Algumas das terapias genéticas mais caras em uso atualmente são destinadas ao tratamento de doenças específicas, e seu alto custo limita o acesso a elas para quem realmente precisa. Parte do motivo desse alto custo é que o processo de fabricação gera até 90% de material inativo, e a separação dessas partes inúteis é lenta, leva a perdas significativas e não é bem adaptada à produção em larga escala. A separação representa quase 70% do custo total de fabricação da terapia genética. Mas agora, pesquisadores do Departamento de Engenharia Química e do Centro de Inovação Biomédica do MIT descobriram uma maneira de melhorar consideravelmente esse processo de separação.

As descobertas são descritas na revista ACS Nano , em um artigo de autoria do cientista pesquisador do MIT Vivekananda Bal, do professor Edward R. Gilliland Richard Braatz e de outros cinco autores.

“Desde 2017, foram realizados cerca de 10.000 ensaios clínicos de medicamentos de terapia genética”, afirma Bal. Destes, cerca de 60% são baseados no vírus adeno-associado, que é usado como vetor para o gene ou genes modificados. Esses vírus consistem em uma espécie de estrutura protetora, conhecida como capsídeo, que protege o material genético em seu interior, mas os sistemas de produção usados para fabricar esses medicamentos tendem a produzir grandes quantidades de capsídeos vazios, sem material genético em seu interior.

Essas cápsulas vazias, que podem representar de metade a 90% do rendimento, são terapeuticamente inúteis e, na verdade, podem ser contraproducentes, pois podem agravar qualquer reação imunológica no paciente sem trazer nenhum benefício. Elas devem ser removidas antes da formulação, como parte do processo de fabricação. Os processos de purificação existentes não são escaláveis, envolvem múltiplas etapas, têm longos tempos de processamento e acarretam altas perdas de produto e custos elevados. 

Separar capsídeos cheios de vazios é complicado pelo fato de que, em quase todos os aspectos, eles parecem praticamente idênticos. "Ambos têm estrutura semelhante, as mesmas sequências de proteínas", diz Bal. "Eles também têm peso molecular e densidade semelhantes." Dada a semelhança, é extremamente difícil separá-los. "Como se chega a um método?"

A maioria dos sistemas atuais utiliza um método baseado em cromatografia, no qual a mistura passa por uma coluna de material absorvente, e pequenas diferenças nas propriedades podem fazer com que as partículas passem em velocidades diferentes, permitindo sua separação. Como as diferenças são muito sutis, o processo exige múltiplas etapas de processamento, além das etapas de filtração, aumentando o tempo e o custo. O método também é ineficiente, desperdiçando até 30% ou 40% do produto, afirma Bal. E o produto resultante ainda apresenta pureza de apenas cerca de dois terços, com um terço de material inativo restante.

Existe outro método de purificação amplamente utilizado na indústria farmacêutica de pequenas moléculas, que utiliza um processo de cristalização preferencial em vez de cromatografia, mas esse método ainda não havia sido testado para a purificação de proteínas — especificamente, de fármacos à base de capsídeos. Bal decidiu experimentá-lo, pois, segundo ele, “o tempo de operação é curto, a perda de produto também é muito baixa e a pureza alcançada é altíssima devido à alta seletividade”. O método separa os capsídeos vazios dos cheios na solução, além de separar detritos celulares e outros materiais inúteis, tudo em uma única etapa, sem a necessidade das etapas significativas de pré e pós-processamento exigidas pelos outros métodos.

“O tempo necessário para a purificação usando o método de cristalização é de cerca de quatro horas, em comparação com o necessário para o método de cromatografia, que é de cerca de 37 a 40 horas”, afirma. “Basicamente, é cerca de 10 vezes mais eficiente em termos de tempo de operação.” Este novo método reduzirá o custo dos medicamentos de terapia genética de cinco a dez vezes, acrescenta.

O método se baseia em uma diferença muito pequena no potencial elétrico dos capsídeos cheios em comparação com os vazios. As moléculas de DNA têm uma leve carga negativa, enquanto a superfície dos capsídeos tem uma carga positiva. "Por causa disso, a distribuição geral da densidade de carga dos capsídeos cheios será diferente da dos capsídeos vazios", explica ele. Essa diferença leva a uma diferença nas taxas de cristalização, o que pode ser usado para criar condições que favoreçam a cristalização dos capsídeos cheios, deixando os vazios para trás.

Os testes comprovaram a eficácia do método, que pode ser facilmente adaptado a processos de fabricação farmacêutica em larga escala, afirma ele. A equipe solicitou uma patente por meio do Escritório de Licenciamento de Tecnologia do MIT e já está em negociações com diversas empresas farmacêuticas para iniciar testes do sistema, o que poderia levar à sua comercialização em alguns anos, diz Bal.

Além de Bal e Braatz, a equipe de pesquisa também incluiu Jacqueline Wolfrum, Paul Barone, Stacy Springs, Anthony Sinskey e Robert Kotin, todos do Centro de Inovação Biomédica do MIT. O trabalho foi financiado pelo Massachusetts Life Sciences Center, Sanofi SA, Sartorius AG, Artemis Life Sciences e pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA.