Bioimplantate: Entwicklungshürden

Transkript

1 Bioimplantate: Entwicklungshürden NMI TechnologieTransfer GmbH Dr. Nicolas Lembert NMI Workshop Bioimplantate 25. November 2011

2 Begriffsdefinition Bioimplantate (aus Positionspapier DGBMT, acatech)

3 Entwicklungshürden aus der NMI Erfahrung F&E: Biologisches Interface Engineering - Beschichtungen im nm Bereich (Qualitätskontrolle, Charakterisierung API, Matrix) regulatorische Rahmenbedingungen Organisation der extrakorporalen Gewebeentnahme (TPG 1a und 9) regulatorische Rahmenbedingungen Etablierung von GMP Units im Laborumfeld (Prüflabore/Kliniken 13 oder 20c AMG, Kliniken 4b) Prüfung von ATMP-Produkten (Identität, Reinheit, Potenz)

4 Biologisches Interphase Engineering Implantat Beschichtungen in nm Stärke control Synthetic Biopolymer Cross linked biopolymer FN capped biopolymer SEM CD 31 Actin phase 10 µm 4 Group Biomaterials at NMI, Reutlingen

5 Beschichtung zur Biofunktionalisierung sirna Freisetzung in Stents ISO/TS 12417:2011 Cardiovascular implants and extracorporal systems- vascular device drug combination products Der Abbau der Beschichtung durch Schwächung der Wechselwirkung der Polymere oder deren Aufbrechen Matrix: Jedes organische oder anorganische Material, mit Ausnahme von lebenden Zellen, das durch einen Hersteller absichtlich auf die Gefäßprothese aufgebracht wird zum Zweck der Arzneistoffspeicherung, lokalen Wirkung oder zur Ermöglichung, Verlangsamung oder Modifizierung von Arzneistofffreisetzung

6 Beschichtung zur Biofunktionalisierung Freisetzung - Abbau Arzneistoffgehalt (Menge und Gleichförmigkeit der Dosis) Verteilung (auf der Oberfläche) Freisetzungsverhalten (Elutionsprofil, sensibles Testverfahren für zeitlichen Verlauf) Identität und Reinheit (Bestätigung der Identität, Charakterisierung von Verunreinigungen und Abbauprodukten)

7 sirna Freisetzung in-vitro 8 6 Fluoreszenzmarkierte sirna Ch/siRNA FITC NP ohne NP sirna in pmol time in h Die Arzneistoff wird freigesetzt aufgrund einer Schwächung der elektrostatischen Matrix-Bindungen 7 Group Biomaterials at NMI, Reutlingen

8 Beschichtung zur Biofunktionalisierung Freisetzung durch Abbau Physikalisch chemische Eigenschaften (Porosität, Gewicht, Verteilung..) Integrität (Delaminierung, freie Stellen..) Abbauverhalten ( Zwischenprodukte, Löslichkeit) Biokompatibilität ( ) (z.b. Partikelbildung und Embolierisiko)

9 Kontrolle der Matrix-Integrität (Multiple Polyelectrolyt Schichten, PEM) Kryo-SEM kombiniert mit FIB PEM können auf komplexe Strukturen aufgebracht werden 9 Group Biomaterials at NMI, Reutlingen

10 Kontrolle des Matrix-Abbaus Start 0 Tage Konfokale Mikroskopie: Fluoreszenzmarkierte PEM 6 Tage 10 Tage Die Beschichtung wird abgebaut aufgrund einer Schwächung der elektrostatischen Bindungen 10 Group Biomaterials at NMI, Reutlingen

11 Kontrolle der Hämokompatibilität In vitro Thrombusbildung durch Matrix Rheometrie Inkubation: hepariniertes Blut 3-5 min, 37 C 10 cm 2 Biomaterial ELISA (DIN EN ISO )

12 Können biochemische Parameter die Thromboseneigung vorhersagen? 2000 ** *** * 3min 5min 1500 ** TAT [ng/l] control steel Biomat 1 Biomat 2 mean + SEM; N = 6 * p<0.05 for comparison of Biomaterial 1 vs Biomaterial 2 ** p<0.01 and *** p<0.001 for comparison against control

13 In vitro Thrombusbildung kann ungeeignete Biomaterialien frühzeitig identifizieren Stahl G' (Pa) Biomat Biomat 2 Kontrolle t (s)

