80 и 0,03% три-n-бутилфосфат (Merck, Германия). Анионообменную хроматографию проводят на сильных анионообменниках группы ТМАЕ, не содержащих ДЭАЭ, предпочтительно EMD-TMAE Fractogel (Merck, Германия), с использованием хроматографической колонны Millipore Vantage S2 и хроматографа BioProcess (GE, США). Концентрацию ионов натрия определяли на ионном анализаторе (CIBA-CORNING, США). Стерильную фильтрацию препарата осуществляют с помощью фильтров 0,22 мкм (Millipore, США), а лиофилизацию - на аппарате SERAIL (Франция) по специально разработанному режиму.
Заявляемый способ получения Ф VIII состоит из следующих стадий:
1. Из свежезамороженной плазмы крови человека методом контролируемого оттаивания и центрифугирования выделяют криопреципитат (КП) (отделяемый криосупернатант используют как сырье для получения Ф IX, альбумина и иммуноглобулинов).
2. Полученный КП солюбилизируют с последующей корректировкой pH. Для повышения степени очистки целевого Ф VIII используют водный раствор, содержащий 5-100 международных единиц (ME) нефракционированного гепарина в 1 мл, предпочтительно 10-25 МЕ/мл.
3. Солюбилизированный КП обрабатывают гелем гидроксида алюминия, интенсивно сорбирующим при нейтральных pH факторы протромбинового комплекса. Раствор КП без факторов протромбинового комплекса очищают от фибриногена, фибронектина и других белков с помощью осаждения ПЭГ-4000 и центрифугирования.
Сочетанное применение используемых конечных концентраций гепарина (5-100 МЕ/мл), гидроксида алюминия (0,3%) и ПЭГ-4000 (3,5%) обеспечивает получение промежуточного продукта - очищенного раствора КП - с повышенными стабильностью и удельной специфической активностью Ф VIII за счет более эффективного удаления балластных белков и протеаз. Применение выбранных концентраций гепарина (предпочтительно 10-25 МЕ/мл), величины кислотности (предпочтительно pH=6,6) и конечной концентрации ПЭГ-4000 (3,5%) обеспечивает существенное снижение еще до стадии хроматографической очистки содержания фибриллярного белка фибронектина от 2-4 г/л до 20-30 мг/л (в прототипе - 200-300 мг/л).
4. Очищенный раствор КП подвергают вирусной инактивации с помощью сольвент-детергента (Твин-80 и три-n-бутилфосфат) и предварительной фильтрации с оптимальными условиями вирусной инактивации: нейтральные значения pH (6,9-7,1), температура 25°С и время обработки 6 часов.
5. Дальнейшее выделение (очистку) Ф VIII из раствора вирус-инактивированного КП проводят анионообменной хроматографией (АОХ) с использованием сильных анионообменников, предпочтительно ионоообменник EMD-TMAE Fractogel. Данный тип сорбентов в комбинации с применением оптимальной ионной силы фракционирования позволяет снизить степень адгезивности фактора Виллебранда и повысить стабильность целевого препарата Ф VIII, содержащего фактор Виллебранда. Хроматографическую очистку проводят при размерах колонки - 10×15 см, количестве наносимого образца - 120-200 тысяч ME, стартовом буфере - трис-цитратном солевом с нейтральным pH, элюции - ступенчатым градиентом NaCl и скорости нанесения и элюции - 80-100 см/час.
6. Целевая фракция Ф VIII, полученная на этапе АОХ, имеет удельную активность не менее 140 (150-200) МЕ/мг белка, что существенно (в 1,5-2 раза) превышает удельную активность Ф VIII известных препаратов из плазмы крови. Эту фракцию разводят трис-цитратным буфером с нейтральным pH до требуемой активности Ф VIII, стабилизируют альбумином до конечной концентрации альбумина в препарате 0,1% и проводят стерильную фильтрацию и розлив раствора Ф VIII во флаконы.
7. Разлитый по флаконам раствор Ф VIII лиофильно высушивают и подвергают дополнительной термической вирусной инактивации; потеря активности при термоинактивации не превышает 5%.
