Executive Summary

L'azienda di Biotecnologie Takis produce in modo innovativo ed efficace anticorpi monoclonali per conto proprio e per conto terzi.
Sebbene molto competitiva nei protocolli di vaccinazione, il processo mancava di un sistema robotizzato per la gestione delle cellule e di strumentazione per analisi high throughput degli anticorpi, come in altre biotech del panorama internazionale.  La selezione e la produzione di anticorpi personalizzati è un mercato che vede pochi attori nazionali, molti a livello europeo e negli USA.
Grazie al Progetto LIFE2020 di Lazio Innova, la Takis ha potuto realizzare un miglioramento tecnologico che ha consentito il passaggio da un livello artigianale ad uno semi-industriale aumentandone la competitività nel mercato internazionale.

Background

Sin dal 2010, Takis esegue le proprie attività di Ricerca presso il Tecnopolo di Castel Romano, una struttura che dall'insediamento di Takis, sempre più si sta caratterizzando come potenziale Hub per le aziende di Biotecnologie ed una delle aree più tecnologicamente avanzate del Lazio, caratterizzata dalla presenza di infrastrutture tecnico scientifiche di eccellenza e dalla prossimità ad un sistema industriale articolato, costituito da multinazionali ad alta specializzazione e da un ampio tessuto di PMI innovative.
La dotazione di strumentazioni di alto livello scientifico si indirizza pienamente verso le traiettorie di specializzazione regionale individuate dalla Smart Specialisation Strategy, collocandosi in un settore, il Biotech, anticiclico ed individuato come uno dei comparti a più elevata intensità di innovazione e tasso di crescita in termini di fatturato, occupazione, investimenti ed attrazione di capitali privati.
Takis genera ogni anno dai 10 ai 20 anticorpi monoclonali per diversi clienti che vanno dalla grande industria (Novartis, Glaxo Smith Kline, Boehringer Ingelheim) a piccole biotech (Exiris, ReiThera, Advent) o soggetti pubblici come Università o CNR.  
Il vantaggio competitivo della Takis è l'uso di un sistema di immunizzazione che non richiede la disponibilità della proteina ricombinante contro cui si vuole sviluppare un anticorpo monoclonale, ma di un gene sintetico ingegnerizzato che codifica per quella proteina. La chimica per produrre geni sintetici è molto più avanzata rispetto a quella delle proteine e questo consente di ottenere anticorpi anche contro proteine “difficili” usando un DNA che codifica per quella proteina. Il sistema è basato sul disegno del gene sintetico e sulla sua somministrazione nei modelli animali secondo il protocollo noto come Electro Gene Transfer (EGT). Questo protocollo è stato sviluppato durante gli anni trascorsi in Merck anche per la vaccinazione nell’uomo ed è quindi molto efficace.  Se richiesto dal cliente, lo stesso  gene sintetico può essere utilizzato per lo screening degli anticorpi di interesse tramite un analisi con cellule trasfettate e citofluorimetria a flusso (FACS).  Questo sistema di vaccinazione non solo è in grado di generare anticorpi monoclonali contro proteine “difficili” ma anche anticorpi migliori dal punto di vista qualitativo con un alta affinità (capacità di riconoscere il target) che li rende ideali per applicazioni in campo diagnostico. Il processo viene descritto in Figura 1.

 Figura 1. Il processo di generazione di anticorpi monoclonali seguito dalla Takis, unico in Italia.

 Avendo la capacità di riconoscere epitopi conformazionali, questi anticorpi hanno anche delle proprietà biologiche interessanti per eventuali applicazioni in campo terapeutico, a questo scopo è possibili umanizzarli attraverso una tecnologia che è disponibile a Takis. Per esempio la selezione di due anticorpi contro il target HER3, espresso dalle cellule tumorali resistenti alla chemioterapia ed altre terapie convenzionali, ed attualmente candidati per lo sviluppo clinico ha seguito un lungo processo di selezione (circa 8 mesi) qui di seguito riassunto e che è risultato in eccellenti risultati in modelli preclinici:

Figura 2. Il workflow che ha consentito l'identificazione di due anticorpi anti-HER3 per sviluppo clinico.

Il processo di umanizzazione (ossia un anticorpo umano con la specificità sviluppata dell'anticorpo murino) richiede approfondita esperienza di Bioinformatica ed un ulteriore processo di selezione per le migliori varianti.
Sebbene la tecnologia di immunizzazione sia molto innovativa ed efficace, il processo produttivo “downstream” è basato sullo screening manuale che richiede molto tempo e lavoro allungando i tempi che vanno dal momento della commessa alla fornitura dell’anticorpo rispetto ai metodi robotizzati usati dalla concorrenza.

