مروری جامع بر صنعت پلاسمای خون و جداسازی پروتئین‌های آن

بازار جهانی پلاسما:

بر اساس گزارش بازار 2023 توسط Grand View Research، اندازه بازار جهانی درمان‌های مشتق شده از پلاسما در سال 2022 به 45/24 میلیارد دلار آمریکا ارزش‌گذاری شد و مطابق پیش‌بینی نرخ رشد مرکب سالانه یا CAGR، میزان رشد از سال 2023 تا 2030، 1/8 درصد خواهد بود.

مسائل عرضه و تقاضا:

تقاضا برای پلاسما به دلیل افزایش بیماری‌های مزمن مانند هموفیلی و نقص ‌ایمنی رو به افزایش است. با این حال، چالش‌ها در عرضه به دلیل مسائل مربوط به حفظ اهداکننده و نرخ محدود اهدای پلاسما در برخی مناطق باقی می‌ماند.

جمع‌آوری و غربالگری پلاسمای خون:

جمع‌آوری پلاسمای خون شامل گرفتن پلاسمای انسانی از اهداکنندگان است که اغلب از طریق فرآیند پلاسمافرزیس انجام می‌شود (فرآیندی که پلاسمای خون را به ‌طور انتخابی از سایر اجزای خون جدا می‌کند). پس از جمع‌آوری، پلاسمای خون باید به‌ طور دقیق غربالگری شود تا از نظر آلودگی به بیماری‌های عفونی و سلامت اهداکننده اطمینان حاصل شود. این موضوع برای صنعت تفکیک پلاسمای خون از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا محصولات درمانی تولید شده از پلاسمای خون باید عاری از عوامل بیماری‌زا همچون ویروس‌ها باشند.

غربالگری بیماری‌های عفونی:

اهداکنندگان پلاسمای خون از نظر بیماری‌های عفونی منتقل‌شونده از خون مانند ایدز (HIV)، هپاتیت B و C و سیفیلیس از طریق آزمایش خون و با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای مانند ELISA، PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) و NAT (آزمایش اسید نوکلئیک) غربالگری می‌شوند.

فرآیند تفکیک پلاسمای خون:

تفکیک پلاسمای خون شامل جداسازی پروتئین‌های خاص از طریق روش‌های مختلف است. دو روش اصلی که در این زمینه استفاده می‌شوند عبارتند از روش تفکیک اتانولی (Cohn) و روش کروماتوگرافی.

روش تفکیک پلاسمای Cohn

توسعه تاریخی:

روش Cohn که در دهه ۱۹۴۰ توسط دکتر ادوین‌جی.کوهن در دانشگاه هاروارد توسعه یافت، انقلابی در فرآیند جداسازی پروتئین‌های پلاسما ایجاد کرد و اولین روش پذیرفته‌ شده جهانی برای جداسازی پروتئین‌های پلاسمای خون به شمار می‌رود.

مروری بر فرآیند:

در روش Cohn، پلاسما ابتدا پیش-سرد (Pre-cooled) می‌شود و سپس برای رسوب دادن پروتئین‌های مختلف پلاسما در غلظت‌های خاص اتانول، با اتانول در غلظت‌های متفاوت ترکیب می‌گردد. سپس رسوبات، با استفاده از سانتریفیوژ و فیلتر جدا می‌شوند.

فرآیند رسوب‌گذاری جزئی:

شامل جداسازی پلاسما به چندین Fraction (بخش) مختلف است که هر کدام حاوی دسته‌ای از پروتئین‌های پلاسمایی خاص هستند. بخش‌های کلیدی پروتئینی که با این روش تولید می‌شوند عبارتند از:

• Fraction I: فیبرینوژن (برای درمان اختلالات انعقادی).
• Fraction II + III: ایمونوگلوبولین‌ها (IgG، IgM) که برای درمان بیماری‌های نقص ایمنی استفاده می‌شود.
• Fraction IV: فاکتورهای انعقادی مانند فاکتور VIII (برای درمان هموفیلی).
• Fraction V: آلبومین که برای درمان کمبود آلبومین در شوک و سوختگی‌ها استفاده می‌شود.

