Henrik Ihre på Cytiva

Nyckeln till det moderna insulinet

NYHET
Tidningen

Företaget Cytiva bidrar till en majoritet av all insulintillverkning i världen. I deras lokaler i Uppsala skapar de förutsättningar för läkemedelsföretagen att kunna tillverka så kallat rekombinant DNA-insulin.
Men vad är det egentligen? Och hur relaterar det till det moderna insulinet?

Den rekombinanta DNA-tekniken uppfanns på 1970-talet och används i stor omfattning idag för tillverkningen av en rad olika biologiska läkemedel och vacciner, bland annat insulin. För att förstå vad rekombinant DNA-teknik är och hur dessa biologiska läkemedel tillverkas, har vi tagit oss till Cytiva i Uppsala.

Cytiva tillverkar nämligen produkter som möjliggör för deras kunder (läkemedelsföretagen) att genom rekombinant DNA-teknik forska fram och framställa läkemedel.

Cytiva anger bland annat att de bidrar till produktionen av en miljard insulindoser varje år endast i USA, och att över 90 procent av allt insulin i världen tillverkas med hjälp av deras produkter i någon mån.

Henrik Ihre, Director of Global Strategic Technologies på Cytiva, förklarar att det i stora drag finns tre olika familjer av läkemedel. Naturläkemedel som skördas från naturliga råvaror, syntetiska läkemedel som tas fram på laboratorium, samt biologiska läkemedel som ofta baseras på att mikroorganismer manipuleras till att tillverka läkemedlet genom genmodifiering.

Och det är den sistnämnda typen läkemedel som alltså möjliggjorts genom den rekombinanta DNA-tekniken.
– Alla celler har en cellkärna som innehåller ett unikt DNA, förklarar Henrik Ihre. En sekvens av det DNA:et kallas för en ”gen”, vilket är som en programkod som säger att någonting ska ske i cellen och kroppen. Till exempel att dina ögon ska vara blå eller att proteinet insulin ska produceras. På labb idag kan man tillverka den genen och sedan gå in i en cell, från bland annat jäst eller e-coli bakterier, och tillföra den genen till cellens DNA. Det är rekombinant DNA-teknik.
– Så från att ha varit till exempel en jästcell som vanligtvis gör alkohol och koldioxid, så gör den nu även mänskligt insulin. Det är som att jästen får en ny bit programkod som säger ”du ska göra insulin också!”.

Upptäckten av den här tekniken på 70-talet kom att öppna upp en ny dimension för vad som var möjligt att framställa inom läkemedelsvärlden, dessutom ofta till en lägre produktionskostnad än syntetiska metoder.
– Ibland är det så att någonting som vi låter en mikroorganism göra, också går att göra syntetiskt, och/eller går att hitta i naturen. Men ofta går det inte, och ofta är det inte kostnadseffektivt att ta från naturen eller försöka syntetisera, utan det är bättre att få mikroorganismer att tillverka det.

Eli Lilys insulin ”Humulin” var det första läkemedlet med den nya rekombinanta DNA-tekniken som kom ut på marknaden, 1982. Fram till dess hade insulin från grisar använts – vilket var tillräckligt likt mänskligt insulin för att kunna ges till människor med diabetes.

Men grisinsulinets positiva effekt på blodsockret kom dock ofta till ett pris i form av biverkningar. Leonard Thompson, som var den förste människan att få livet räddat av insulin från grisar, utvecklade exempelvis ömmande bölder på injektionsställena.

Då grisinsulinet inte upplevdes som helt kroppseget av immunförsvaret bildades antikroppar med olika kroppsliga reaktioner som följd, och dessutom var framställandet av insulinet förknippat med storskaliga produktionsproblem och andra problematiska faktorer med tanke på var insulinet kom från.

Idag lever personer med diabetes ett betydligt bättre liv och biverkningarna av insulin är både färre, ovanligare och lindrigare. Det beror till stor del på den andra, något mindre kända revolutionerande upptäckten inom diabetesforskningen – upptäckten av den rekombinanta DNA-tekniken.
–  I början gjorde man en kopia på mänskligt insulin, men nu finns det ju även varianter på insulin som till exempel är snabbverkande, långtidsverkande etcetera. Det forskarna har gjort är de har gjort modifikationer på genen som kopplades in i mikroorganismen för att göra insulin. Den modifikationen resulterar i att du får insulin ”med en twist”. Det är insulin men ändå inte, en variant som har specifika egenskaper. Allt detta kom efter upptäckten på 70-talet.

Nu för tiden är all produktion av insulin biologiskt framtagen, och majoriteten av producenterna använder som sagt någon av Cytivas produkter. Men vad är det då Cytiva egentligen tillverkar? Och hur används deras produkter i praktiken?

När man manipulerar exempelvis jästceller att tillverka insulin, så tillverkar cellerna även andra ämnen och proteiner, vilka man som läkemedelstillverkare ofta är ointresserad av. Därför behöver man rena det man tagit fram, så att det går från att vara runt 1–3 procent rent insulin till att vara mer än 99 procent rent insulin.

En viktig del i den processen, berättar Henrik Ihre, är något som heter kromatografi. Cytiva tillverkar kromatografiresins – vad Ihre kallar för ”små porösa pärlor”, som oftast är baserade på alger som liknar gelatinsubstitutet agar-agar.
– Skulle du ha det i handen skulle det kännas ungefär som florsocker, det är jättesmå partiklar, säger Henrik Ihre.
Dessa små porösa pärlor modifieras sedan med så kallade ”ligandrar”.
– Det är en form av kemiska krokar som designas på ett sådant sätt att de binder de proteiner som vi är intresserade av.

I flertalet steg får den framställda substansen sedan passera genom kromatografiresinet, med olika kemiska krokar, vilket görs i en kromatografikolonn. 
– Allt som vi inte är intresserade av rinner då rakt igenom, och det vi är intresserade av binds upp. Sedan kan vi ändra betingelserna, så att vi släpper ut det vi är intresserade av, helt rent.

Exempel på steg kan vara att man separerar baserat på elektrisk laddning, på storleken eller den tredimensionella formen på proteinerna, om det är fett- eller vattenlösligt, och så vidare, tills det att endast den eftersträvansvärda substansen kvarstår.
– Våra kunders processer delar man grovt in i vad man kallar ”upstream”; det är där mikroorganismerna fermenterar, blir fler och fler, och tillverkar lite av proteinet vi är intresserade av. Och när upstream är färdigt så har vi då en stor volym av något som har ditt protein i sig, men med en väldigt liten renhet. ”Downstream” är när man renar upp den här stora volymen med låg renhet, till en liten volym med hög renhet.

Cytiva producerar produkter, lösningar, instrument, mjukvara, hårdvara, och allt annat som behövs för både upstream och downstream. De tillhandahåller ett bibliotek av kromatografiresiner och ligandrar, som kombineras till olika produkter baserat på den specifika situationen.

De som använder Cytivas produkter gör det till största del för tillverkning av biologiska läkemedel. Insulintillverkningen idag är även den helt baserad på biologisk framtagning. Och under covid-19-pandemin användes Cytivas produkter i framställandet av de nya vaccinen. Tillverkarna av de nya mRNA-vaccinen nyttjade exempelvis kromatografi för att rena fram även dessa biomolekyler.

Uppfinnandet av den rekombinanta DNA-tekniken och biologiskt framtagna läkemedel har gjort att horisonten för hur pass komplexa läkemedel vi kan framställa har breddats – effektiviteten har ökat och kostnaderna pressats ned. Idag fortsätter effektiviserandet ytterligare.

I anslutning till Cytivas lokaler i Uppsala ligger Testa Center, vilket är ett initiativ av Cytiva och den svenska staten. Här erbjuds små och medelstora företag tillgång till infrastrukturen, för att pröva sina idéer med hjälp av Cytivas utrustning. 
– Där finns all utrustning som behövs för både upstream och downstream. Så att de kan jäsa fram biomolekyler och rena upp dem med hjälp av kromatografi. Tanken är att underlätta för företag att komma fram med sin forskning eller kommersialisera sina produkter, utan att behöva köpa stor och dyr utrustning.

Ihre menar att branschens framtid är väldigt inriktad på flexibilitet i form av mer kostnadseffektiva lösningar, för att kunna testa att producera i mindre skala. 
– När du ska ta fram ett läkemedel så vet du ju oftast inte om du kommer att lyckas, men du börjar forska på det och går igenom olika kliniska faser. Då är det ofta bättre med ”single use”-lösningar. Jag skulle säga att det är bra för svensk grundforskning att ha ett sådant här ställe man kan komma till. Det är en ”win-win”-situation för alla, säger Henrik Ihre.

Upstream
I denna del av tillverkningsprocessen kultiveras eller jäses de mikroorganismer som modifierats med den s.k. rekombinanta DNA-tekniken fram i stora jästankar, varpå de också producerar den biomolekyl som har kommersiellt intresse – exempelvis mänskligt insulin.

Denna jäsningsprocess kan ta dagar eller flera veckor. När jäsningen är färdig har man ofta många tusen liter av något som kanske innehåller så lite som 1–3 procent av det rena insulinet. Det är alltså i detta stadium inte tillräckligt rent för att kunna administreras som läkemedel till patienter.

Downstream
Denna del av tillverkningsprocessen handlar huvudsakligen om att rena fram den biomolekyl man är intresserad av, till en mycket hög renhet. Med andra ord initieras en process som möjliggör att den ursprungliga insulinlösningen, som kanske endast innehöll 1-3 procent rent insulin, renas fram till en lösning som innehåller mer än 99 procent rent insulin.