Acelerando o Custo de Biofabricação e Produção

Vários produtos biomanufaturados requerem aminoácidos e fatores de crescimento como insumos, mas essas pequenas moléculas e proteínas podem ser muito caras, elevando os custos da biomanufatura, retardando a expansão da bioeconomia dos EUA e limitando o uso de novos produtos biomédicos e produzidos sinteticamente produtos agrícolas. Os custos de fabricação podem ser substancialmente limitantes: funcionários dos Institutos Nacionais de Saúde e da Fundação Bill & Melinda Gates apontam os custos de fabricação de drogas de anticorpos como um grande gargalo no desenvolvimento e distribuição de tratamentos para uma variedade de doenças infecciosas existentes e emergentes. Para ajudar a reduzir os custos desses insumos de biomanufatura, o governo Biden-Harris deveria alocar fundos federais para um Grande Desafio para pesquisar e desenvolver processos de fabricação de custo reduzido e demonstrar a escalabilidade dessas soluções.

Os aminoácidos são insumos essenciais, mas caros, para a bioprodução em larga escala. Para reduzir esses custos, o financiamento federal deve ser usado para incentivar o desenvolvimento de métodos de produção escaláveis, resultando em custos de produção que são metade dos custos atuais. Especificamente, o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e a ARPA-H devem se comprometer conjuntamente com um financiamento inicial de US$ 15 milhões para 10 projetos de pesquisa no primeiro ano, com um total de US$ 75. milhões ao longo de cinco anos, em financiamento do Grand Challenge para pesquisadores ou empresas que podem desenvolver um processo escalável para produzir aminoácidos de grau alimentício ou farmacêutico ou fatores de crescimento por uma fração dos custos atuais. A ARPA-H também deve disponibilizar fundos para instalações de teste que os pesquisadores possam usar para demonstrar a escalabilidade de seus métodos de produção econômicos.

A ampliação do uso da cultura de células animais para produção biossintética só será economicamente eficaz se os custos de aminoácidos e fatores de crescimento forem reduzidos. Reduzir o custo da bioprodução de produtos médicos e farmacêuticos, como vacinas e peptídeos antimicrobianos, ou de produtos de tecidos animais, como carne ou cartilagem, melhoraria a disponibilidade e acessibilidade desses produtos, tornaria a inovação e o desenvolvimento de novos produtos mais fáceis e mais econômicos e aumentaria nossa capacidade de fabricar bioprodutos de forma econômica nos Estados Unidos, reduzindo nossa dependência de cadeias de suprimentos estrangeiras.

Para uma melhor compreensão do uso de aminoácidos e fatores de crescimento na produção de produtos biológicos e de células animais, e para prever com precisão a oferta e a demanda para garantir uma cadeia de suprimentos confiável e disponível para produtos médicos, o Departamento de Defesa (DoD ) e o USDA devem comissionar conjuntamente uma análise econômica dos custos da via de fabricação sintética para bioprodutos comuns e incluir avaliações de custos comparativos de produção para os principais concorrentes internacionais.

Os aminoácidos são insumos necessários na síntese de produtos proteicos e peptídicos, incluindo produtos farmacêuticos e de saúde (por exemplo, anticorpos, insulina) e produtos agrícolas (por exemplo, proteínas vegetais e animais sintéticas para alimentos, colágeno, gelatina, proteínas inseticidas), mas são muito caro. Os aminoácidos como insumos para a cultura celular custam aproximadamente US$ 3 a US$ 50 por kg, e os fatores de crescimento custam US$ 50.000 por grama, o que significa que seus custos podem ser metade ou mais do custo total de produção.

A biomanufatura depende da disponibilidade de reagentes, pequenas moléculas e bioprodutos que são usados ​​como matéria-prima para o processo de fabricação. A produção de bioprodutos sintéticos é limitada pelo custo e disponibilidade de certos reagentes, incluindo aminoácidos e pequenas proteínas de sinalização como hormônios e fatores de crescimento. Esses insumos de produção são usados ​​na cultura de células para aumentar o rendimento e a eficiência da produção na biossíntese de produtos como anticorpos monoclonais, carne sintética, fatores de coagulação e interferon (proteínas que inibem o crescimento do tumor e suportam a função do sistema imunológico). Embora alguns bioprodutos possam ser produzidos sinteticamente em células vegetais ou bacterianas, alguns produtos se beneficiam das etapas de produção em células animais. Um exemplo é a glicosilação, um processo de modificação de proteínas que ajuda as proteínas a se dobrarem em estruturas estáveis, que é um processo muito mais simples em células animais do que em bactérias ou em sistemas livres de células. Os vírus usados ​​no desenvolvimento de vacinas também são geralmente cultivados em células animais, embora algumas vacinas recombinantes possam ser produzidas em leveduras ou células de insetos. Existem vantagens e desvantagens no uso de plantas, fungos, bactérias, insetos ou células animais na bioprodução recombinante; as células animais são geralmente mais versáteis porque imitam os processos humanos de perto e requerem menos engenharia do que as células não animais. Todas as células, sejam animais, vegetais ou bactérias, requerem aminoácidos e vários fatores de crescimento para sobreviver e funcionar de forma eficiente. Embora no futuro os fatores de crescimento possam não ser mais necessários, os aminoácidos sempre serão necessários. Os aminoácidos são o aditivo necessário mais caro em termos de preço por quilograma; o mais caro dos aditivos de suporte são fatores de crescimento.