Produkcja przeciwciał przeciw wirusowi Ebola w systemie roślinnym, konkretnie w tytoniu, rozpoczęła się na kilka lat przed wybuchem epidemii w 2014 r. Roślinny system ekspresji białek heterologicznych przeważa zaletami nad klasycznym systemem bakteryjnym i zwierzęcym. Jako system eukariotyczny pozwala obejść ograniczenia wynikające z natury ekspresji w komórkach bakteryjnych. Dodatkowo, produkty pochodzące z roślin są wolne od zanieczyszczeń i patogenów zwierzęcych, zaś proces wydajnej ekspresji i oczyszczania białek podlega efektywnej optymalizacji, spełniając wymagania FDA wobec produktów farmaceutycznych.

ZMapp to eksperymentalna mieszanka trzech chimerycznych przeciwciał monoklonalnych przeciw wirusowi Ebola (EBOV) opracowana przez Mapp Biopharmaceutical. Preparat zawiera połączenie dwóch wcześniej otrzymanych mieszanek: humanizowanych przeciwciał mysich MB-003 oraz ZMAb. Oba rodzaje przeciwciał wyprodukowano z użyciem tytoniu (Nicotiana benthamiana), organizmu modelowego wykazującego uniwersalną podatność na transfekcję wirusami roślinnymi.

Zielona fabryka

Proces produkcji wykorzystuje metodę przejściowej ekspresji z użyciem roślinnych wektorów wirusowych. W tym przypadku wykorzystano system magnICON opierający się na strategii „minimalnego wirusa”. W metodzie tej, tytoń zostaje transfekowany z użyciem bakterii Agrobacterium tumefaciens. Wprowadzony wektor wirusowy typu tobamovirus pozbawiony jest genów kodujących białka otoczki (CP) oraz białka odpowiadające za przemieszczanie się wirusa z komórki do komórki (MP). Wektory są więc niezdolne do rozprzestrzeniania się w tkance roślinnej, jednak za sprawą delecji genów CP i MP umożliwiają miejscową ekspresję heterologicznych białek o dużej masie. Strategia ta umożliwia także jednoczesne wprowadzenie różnych wektorów kodujących osobne podjednostki białek, które składane są in planta skutkując otrzymaniem białek heteromerycznych, takich jak przeciwciała monoklonalne, w stężeniu sięgającym nawet 1 g/kg świeżej masy (Pogue 2010).

Przeciwciała produkowane w tytoniu wykazują wysoki stopień afukozylacji, która wzmaga efekt cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC) (Zeitlin 2011). Możliwość osobnej hodowli A. tumefaciens stanowiących rezerwuar DNA oraz tytoniu jako organizmu gospodarza, a także optymalna transfekcja dojrzałej rośliny w dowolnym momencie odróżniają system roślinny od klasycznego systemu opartego na CHO (komórkach jajnika chomika chińskiego) oraz pozwalają na relatywnie szybkie reagowanie w czasie epidemii. Co zatem może stanąć na przeszkodzie nowej fali produkcji? Przede wszystkim czas.

Kalendarium zdarzeń

Na ostateczną decyzję o sposobie produkcji leku ZMapp ma wpływ szereg minionych oraz przyszłych wydarzeń związanych z epidemią EBOV. We wrześniu 2014 r. rozpoczęła się I faza badań klinicznych z użyciem ZMapp. Niestety, 11 września Mapp Biopharmaceutical poinformował o wyczerpaniu zapasów leku. W odpowiedzi na ogromne zapotrzebowanie, w październiku 2014 r. rząd USA zobowiązał trzy wybrane firmy (Texas A&M Health Science Center, Emergent Biosolutions i Novartis AG) do przedstawienia strategii produkcji leku w tytoniu. Dwie pierwsze zrobiły to w wyznaczonym terminie. Niestety, w styczniu 2015 r. masowa produkcja leku w tytoniu wciąż pozostawała nierozpoczęta ze względu na brak umów między Texas A&M Health Science Center i Emergent Biosolutions, a laboratoriami doświadczonymi w produkcji przeciwciał w tytoniu. Agencja amerykańska w tym samym czasie nawiązała współpracę z firmą Regeneron and Genentech produkującą ZMapp w ssaczej linii komórkowej CHO.

W ciągu nadchodzących tygodni planowane jest rozpoczęcie II i III fazy badań klinicznych oraz testowanie dwóch szczepionek przeciw EBOV w Liberii. Jak dotąd Kentucky BioProcessing, bezpośredni dotychczasowy producent ZMapp w tytoniu, zakończył 3 z 6 serii produkcyjnych mających zapewnić kilkaset dawek leku do badań klinicznych. Jednak zwiększenie skali produkcji przeciwciał w tytoniu do ilości potrzebnych w powszechnym leczeniu wymaga zaangażowania większej liczby specjalistycznych laboratoriów. Te z kolei wciąż nie są wystarczająco przystosowane do wielkoskalowej produkcji w tytoniu, zarówno pod względem wymagań sprzętowych, jak i odpowiednio przeszkolonego personelu. Może się zatem okazać, że mimo olbrzymich nadziei pokładanych w tytoniu, a także ponad 10-krotnie większej wydajności otrzymywania produktu, w ostatecznym rozrachunku „zielone fabryki” mogą przegrać wyścig z czasem. Laboratoria korzystające rutynowo z CHO są bowiem w pełni wyposażone i przygotowane do optymalizacji i potencjalnego wdrożenia procesu produkcji ZMapp.