مزایای روش Cohn:

روش تثبیت شده: این روش سال‌هاست که استفاده می‌شود و کاملاً شناخته شده است.

مقرون به صرفه: در مقایسه با کروماتوگرافی، این روش از نظر تجهیزات و هزینه‌های عملیاتی کمتر هزینه‌بر است.

قابلیت مقیاس‌پذیری: روش Cohn برای تولید در مقیاس بزرگ بسیار مؤثر است.

عدم هدر رفت: در هنگام تولید هر محصول، سایر خمیر‌های پلاسما که می‌توانند به محصولات دیگر تبدیل شوند، قابل استحصال هستند.

معایب روش Cohn:

پالایش کمتر: روش رسوب‌گذاری جزئی نمی‌تواند به سطح بالایی از خلوص مانند روش‌های کروماتوگرافی دست یابد. بنابراین امروزه در برخی مراحل همچون روش تولید ایمونوگلوبولین، از روش Cohn  در کنار روش‌های کروماتوگرافی به صورت ترکیبی بهره می‌جویند.

روش کروماتوگرافی

مروری بر کروماتوگرافی:

کروماتوگرافی یک روش پیشرفته‌تر و دقیق‌تر برای تفکیک پلاسماست. اصل کروماتوگرافی، جداسازی بر اساس جذب یا تمایل‌ متفاوت بین پروتئین‌های پلاسمایی و فاز ثابت در یک ستون است. روش‌های کروماتوگرافی که به طور معمول استفاده می‌شوند شامل:

کروماتوگرافی تبادل یونی یا Ion Exchange: جداسازی پروتئین‌ها بر اساس بار الکتریکی آن‌ها با استفاده از یک رزین باردار در ستون.

کروماتوگرافی میل ترکیبی یا Affinity: استفاده از لیگاندهایی که به طور خاص به پروتئین‌های هدف (مانند پروتئین A برای ایمونوگلوبولین‌ها) متصل می‌شوند.

کروماتوگرافی جداسازی براساس اندازه یا Size-Exclusion: جداسازی پروتئین‌ها بر اساس اندازه آن‌ها. با توجه به این که سرعت عبور پروتئین‌ها با اندازه آن‌ها رابطه عکس دارد، این روش به پروتئین‌های کوچکتر اجازه می‌دهد که سریع‌تر از پروتئین‌های بزرگتر از ستون عبور کنند.

کروماتوگرافی تعامل هیدروفوبیک یا Hydrophobic Interaction: جداسازی پروتئین‌ها بر اساس ویژگی‌های هیدروفوبیک (آب‌گریز) آن‌ها.

فرآیند کروماتوگرافی:

بهینه‌سازی پلاسما: پلاسما با استفاده از یک محلول بافر برای تنظیم pH و غلظت یون‌ها تیمار می‌شود تا حلالیت پروتئین‌ها بهینه گردد.

بارگذاری پروتئین‌ها: پلاسما روی یک ستون کروماتوگرافی که حاوی فاز ثابت مناسب برای جداسازی مورد نظر است، بارگذاری می‌شود.

شستشو و جداسازی: پروتئین‌های مختلف با استفاده از غلظت‌های مختلف محلول‌های بافر که شرایطی مانند pH، غلظت نمک یا پیوند شیمیایی را تغییر می‌دهند، از ستون جدا می‌شوند.

مزایای روش کروماتوگرافی:

پالایش بهتر: کروماتوگرافی می‌تواند پروتئین‌ها را با خلوص بسیار بالاتری نسبت به روش Cohn جدا کند.

ویژگی خاص: تکنیک‌هایی مانند کروماتوگرافی میل ترکیبی اجازه می‌دهند پروتئین‌های هدف به طور خاص و با حداقل آلودگی‌ها جدا شوند.

