Forced degradation test and PAT application as online instrument to detect degradation

La stabilità di un vaccino rappresenta un elemento cruciale per assicurarne l'integrità e l'efficacia durante le varie fasi di distribuzione. E’ compito della formulazione affrontare tale questione ed è essenziale sviluppare un sistema di monitoraggio della qualità del prodotto che sia accurato, rapido e e riproducibile. Nei metodi convenzionali, i campioni sono prelevati in varie fasi del processo e inviati a un laboratorio di analisi. I risultati sono quindi disponibili dopo ore o giorni, impedendo l'introduzione di azioni correttive sul processo. Questo lavoro di tesi ambisce all'uso di Process Analytical Technology (PAT), che fonriscano informazioni sulla stabilità del vaccino in tempo reale. Nello specifico si è studiato l'impatto di vari stress su quattro prodotti biologici GSK (adiuvante lipidico, due vaccini proteici e un vaccino mRNA). I prodotti sono stati esposti a test di degradazione forzata, con condizioni più sfidanti di quelle di produzione. Per garantire che l'esperimento fosse veritiero e non sovrastimasse l'effetto, i parametri operativi sono stati scelti con cura. L'impatto delle sollecitazioni sugli Critical Quality Attribute del prodotto è stato poi valutato con tecniche analitiche ad hoc. La seconda fase del progetto si è concentrata sull'implementazione delle PAT come potenziali strumenti per il monitoraggio online della degradazione. A tal fine sono stati creati modelli di previsione a partire dalle letture spettrofotometriche dei campioni generati durante la prima fase, di degradazione nota. I campioni stressati scelti erano quelli che meglio rappresentavano il graduale deterioramento del prodotto. I dati acquisiti durante l'analisi spettroscopica sono stati inviati al gruppo chemiometrico di GSK, che ha eseguito l'analisi delle componenti principali e ha impiegato la regressione ai minimi quadrati parziali per ottenere il modello. Nel caso del vaccino proteico, l'obiettivo era creare un modello preciso per un'aggregazione del prodotto inferiore al 25%. Infatti, con un prodotto che supera questo livello di degradazione, i requisiti di qualità, sicurezza ed efficacia non sono più soddisfatti. Si voleva determinare quale delle PAT studiate (FTIR, NIR, Raman e UV-Vis) presentasse la previsione più accurata dell'aggregazione del vaccino. La spettrometria NIR ha prodotto i risultati migliori, considerando sia la complessità della tecnica sia le caratteristiche del modello creato. Inoltre, è stata utilizzata una nuova serie di dati con questo modello per valutarne l'affidabilità. Sono stati sviluppati modelli preliminari per il vaccino a base di mRNA che utilizzano il segnale spettroscopico per prevedere il valore dei principali parametri di qualità indicanti l'integrità del prodotto. Gli attributi di qualità analizzati sono stati dimensione delle particelle, concentrazione di mRNA, area dell'elettroferogramma. Lo scopo era quello di determinare quali tra questi forniscono i migliori risultati attraverso la misurazione con NIR e UV. Tutti i modelli sviluppati hanno soddisfatto i criteri di robustezza e di affidabilità in entrambi i casi. Infine, concentrazione dell'mRNA estratto è stata scelta per i due metodi per rappresentare la degradazione del prodotto. In conclusione, questo studio ha dimostrato la potenziale applicazione del NIR come strumento di monitoraggio online della degradazione dei vaccini. Il proseguimento della ricerca in quest'area è estremamente prezioso, in quanto può fornire soluzioni alle sfide dei processi di produzione.