14 Regulatorische Rahmenbedingungen Extrakorporale Gewebeentnahme

15 Gewebeentnahme bei vermittlungspflichten Organen TPG 1a Begriffsbestimmungen sind Organe,.., alle aus verschiedenen Geweben bestehenden Teile des menschlichen Körpers, die.. eine funktionale Einheit bilden, einschließlich der Organteile und einzelnen Gewebe eines Organs, die zum gleichen Zweck wie das ganze Organ im menschlichen Körper verwendet werden können, mit Ausnahme solcher Gewebe, die zur Herstellung von Arzneimitteln für neuartige Therapien im Sinne des 4 Absatz 9 des Arzneimittelgesetzes (ATMP) bestimmt sind 9 Zulässigkeit der Organübertragung, Vorrang der Organspende (1) Die Übertragung von Herz, Niere, Leber, Lunge, Bauchspeicheldrüse und Darm darf nur in dafür zugelassenen Transplantationszentren ( 10) vorgenommen werden. Die Übertragung vermittlungspflichtiger Organe ist nur zulässig, wenn die Organe durch die Vermittlungsstelle.. vermittelt worden sind... (2) Die mögliche Entnahme und Übertragung eines vermittlungspflichtigen Organs hat Vorrang vor der Entnahme von Geweben; sie darf nicht durch eine Gewebeentnahme beeinträchtigt werden...

16 Problem: Es ist unmöglich Bauchspeicheldrüsen explizit für die Inselzelltransplantation über Eurotransplant zu erhalten Lösung: Klinik führt gemeinsame Warteliste für Organ und Zellempfänger Transplantationszentrum beantragt Organ Entscheidung über Verwendung fällt nach Anlieferung Inselzellgewinnung nach AMG auch in vertraglich gebundenen Laboren möglich Inselzellabgabe an andere Kliniken möglich ( 13 AMG oder 20b und c) Genehmigung nach 21a Verwendung xenogener Zellen Aber Von ehemals 5 Transplantationszentren für Inselzellen in D sind heute nur noch 2 Kliniken mit Herstellungserlaubnis aktiv Keine klinischen Netzwerke (CH-F, Skandinavien)

17 Standardisierung von Prüfungen Etablierung von GMP im Laborumfeld GMP Leitfaden Teil 1: Kapitel 1 - Qualitätsmanagement Kapitel 2 - Personal Kapitel 3 - Räume und Einrichtungen Kapitel 4 - Dokumentation Kapitel 5 - Herstellung Kapitel 6 - Prüfung Kapitel 7 - Herstellung und Prüfung im Auftrag Kapitel 8 - Beschwerden und Produktrückrufe Kapitel 9 - Selbstinspektionen GMO Leitfaden Teil 2: GMP Anforderungen für Wirkstoffe Annexe: 1-20 Gewinnen, Anfertigen, Zubereiten, Be-,Verarbeiten, Umfüllen, Abfüllen, Abpacken, Kennzeichnen Prüfung Freigabe

18 Standardisierung von Prüfungen Beispiel: Prüflabor der NMI-TT

19 Standardisierung von Prüfungen Beispiel: Prüflabor der NMI-TT Qualifizierte Geräte und validierte Methoden Raumkonzept für Labor und Gerätenutzung (Verantwortlichkeiten, Zutrittsregelung, Dokumentation) Labormitarbeiter mit der notwendigen Qualifikation und praktischen Erfahrung Schulungsplan (Labor, Technik, Reinigung) Anwendung von Standardsarbeitsweisungen (SOP)

20 Standardisierung von Produkten ATMP Charakterisierung Knorpelzellen Langerhans sche Insel Guideline on human cellbased medicinal products (CBMP; EMEA/410869/2006) Identität Genotyptisch Phänotypisch Matrix Zellreinheit Zellverunreinigung Tote Zellen Sterilität / Pyrogene Potenz In vivo assay In vitro assay PCR KollTypII Färbung HPLC-MS, FTIR, SEC. Chondrozyten Fibroblasten Trypanblau / LDH LAL / MAT Zellzahl Ectop. Mausmodel Dithizon Färbung zb. Rheometrie Mischung % Exokrines Gewebe 7AAD FACS LAL / MAT IEQ Diabetische Mäuse Stimulatorischer Index

21 Standardisierung von Produkten ATMP Charakterisierung / Immunisolation Rheometrische Qualitätskontrolle Tage G und G (Pa) Zeit (s) 210 Duvivier-Kali V F et al. Diabetes 2001;50:

22 Standardisierung von Produkten ATMP Charakterisierung / Monozytenaktivierungstest LLOQ = 0.25 EU/ml ULOQ = 1.0 EU/ml Endotoxin [EU/ml] Der MAT ist universeller als der LAL, aber auch weniger empfindlich. Problematisch ist das Fehlen eines Grenzwerts

23 Entwicklungshürden aus der NMI Erfahrung Biologisches Interface Engineering von nm Schichten ist technisch möglich Allerdings ist derzeit kein direkter Normbezug bei Prüfungen möglich. (Normenausschuß Implantatbeschichtung) Extrakorporale Gewebeentnahme kann im Rahmen bestehender Gesetze gelöst werden Etablierung von GMP Units im Laborumfeld kann im Rahmen bestehender Vorschriften gelöst werden Identität, Reinheit, Potenz müssen aktuell für jedes ATMP im Dialog mit Behörden definiert werden. (BPI AG Tissue Engineering, AG Biomanufactoring)