Diseño del proceso downstream para la producción de vacunas de partículas virales para la COVID-19 recuperadas de nicotiana benthamiana en Perú

Abstract

Se realizó el diseño de un proceso aguas abajo (downstream) para la producción de vacunas de partículas virales para la COVID-19 recuperadas de Nicotiana benthamiana en Perú tomando como modelo de expresión del gen viral antígeno por el método de Agrobacterium tumefaciens. Esta planta fue seleccionada para actuar como biorreactor con condiciones definidas (temperatura, periodo de crecimiento, método de infiltración, etc) a partir de la revisión bibliográfica en el campo de estudio. El proceso downstream consta de 4 principales etapas: la extracción (centrífuga de discos primaria y homogeneizador de alta presión), clarificación (centrifuga de discos secundaria y filtro de profundidad), purificación (cromatografía de afinidad y de intercambio aniónico), concentración y acabado (ultrafiltro, filtro estéril y equipo de formulación). Para el estudio, se definió una capacidad de producción de 600 kg biomasa de Nicotiana benthamiana con la VLPs/lote y se establecieron los parámetros operacionales para los equipos propuestos. Se realizaron los balances de materia y energía para dimensionar los equipos considerando las variables de diseño y las condiciones de operación para cada unidad. La etapa de cromatografía de afinidad fue diseñada utilizando modelos matemáticos que describen la cinética de adsorción, para lo cual se empleó el software CADET en Matlab y se determinó que un arreglo cromatográfico de tres columnas en contracorriente operando de manera continua a una velocidad de alimentación de 200 cm/h permite obtener una productividad de 8.58 g/L/h. Al final del proceso, se llegan a obtener a obtener 371 g de producto/lote, que generan aproximadamente 89.9 millones de dosis por lote, considerando las especificaciones de las BPM en industrias biofarmacéuticas. Asimismo, se determinó que, en el año se pueden producir 8 lotes, de modo que se determinaron indicadores económicos en términos del VAN y el TIR, con valores de 207 363 636.35 USD y 76% respectivamente. Así, se llegó a la conclusión que el proyecto es viable y rentable en las condiciones evaluadas en este trabajo.

The design of a downstream process for the production of virus-like particle vaccines for COVID-19 recovered from Nicotiana benthamiana in Peru was carried out using agrobacterium tumefaciens method as an advantageous expression system of the viral antigen gene. The plant was selected to act as a bioreactor in order to produce viral particles under certain conditions defined from a literature review (temperature, growing period and agroinfiltration method). The downstream process consists of four main stages: extraction (primary disc centrifuge and high-pressure homogenizer), clarification (secondary disc centrifuge and depth filter), purification (affinity and anion exchange chromatography) and concentration and formulation (ultrafilter, sterile filter and formulation equipment). A production capacity of 600 kg biomass/batch was defined and the operational parameters for the proposed equipment were also established. The mass and energy balances were carried out to select each equipment regarding the design heuristics and operating conditions of the process stages. The affinity chromatography stage was depicted mathematically using adsorption models to describe the process kinetic by the Langmuir isotherm. Matlab simulation software was used to solve the differential equations that represent the process model and the initial flow rates were modified. The best results were obtained when operating continuously in a three-column period counter-current chromatographic array at 200 cm/h which allows to obtain a productivity of 8.58 g/L/ h. The purity requirements according to the specifications of the Good Manufacturing Practices in biopharmaceutical industries and the biological risks associated to the process were evaluated obtaining 371 g of purified and formulated product, which provides approximately 89.9 million doses per batch. Based on each activity in the process, 8 batches are obtained per year, the viability was determined in terms of NPV (207 363 636.35 US$) and IRR (76%), concluding that it is viable and profitable.