После лиофилизации и термической вирусной инактивации в условиях промышленного масштабирования разработанной технологии получают 70-130 флаконов (20 мл) лиофильно высушенного Ф VIII для раствора для инъекций со специфической активностью Ф VIII 200-300 МЕ/флакон со значением выхода специфической активности Ф VIII всего технологического процесса 13-20%.
Ниже представлены конкретные примеры осуществления изобретения.
Пример 1.
1. 180 л Свежезамороженной плазмы доноров, прошедшей аттестацию на наличие инфекций, с активностью Ф VIII, равной 0,75 МЕ/мл (содержание основного продукта 135000 МЕ), размораживают в реакторе при температуре -0,5°С и выделяют криопреципитат (КП) с помощью проточной центрифуги при 1800 об/мин и 3°С. Масса КП составляла 2,0 кг, содержание целевого продукта 80000 ME (выход по целевому продукту 59%).
2. Полученный КП растворяют в водном растворе гепарина (10 МЕ/мл очищенной воды) и солюбилизировают при 25°С. pH Растворенного и солюбилизированного КП корректируют до 6,8. Объем КП 8,0 л, активность целевого на стадии продукта 72000 ME (выход на стадии 90%).
3. Сорбцию факторов протромбинового комплекса осуществляют добавлением к КП 3% геля гидроксида алюминия в количестве, равном 1/10 от массы КП, с перемешиванием при 25°С в течение 15 минут. Осаждение фибриногена, фибринектина и балластных белков проводят добавлением 32% ПЭГ-4000 до конечной концентрации 3,5%. pH доводят до 6,6 и смесь центрифугируют при 4000 об/мин при 2-4°С. Объем целевого супернатанта 8,0 л, активность целевого продукта 70140 ME (выход на стадии 97%).
Эффективность сорбции факторов протромбинового комплекса и удаления примесных белков представлены на рисунке 1 (Сорбция факторов протромбинового комлекса гидоксидом алюминия) и рисунке 2 (Удаление фибриногена ПЭГ-4000), соответственно.
4. Вирусную инактивацию сольвент-детергентным методом проводят добавлением 11% раствора Твин 80 до конечной концентрации 1% с последующим медленным добавлением три-n-бутилфосфата до конечной концентрации 0,3%; pH доводят до 6,8. Вирус-инактивированный полупродукт фильтруют через фильтры Millipore диаметром пор 2-8 мкм. Объем предварительно отфильтрованного раствора составляет 9,0 л, содержание на стадии целевого продукта 69300 ME (выход на стадии 99%).
5. Хроматографическое фракционирование проводят с помощью ионообменника EMD-TMAE Fractogel, стартового, промежуточного и элюирующего буферов с концентрациями ионов натрия 130, 170 и 450 ммоль/л и проводимостью 15, 18 и 48 мСм/см. Объем элюирующего буфера 3,5 л, скорость элюции 4,7 л/час. Объем продукта 0,4 л, количество 45000 ME. Выход на стадии целевого продукта составляет 65%, активность Ф VIII в целевой фракции равна 110 МЕ/мл, а удельная специфическая активность Ф VIII повысилась от 45 до 150 МЕ/мг белка. Данные представлены на рисунке 3 (Хроматографическая очистка Ф VIII).
6. Стерильную фильтрацию целевой фракции хроматографической очистки после разведения до требуемой активности и стабилизации альбумином (конечная концентрация 0,1%) проводят с помощью фильтров Millipore с диаметром пор 0,22 мкм и стерильный продукт разливают во флаконы. На выходе стадии после проведения соответствующих анализов объем целевого продукта составляет 2,2 л, суммарная активность Ф VIII - 44000 ME (98%).
7. Целевой продукт замораживают при -50°С и давлении, равном 1 бар, в течение 75 часов и затем лиофилизируют в условиях -20°С-+30°С при давлении 60 мкбар в течение 40,5 часа. Затем проводят термическую вирусную инактивацию при 80°С и давлении 60 мкбар в течение 72 часов. Выход целевого препарата Ф VIII равен 40000 ME. Выход на стадии 90%. Выход всего технологического процесса - 30%.
