Procesos de escalado y mercado BIO

CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIALCARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIALUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRESUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

Diego Bochoeyer

Oct 2011

HOJA DE RUTA

� Planta inoculantes Novozymes (que hacemos?, como lo hacemos?, como

escalamos?, que medimos?)

� Mercado de inoculantes

� Visita a planta

� Cafe� Cafe

� Como esterilizar a gran escala. Nablas

� Industria Biopharma. Algunos números, Porque bajar costos, Necesidades

del mercado.

� Escalado de procesos

� Que es productividad

INOCULANTES

morg. introducidosmorg. introducidosmorg. introducidosmorg. introducidos

InoculaciónInoculaciónInoculaciónInoculación

LCOLCOLCOLCO

Otras moléculas con Otras moléculas con Otras moléculas con Otras moléculas con Actividad BiológicaActividad BiológicaActividad BiológicaActividad Biológica

Mecanismo de acción

AminoácidosAminoácidosAminoácidosAminoácidos

Ácidos CarboxílicosÁcidos CarboxílicosÁcidos CarboxílicosÁcidos Carboxílicos

AzucaresAzucaresAzucaresAzucares

IsoflavonoidesIsoflavonoidesIsoflavonoidesIsoflavonoides

Factores Factores Factores Factores NodNodNodNod

Proceso de Nodulación

Inoculación

N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ = 2NH3 + 8H2 + 16ADP + 16Pi

Fijación biológica de nitrogeno

� La recuperación está íntimamente ligada a la formulación del inoculante. Nro. de bacteria en el inoculante no es

Recuento de producto

� REDCAI

Recuento de Bacterias sobre semilla (Real)

Qué evaluábamos?Qué evaluábamos?Qué evaluábamos?Qué evaluábamos? Qué evaluamos HOY?Qué evaluamos HOY?Qué evaluamos HOY?Qué evaluamos HOY?

Parámetros de Calidad

Nodulación: Burton

Nro. de bacteria en el inoculante no es directamente proporcional al nro. de bacterias recuperadas

� Variabilidad inter-ensayo (semilla, condiciones de inoculación,etc)

Factor de sobrevida

Bacterias “aportadas” a la semilla (teórico)

� No correlaciona con las bacterias recuperadas

Respuesta en planta

Nodulación

� En todos los casos sólo se toman en cuenta los

nódulos ubicados dentro de un cilindro de 2.5 x 2.5

cm

OPT

OPT

+PW

O

PT+P

T2O

PT+P

T2+P

WCo

ntro

l -

10

15

20

25

30

35

40

SP

AD

Nitragin Optimize II®

Op /

PT2

Op / PT2 /

PwUTC

OPT

+PW

O

PT+P

T2O

PT+P

T2+P

WCo

ntro

l -

Mercado Inoculantes

• Mercado ARG en mill de dolares : 50

• + de 72 empresas de las cuales 45 son activas

• + de 405 productos en el mercado

• 90% de estos están destinados para el cultivo de soja

• Productos para tratamiento de semillas • Productos para tratamiento de semillas

biológico+aditivo+fungicida+insecticida+polímeros

• Aparece el servicio como modo de diferenciación

• Soja se usa producto en el 75% de la superficie

• El 90% tratamiento a campo y el 10% es tratamiento

profesional

• Alfalfa 70% de la superficie

• El 95% es a tratamiento profesional y el 5% es tratamiento a

Mercado Inoculantes

• El 95% es a tratamiento profesional y el 5% es tratamiento a

campo

• Otros cultivos hasta el 10% de la superficie

• 100% tratamiento a campo

Nitragin Novozymes

• Primer empresa de inoculante de origen americano

• Primer empresa que desarrollo el inoculante líquido

• Primer empresa que masifica el tratamiento industrial

• 90 % de su facturación es para productos para el cultivo de

sojasoja

• En este mercado Nitragin es la empresa número 1 en MS con

el 25% del mismo en facturación

• Cantidad de empleados: 85

• Facturación anual: 72 mill de pesos.

PLATAFORMAS DE PRODUCCION-ESTERILIZACION

• Esterilización: Eliminación completa, ya sea por destrucción o por

separación, de toda forma de vida de un objeto o material.

– No podemos distinguir entre esterilización y cualquier otro procesos

que sin matar a los m.o. les haga perder su capacidad de reproducirse

– Desde un punto de vista industrial es suficiente que en un medio de

cultivo sometido a un ciclo de esterilidad no se verifique el desarrollo

de ningún tipo de m.o.de ningún tipo de m.o.

• Asepsia: Es la exclusión continua de aquellos m.o. no deseados0

Se pueden clasificar en tres tipos según el efecto producido sobre los m.o.:

DestrucciónCalor húmedo

PLATAFORMAS DE PRODUCCION-ESTERILIZACION

Muerte o Inactivación

Remoción física

(Son los más utilizados para

medios de Fermentación)

Fuentes de alta energía (Radiaciones

ionizantes, UV)

Métodos Químicos

ESTERILIZACION EN BATCH

• Este es el método más común para esterilización de medios de cultivo.

• Un reactor con su medio de cultivo se puede calentar de dos formas

distintas, por la inyección directa de vapor o por calentamiento indirecto a

través de camisa o serpentín.

PLATAFORMAS DE PRODUCCION-ESTERILIZACION

través de camisa o serpentín.

• En todos los casos debe calcularse apropiadamente el tiempo de

retención a la temperatura de trabajo. Para calcular ese valor hay que

tener en cuenta el volumen a esterilizar, la carga microbiana inicial y el

valor final de la concentración de m.o. deseado.

ESTERILIZACION EN BATCH

• Los biorreactores de gran tamaño pueden tardar un tiempo considerable

en llegar a la temperatura de trabajo.

• A fin de minimizar el tiempo de retención (lo cual ahorra energía y

disminuye la destrucción de componentes del medio) se calcula el tiempo

que hay que mantener a 121 °C teniendo en cuenta que por encima de

PLATAFORMAS DE PRODUCCION-ESTERILIZACION

que hay que mantener a 121 °C teniendo en cuenta que por encima de

100 °C ya existe una considerable destrucción celular.

Períodos de la Esterilización:

PLATAFORMAS DE PRODUCCION-ESTERILIZACION

Cálculo del tiempo de retención

• Es una rápida aproximación para calcular tiempos de

retención.

• Se considera que los perfiles de calentamiento y

enfriamiento por encima de los 100° C son lineales y

con pendientes de 1 grado por minuto.

Método de las nablas ( ):

con pendientes de 1 grado por minuto.

• Se construye y utiliza una tabla de valores de nabla a

partir de esporas de B. st.

El Cálculo:

• X0 y Xf son respectivamente el número total de

microorganismos al comienzo y al final del ciclo de

esterilización.

• Para determinar X0 no debe obtenerse una

concentración (UFC/ml) sino el número total. Una

Algunas consideraciones

finales:

concentración (UFC/ml) sino el número total. Una

vez obtenida la concentración, multiplicarla por la

cantidad total de mililitros del medio de cultivo.

• Xf solo puede alcanzar el valor de cero a tiempo

infinito por lo que no puede asegurarse nunca la

completa esterilidad del medio de cultivo.

• Cuando el valor de Xf toma valores decimales, su

significado es estadístico. Un valor de Xf de 0,01 implica

que es esperable que 1 de cada 100 ciclos de

Algunas consideraciones

finales:

que es esperable que 1 de cada 100 ciclos de

esterilización fallen. ¡Esto lo definen Uds!.

• Inoculantes trabaja con Xf de 0,0001, es decir 1 de cada

10.000 ciclos. ¡¡¡Deberíamos esperar 9848 años para

tener la chance de ver fallar al ciclo!!!

Espacio para ejemplo

� Cuanto tiempo tengo que esterilizar un cultivo a 121°C para que

ocurra un evento de contaminación cada 1000 ciclos.

• Volumen del reactor: 10.000 Lts

• Esporas iniciales: 5E+03 UFC/mL

• Nf: 0.00001 UFC = 1E-05 UFC/mL

• t calentamiento: 38 min

• t enfriamiento: 15 min

RESULTADO: 1 min 8 seg

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICAINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

� Mercado farmaceutico mundial 2010: US$ 875 Billion

� Biotecnológicos: Mayor del 10%, US$ 100 Billion, forecast de 150 B para 2015

� Crecimiento mayor al 10%. 20 nuevos productos por año.

� AgroBiotech: 2008 US$ 7.5 billion.

� Ensayos Clínicos Biotecnológicos mayor a US$ 20 Billiones

� Proteínas más Vendidas: inhibidores TNF / Anticuerpos monoclonales /Insulina / EPO

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

Biofarmaceuticos:

Farmaceuticos producidos por métodos biotecnológicos. La fuente del producto es

biológico e involucra organismos vivos o sus componentes. Los productos incluyen:

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

� Anticuerpos monoclonales

� Proteínas terapeuticas

� Vacunas

� Productos derivados de sangre/plasma.