بازده بالاتر: کروماتوگرافی معمولاً با بازده بالاتری پروتئین‌های هدف را استخراج و یا تخلیص می‌کند زیرا بسیار انتخابی است.

چالش‌های روش کروماتوگرافی:

هزینه‌ها: کروماتوگرافی نیاز به تجهیزات خاص، مواد شیمیایی و نیروی انسانی با مهارت‌های بالا داشته که هزینه‌های بیشتری نسبت به روش Cohn به دنبال دارد.

پیچیدگی: فرآیند کروماتوگرافی پیچیده‌تر است و نیاز به کنترل دقیق پارامترهایی مانند سرعت جریان، دما و فشار دارد.

هدر‌رفت: در هنگام تولید هر محصول، سایر خمیر‌های پلاسما که می‌توانند به محصولات دیگر تبدیل شوند، قابل استحصال نیستند.

در هیچ پالایشگاه بین‌المللی در حال حاضر از این روش بدون ترکیب با روش Cohn، استفاده نمی‌شود.

تصفیه و فرمولاسیون نهایی محصول:

پس از فرآیند جداسازی، پروتئین‌ها برای استفاده در درمان‌های پزشکی، آماده تصفیه و فرمولاسیون می‌شوند. روش‌های متداول  جهت حذف و یا غیرفعال‌سازیویروس‌های منتقل شونده از طریق فرآورده‌های مشتق از پلاسما، شامل موارد ذیل می‌باشد:

• استفاده از مواد شوینده-حلال (Solvent-Detergent): این روش شامل استفاده از شوینده‌هایی مانند Triton X-100 برای غیرفعال کردن ویروس‌های دارای پوشش لیپیدی مانند HIV و هپاتیت B و C می‌باشد.
• نانوفیلتراسیون: در این روش با استفاده از فیلتر‌هایی با قطر 22/0 میکرومتر می‌توان ویروس‌های غیر فعال شده را از محصول حذف کرد.
• عملیات حرارتی (پاستوریزاسیون): عملیات حرارتی در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 10 ساعت برای غیرفعال‌سازی ویروسی استفاده می‌شود و در تولید محصولات فاکتور VIII و آلبومین روشی استاندارد می‌باشد.

روش‌های نوآورانه:

ژن درمانی: فناوری‌هایی مانند CRISPR-Cas9 می‌توانند جایگزین‌های جدیدی برای درمان‌های مشتق از پلاسما ایجاد کنند که مستقیماً به درمان علل ژنتیکی بیماری‌ها مانند هموفیلی می‌پردازند.

نانوتکنولوژی: روش‌های جدید تصفیه با استفاده از نانومواد و نانوذرات، در حال آزمایش هستند تا فرآیند تصفیه را بهبود بخشند.

پیشرفت در تفکیک پیوسته و میکروسیالات می‌تواند نحوه پردازش پروتئین‌های پلاسما را دگرگون کند، هزینه‌ها را کاهش دهد و میزان تولید را افزایش دهد.

نتیجه‌گیری:

صنعت جداسازی و تخلیص پلاسمای خون به تولید دارو‌های حیاتی کمک می‌کند و درک روش‌های در حال تکامل مانند روش Cohn و کروماتوگرافی برای هر کسی که در این حوزه فعالیت می‌کند، ضروریست. با افزایش تقاضا برای محصولات مشتق از پلاسما، نوآوری در فناوری‌های تفکیک به‌ طور مداوم کارایی، ایمنی و هزینه‌ – اثربخشی این صنعت را بهبود می‌بخشد.

فرآورده‌های مشتق از پلاسما

فرآیند تولید:

منبع: مشتق شده از پلاسمای اهدایی انسان، جزء طبیعی خون.

روش تولید یا استحصال پلاسما (Fractionation): فرآیندی که پروتئین‌های پلاسما را به اجزای منفرد مانند آلبومین، ایمونوگلوبولین‌ها و فاکتورهای انعقادی جدا می‌کند. تکنیک‌ها عبارتند از:

• رسوب انجماد: فاکتورهای انعقادی مانند فاکتور هشت و فیبرینوژن را جدا می‌کند.
• کروماتوگرافی: پروتئین‌های خاص را تصفیه می‌کند.

غیرفعال سازی/ کاهش ویروس: روش‌هایی مانند عملیات حرارتی، استفاده از روش حلال/شوینده و فیلتراسیون، ایمنی از عوامل بیماری‌زا را تضمین می‌کنند.

محصولات:

فاکتورهای انعقادی:

• فاکتور هشت (هموفیلی A)
• فاکتور نه (هموفیلی B)
• کمپلکس پروترومبین

آلبومین: برای افزایش آلبومین و حجم خون در شوک، سوختگی و جراحی

ایمونوگلوبولین‌ها:

• ایمونوگلوبولین وریدی (IVIG)
• ایمونوگلوبولین زیرجلدی(SCIG)

گلوبولین‌هایهایپر ایمیون:

• گلوبولین ایمنی هاری
• گلوبولین ایمنی هپاتیت B

چسب‌های فیبرین: برای جلوگیری از لخته‌شدن خون در جراحی

مزایا: سرشار از پروتئین‌های متنوع پلاسما

چالش‌ها:

• محدودیت در دسترس بودن اهدای پلاسما.
• خطر آلودگی با عوامل بیماری‌زا (ویروس یا پریون) (با وجود پروتکل‌های ایمنی دقیق).
• تغییرپذیری در خلوص و ترکیب محصول.

فرآورده‌های نوترکیب

فرآیند تولید:

منبع: با استفاده از رده‌های سلولی دستکاری شده ژنتیکی (مانند سلول‌های تخمدان همستر چینی (CHO) و یا سلول‌های کلیه جنینی انسان (HEK)) تولید شده است.

روش تولید:

ورود ژن: ژن‌های انسانی کد کننده پروتئین‌های خاص (به عنوان مثال فاکتور 8) به سلول‌های میزبان وارد می‌شوند.

کشت سلولی: سلول‌های میزبان در بیوراکتورها رشد و پروتئین تولید می‌کنند.

تصفیه: پروتئین‌ها جداسازی و فرموله می‌شوند.

محصولات

فاکتورهای انعقادی:

• فاکتور VIII نوترکیب
• فاکتور IX نوترکیب

فیبرینوژن: کنسانتره فیبرینوژن نوترکیب (در حال توسعه برای تروما و خونریزی جراحی)

محصولات در حال توسعه

• آلبومین نوترکیب
• آنتی بادی‌های نوترکیب

مزایا:

• مقیاس‌پذیری و عرضه نامحدود.
• بدون خطر آلودگی ناشی از انسان (به عنوان مثال ویروس‌ها یا پریون‌ها).

چالش‌ها:

• پیچیدگی در حصول اطمینان از هم‌ارزی زیستی با پروتئین‌های طبیعی
• هزینه بالاتر به دلیل فناوری پیشرفته تولید

مقایسه کاربردهای بالینی

محصولات مشتق از پلاسما، مناسب برای:

• بیماران مبتلا به اختلالات نادر خونریزی که ممکن است گزینه‌های نوترکیب در دسترس نباشد.
• شرایط اضطراری که نیاز به جایگزینی سریع پروتئین وجود دارد.
• نقص ایمنی که نیاز به پروفایل‌های آنتی‌بادی متنوع دارد (مانند IVIG).

  محصولات نوترکیب، مناسب برای:

• بیماران هموفیلی به دلیل قدرت و مشخصات ایمنی ثابت این محصولات
• شرایطی که نیاز به اجتناب از پروتئین‌های مشتق‌شده از انسان وجود دارد (برای مثال، بیماران Jehovah’s Witness).

مقایسه ایمنی و دسترسی

نکته: در برخی مطالعات، فاکتور VIII مشتق از پلاسما ایمنی‌زایی کمتری نسبت به محصولات نوترکیب نشان داده است، اما نتایج متناقض نیز گزارش شده است.