Descrizione del Progetto Semplice

L’obiettivo del Progetto era di acquisire una stazione automatizzata e strumentazione a supporto che riduca i tempi di screening rendendo il processo più competitivo nel panorama internazionale. Inoltre, essendo un sistema flessibile può essere applicato anche all’attuazione di altre procedure che sono richieste in alcuni casi o sono in fase di validazione sperimentale.

Attività previste

1. Disegno del processo di automazione e acquisizione dei macchinari previsti;
2. Installazione dei macchinari e corso di formazione del personale che sarà adibito alla procedura di selezione;
3. Ottimizzazione del processo con cellule surrogato (linee cellulari) rispetto ai tempi, costi e compatibilità con le procedure sperimentali in corso;
4. Validazione del processo con cellule di ibridoma derivanti da animali immunizzati;
5. Sviluppo delle SOPs (Standard Operating Procedures) del processo; 
6. Trasferimento nella filiera produttiva.

Tempi di attuazione: 12 mesi

Risultati Ottenuti

    Il primo progetto individuato che potrà beneficiare della tecnologia acquisita  è la generazione di anticorpi immunomodulatori contro un recettore target espresso dalle cellule T regolatorie. Gli anticorpi di tipo Immune Checkpoint Inhibitors, come Ipilimumab (anti-CTLA4), Avelumab (anti-PDL1), Nivolumab e Pembrolizumab (anti-PD1) rappresentano un enorme successo terapeutico per i pazienti e una svolta epocale in Oncologia. Tuttavia tantissime altre molecole responsabili dell'attivazione del sistema immunitario contro il Cancro sono state recentemente scoperte e anticorpi contro questi targets con caratteristiche ben precise non sono disponibili e possono rappresentare ulteriori opportunità terapeutiche per i pazienti oncologici.
    
    Il processo è consistito nell'immunizzazione di topi tramite DNA-EGT, la generazione di ibridomi in larga scala e la produzione di circa 30-40 piastre da 96 pozzetti e lo screening per i cloni positivi. Questa parte è stata svolta grazie alla stazione robotica ZEPHYR che consente di gestire le piastre sotto una cappa sterile (Figura 3).

Figura  3 Stazione di gestione delle piastre a 96 pozzetti con cappa sterile

I sopranatanti degli ibridomi sono stati maneggiati e dispensati in formato da 96 pozzetti sia durante la produzione da cellule di ibridoma che per lo screening su cellule del sistema immunitario in un saggio di Mixed Lymphocyte Reaction per poter selezionare i migliori cloni per lo sviluppo successivo, come indicato nello schema indicato in figura 4.

Figura  4 Schema di selezione e gestione robotizzato degli ibridomi e delle cellule target

Il processo di automazione è altamente innovativo in quanto prevede la combinazione di tecnologie diverse in un'unica filiera produttiva. Uno dei principali  vantaggi offerti dall’automazione dei processi è stata la possibilità di replicare in modo affidabile non solo il processo qui descritto ma anche l’applicazione dello stesso concetto anche in altri ambiti. L’automazione porta in dote una maggiore affidabilità del processo e una riqualificazione del personale addetto. Il lavoro ripetitivo viene assorbito dalle macchine che tracciano in dettaglio il processo fornendo quindi un maggior controllo.  Il personale è quindi chiamato a svolgere un lavoro più professionale, di controllo e programmazione del processo, ed è sollevato da faticose incombenze fisiche.
Il miglioramento del processo produttivo sia in termini di tempo che di qualità ha un oggettivo valore competitivo e di immagine. Takis pur avendo un processo di vaccinazione tecnologicamente avanzato non è attualmente competitiva nella parte di screening che in altre companies è basata su diverse tecnologie automatizzate. L’adozione di un processo robotizzato ha evidenti ricadute positive sulla produttività nel breve e nel lungo termine.
Il mercato Europeo ed Americano sono molto competitivi e richiedono infatti un livello tecnologico elevato.  Proprio per questo, poter presentare una piattaforma automatizzata che rapidamente consenta di fornire un prodotto affidabile rende l’offerta di Takis competitiva sui mercati internazionali.

Piano di Investimento Materiale: Validità economica – finanziaria del progetto

Nel suo complesso, l’automazione del processo e la strumentazione a supporto ha previsto un investimento di 57140 euro a fronte di un aumento potenziale del 50% della capacità produttiva annua e del fatturato relativo.
Inoltre, le strutture acquisite non saranno occupate completamente dal processo descritto offrendo quindi l’occasione di sviluppare nuovi servizi da offrire esternamente o per la ricerca interna.  Questi processi potranno prevedere anche l’assunzione di nuovo personale in funzione del piano economico-finanziario e la commercializzazione.