Пример 2.
1. 220 л Свежезамороженной плазмы доноров, прошедшей аттестацию на наличие инфекций, с активностью Ф VIII, равной 0,9 МЕ/мл (содержание основного продукта 198000 ME), размораживают в реакторе при температуре -0,5°С и выделяют криопреципитат (КП) с помощью проточной центрифуги при 18000 об/мин и 3°С. Масса КП составляет 2,2 кг, содержание целевого продукта 109470 ME (выход по целевому продукту 55,3%).
2. Полученный КП растворяют в водном растворе гепарина (20 МЕ/мл, очищенная вода) и солюбилизируют при 25°С. pH Растворенного и солюбилизированного КП корректируют до 6,8.
3. Сорбцию факторов протромбинового комлекса осуществляют добавлением к КП 3% геля гидроксида алюминия в количестве, равном 1/10 от массы КП, с перемешиванием при 25°С в течение 15 минут. Осаждение фибриногена, фибринектина и балластных белков проводят добавлением 32% ПЭГ-4000 до конечной концентрации 3,5%. pH Доводят до 6,6 и смесь центрифугируют при 4000 об/мин при 2-4°С. Содержание целевого продукта 88450 ME (выход на стадии 81%).
4. Вирусную инактивацию сольвент-детергентным методом проводят добавлением 11% раствора Твин 80 до конечной концентрации 1% с последующим медленным добавлением три-n-бутилфосфата до конечной концентрации 0,3%; pH доводят до 6,8. Вирус-инактивированный полупродукт фильтруют через фильтры Millipore диаметром пор 2-8 мкм. Содержание на стадии целевого продукта 87 565 ME (99%).
5. Хроматографическое фракционирование проводят с помощью ионообменника EMD-TMAE Fractogel, стартового, промежуточного и элюирующего буферов с концентрациями ионов натрия 130, 170 и 450 ммоль/л и проводимостью 15, 18 и 48,0 мСм/см. Объем элюирующего буфера 3,5 л, скорость элюции 4,7 л/час. Содержание целевого продукта 68 400 ME. Выход на стадии целевого продукта составляет 78%, удельная специфическая активность Ф VIII равна 165 МЕ/мг белка.
6. Стерильную фильтрацию целевой фракции хроматографической очистки после разведения до требуемой активности и стабилизации альбумином (конечная концентрация 0,1%) проводят с помощью фильтров Millipore с диаметром пор 0,22 мкм и стерильный продукт разливают во флаконы.
Содержание фактора VIII - 65830 ME, выход целевого продукта на стадии составил 96%.
7. Целевой продукт замораживают при -50°С и давлении, равном 1 бар, в течение 75 часов и затем лиофилизируют в условиях -20°С-+30°С при давлении 60 мкбар в течение 40,5 часа. Затем проводят термическую вирусную инактивацию при 80°С и давлении 60 мкбар в течение 72 часов. Выход целевого препарата Ф VIII равен 59100 ME. Выход на стадии 90%. Выход всего технологического процесса - 30%.
Полученные антигемофильные концентраты Ф VIII были стерильными, характеризовались суммарным содержанием белка (эндогенный белок и экзогенный альбумин) 1,5-1,8 мг/мл, концентрацией ионов натрия 165-175 ммоль/л; целевой Ф VIII (после хроматографической очистки) обладал высокой специфической удельной активностью (не менее 140 МЕ/мг белка). Фармакокинетика полученного препарата Ф VIII в плазме практически не отличалась от таковой антигемофильного препарата Immunate (Baxter, США); данные представлены на рисунке 4 (Фармакокинетика полученного препарата Ф VIII и препарата Immunate).
Полученный препарат Ф VIII, согласно разрешению на медицинское применение, использовали в клинике Гематологического научного центра РАМН для лечения 20 больных гемофилией А. Показаны высокая лечебная эффективность и хорошая степень восстановления полученного препарата Ф VIII.