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICAINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

Proteinas: Insulina, EPO, hormonas de crecimiento, citoquinas

Anticuerpos: mayoritariamente para trat de cancer.

Vacunas: Enfermedades virales, influenza, hepatitis.

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICAINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

Anticuerpos monoclonales en expansión.

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICAINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

INDUSTRIA BIOTECNOLÓGICAINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

Mercado de biosimilares en expansión.

Ahorro de costos, se espera un ahorro de 378 B en los prox 20 años.

Productos blockbustersINDUSTRIA BIOTECNOLÓGICA

¿Por qué bajar costos?

Costos de producción Compañías se enfocan en blockbusters

Nº de candidatos biofarmacéuticos considerados

para producirlos

Costos portfolio de productos biológicos

Diversidad de productos Biofarmacéuticos

Desarrollo de productos

¿Por qué bajar costos?

El entendimiento de los mecanismos celulares

+

Las mejoras en las tecnologías

=

Caída en los costos de producción

Ej: insulina pasó de un costo de prod de u$ 400 /gr en 1980 a u$ 5 /gr hoy en día

Se anticipa que el mercado de los biopharma se va a duplicar en los próximos 10 años.

Se necesita tener un entendimiento de los problemas asociados con llevar un producto

biológico desde la escala de desarrollo a la escala de producción.

Objetivos/necesidades del mercado

GOAL: Reducir costos y la complejidad asociados a la producción => Se incrementa

la disponibilidad de medicamentos de varias enfermedades en países en

subdesarrollo.

Cost Reductions: Cost Reductions:

�Mejorar en condiciones de crecimiento de células

�Mejorar en los medios de cultivo

�Mejorar en recuperación de producto

�Mejorar en purificación

Ciclo de vida de un biopharmaceutico

� El costo de llevar un producto al mercado es muy alto y la probabilidad de éxito de que llegue al

mercado es muy baja. El foco más importante está en la velocidad de registro.

� El proceso es víctima de las decisiones tomadas en las etapas de desarrollo temprano. La clave

está en desarrollar el proceso teniendo en mente la etapa de producción y la planta. Es importante

tener en cuenta la línea celular a utilizar, las materias primas, etc.

EMPEZAR CON EL FINAL EN MENTE!!! EMPEZAR CON EL FINAL EN MENTE!!!

� Producir en países de bajos costos

Mexico, Puerto Rico, Irlanda, Kora, Singapur, taiwan, China.

� Biosimilares (Sustancia biológica cuya patente expiro)

Los ahorros vienen dados por el desarrollo y la producción o por los estudios de ensayos

Diferentes opciones para acortar los tiempos y reducir costos

clinico. Se simplifica el proceso de registro.

� Transferencia de tecnología Mover de un nivel a otro una tecnología, sitio o planta.

Asegurar el desarrollo, escalado y proceso GMP

�Contract manufacturing vs Producción “in house”

Necesidad de una producción más eficiente.

Diferentes opciones para acortar los tiempos y reducir costos

�Investigar nuevos � Comprar API � Contract research �Investigar nuevos productos

� Identificar nuevos compuestos

� Contract research service (CRR)

� Copiar (BIOSIMILARES)

� Comprar API

� Hacer el desarrollo de cero

� Comprar CLON

� Contract research manufacturing (CRM)

� CRO (ensayos clinicos)

� Producción “in house”

� Formular el API

Contract Manufacturing Organizations

Muchas compañias farmaceuticas tercerizan o planean tercerizar parte de su

producción.

El mercado de las CMO movió alrededor de 9 B USD en el 2009 y tiene proyección

de crecimiento de 15 B para el 2014.

Algunas CMO:

Biocon, Omnia biologics, SAFC Pharma, Xcellerex, Abbot, Lonza, Sartorius, Merck

& Co, etc.

Contract Manufacturing Organizations

Factores que contribuyen al crecimiento de las CMO:

� Minimización del riesgo

� Falta de expertise

� Desarrollo del pipeline de la compañía.

� Estrategia de la compañía� Estrategia de la compañía

� Proceso de manufactura (fermentación vs cultivo de celuas animales)

Contract Manufacturing Organizations

� Tercerizar a las CMO mejora la estructura global de costos

� Tercerizar a las CMO nos ayuda a enfocarnos en las competencias más fuertes.

� El ahorro de la tercerizacion es significante.

Frost and Sullivan, 2009

Contract Manufacturing Organizations- Planta bioprocesos INTI

� Institución publica tecnologica

� Responsable de fomentar la integración de la comunidad al sistema productivo.

� Asistencia publica a la industria

� Desarrollos productivos especialmente PYMES y Nuevas Empresas de Base Tecnológica.Tecnológica.

� Realización de lotes piloto para registro de productos.

� Escalar resultados de grupos de investigación

� Facilitar la interacción entre la biología y la industria a través de proyectos de desarrollo y transferencia tecnológica.

Scale Up

Scale Up

� El funcionamiento o de un bioreactor en cultivo de células de mamiferos es

critico para la ingeniería de proteínas. Las células animales son mas frágiles, se

contaminan fácilmente y son mas susceptibles a cambios en su

microambiente.

� El escalado es un gran desafío y es donde hay que poner el mayor esfuerzo.

� El escalado de un sistema en suspensión es mas fácil, usualmente requiere � El escalado de un sistema en suspensión es mas fácil, usualmente requiere

un aumento del volumen. Las células animales dependientes de anclaje son un

problema, se puede incrementar la superficie pero trae problemas de

transferencia de O2 y de shear.

Scale Up

Scale Up

Typical Benchmark Mabs

� Títulos finales de anticuerpos monoclonales: 2 g/L

� Scale up: entre 2000 Lts y 20.000 Lts

� Tiempo de ciclo de un bioreactor: dos semanas, con una fase de prod de 10

días

� Productividad especifica por cell: 50 pg/cell-day

� Densidades para procesos FB: 5-12 E+06 cells/mL

� Tiempo de duplicación: 22 h

� Tasa de contaminación: 5%

� Tiempos de desarrollo: 5-10 años

� La probabilidad de éxito: 20-30 % (mas alto que las drogas)

Typical Benchmark Mabs

Biogenericos

Mabs vs Proteinas terapeuticas

� Puesta a punto en medios de cultivo, líneas celulares y desarrollo de

procesos => COSTOSO => Small scale process model (predictivo) => Facilita:

� Transferencia de tecnología.

� Valoración de la variabilidad del proceso.

� Tiempos de proceso reales.

SCALING UP – Desde desarrollo a producción

� Selección temprana del sistema de expresión adecuado => baja costos

asociados a PI

� Sistemas automáticos:

� Recolección de datos maestros para validaciones

� Incrementa la robustez

Estrategias para que el scale up sea exitoso

� Inversión y plataformas para el proceso

� Diseño experimental del escalado

� Personal altamente capacitado a la hora de transferir- Expertise

SCALING UP – Desde desarrollo a producción

� Contar con buenos datos del scale down

� Pensar comercialmente lo antes posible- Interacción técnica/comercial

� Establecer escalabilidad y robustez para un proceso de producción GMP

� Control de los parámetros crítico

� Automatización

� Validaciones- Factor crítico (THE PROCESS IS THE PRODUCT)

� Validación con el scale down- Microscale bioreactor system

� Una planta altamente instrumentada y automatizada => es importante

tanto en las fases de desarrollo como de producción.

� Permite tomar desiciones tempranas en el proceso => Incrementa la calidad

del proceso. Requerimiento FDA.

� Reduce el tiempo lag entre la toma de muestra y el análisis en el

laboratorio.

SCALING UP – PAT

laboratorio.

� Ej: Medidor on line de biomasa.

Analisis comparativo de tamaños de plantas, escalas y costos

Como se define la productividad ?

� Maximizar la productividad se trata realmente de maximizar los retornos en

la inversion o entregar sufiente producto para suplir la demanda.

� Mas ventas que producto => Limitación en la planta.

� Capacidad adecuada => Foco en la optimización.

Como maximizar la productividad?

1. PLANING

2. Monitorear y reducir perdidas

3. Mejorar las técnicas de trabajo hacia el resultado exitoso

4. Minimizar los riesgos de los sistemas

5. Reducir la variabilidad5. Reducir la variabilidad

Scale up in mind

� La fermentación y el cultivo de células debe ser realizado con el desarrollo

y el escalado en mente.

� Esto debe comenzar con el uso de componentes de medio baratos y que

esten disponibles en el mercado , a dif de los insumos que se usan para

desarrollo.

� Elegir materias primar que puedan ser provistas por mas de un proveedor. � Elegir materias primar que puedan ser provistas por mas de un proveedor.

� Ojo con los componentes animales.

� Control de procesos reales que puedan ser llevados a gran escala y

automatizarlos.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!!

Diego BochoeyerDiego Bochoeyerdiego.bochoeyer@gmail.com

dgob@novozymes.com