Gene therapy

Analytical tools and expertise to fast-track your life-changing gene therapy products

Unleash the power of world-leading analytical technology and specialist industry expertise to deliver the gene therapies of the future.

What challenges are gene therapy developers facing today?

The use of viruses as cell and gene therapy vectors is complex, and in this fast-moving field there is no playbook to help you develop methods and safely scale-up products and processes.  

Do you recognize these challenges?

  • Establishing a fit-for-purpose analytical toolset to identify and validate the critical quality attributes of complex proteins
  • Identifying and implementing appropriate methods that generate the data needed to ensure the safety, potency, and purity of viral vectors
  • Keeping up to date with the latest technology and approaches, while quickly repurposing existing tools and processes 
  • Staying compliant with constantly evolving regulatory guidelines that vary from country to country
  • Finding the efficiencies, people, and resources to develop innovative products and processes 
  • Overcoming the hurdles associated with complex tasks, such as capsid design, quality control and process optimization 
  • Successfully transferring new discoveries to scale-up and manufacturing

Malvern Panalytical can help

Malvern Panalytical provides more than world-leading instrumentation. 

Developing viral vectors requires fit-for-purpose tools and the know-how to apply them to generate the data you need. With years of experience supporting customers in the development of gene therapy products, our application scientists have the knowledge help you access breakthrough insights from your analytical toolbox.

Work with us to overcome your gene therapy challenges: 

  • Utilize fit-for-purpose analytical instrumentation that identifies multiple critical quality attributes and delivers efficient and compliant methods
  • Discover tools to characterize viral titer, empty/full ratio, aggregation content and batch-to-batch consistency via an orthogonal approach to analytics across multiple vectors
  • Quickly realize the full value of your investment in analytical technology with training and support for your team
  • With unrivaled experience in the use of advanced instrumentation for gene therapy applications, our scientists can act as a flexible extension to your team
  • We provide method development services to overcome your specific challenges
  • We help you develop reliable, repeatable techniques that improve the efficiency of your workflows 


We’re ready to apply a combination of analytical instrumentation and years of experience to provide flexible support, wherever and whenever you need it – to drive forward the therapies of the future.

OmniSEC

Take control of the performance, quality and value of your gene therapy product with the world’s most advanced multi-detector GPC/SEC system
OmniSEC

Are you ready to overcome your challenges?

Whatever characterization challenges you are facing, chances are we’ve worked with a team just like yours and helped them implement the technology and methods needed to make safe and effective drug products faster. 

To find out how our team of experts can accelerate the development of your next product and speed up your journey to market, contact us today.  

Development solutionsViral capsid designProcess development
From capsid design, through to the optimization of downstream process conditions. From formulation and stability tests to the extended characterization of drug substances and drug products.Comprehensive physicochemical, biochemical and biological data provide insights on the performance of viral vectors, helping with the selection of the optimal viral capsid.The gene therapy production process must meet strict regulatory requirements and other internal expectations for quality, timelines and costs - which calls for fit-for-purpose solutions and specialist expertise.

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Anwendung der Malvern Panalytical Systemlösungen im gesamten Workflow der in vivo Gentherapieentwicklung

Vom Kapsiddesign über die Optimierung der Downstream-Prozessbedingungen bis hin zu Formulierungs- und Stabilitätstests und der erweiterten Charakterisierung von Wirkstoffen und Arzneimittelprodukten werden Technologien wie Dynamische Lichtstreuung (DLS), Elektrophoretische Lichtstreuung (ELS), Dynamische Mehrwinkel-Lichtstreuung (MADLS), Größenausschluss-Chromatographie gekoppelt mit Mehrwinkel-Lichtstreuung (SEC-MALS), Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA), isothermische Titrationskalorimetrie  (ITC) und dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) eingesetzt, um Wissenschaftlern über die wichtigsten analytischen und qualitativen Eigenschaften von viralen Vektoren zu informieren. Dies ermöglicht die Charakterisierung, den Vergleich und die Optimierung von:

  • Capsidgröße (DLS, SEC, NTA)
  • Capsid-Titer oder Partikelanzahl (MADLS, SEC, NTA)
  • Prozentualer Anteil genomhaltiger Viruspartikel / % Vollanalyse (SEC
  • Aggregatbildung (DLS, MADLS, SEC, NTA)
  • Fragmentierung (SEC)
  • Thermische Stabilität (DLS, DSC)
  • Strukturanalyse höherer Ordnung (DSC)
  • Serotyp-Identifizierung (DSC)
  • Capsid-Uncoating und Genom-Ausstoß (DLS und DSC)
  • Bindung an Rezeptor (ITC)
  • Ladung (ELS)


DLS, MADLS, SEC-MALS, NTA, ITC und DSC sind markierungsfreie biophysikalische Techniken, die nur eine minimale Versuchsentwicklung erfordern und problemlos in allen Stadien angewandt werden können, wodurch der analytische Arbeitsablauf für die Gentherapieentwicklung optimiert wird.

Empfohlene Lösungen

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Das weltweit modernste GPC/SEC-Multidetektorsystem
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Empfohlene Technologien

Forschung und frühe Entwicklung: virales Kapsiddesign

Obwohl der Entdeckungsprozess in der Gentherapie schneller abläuft als in der traditionellen Medikamentenentwicklung, bringt der hohe Grad an Produktkomplexität zusätzliche Herausforderungen mit sich, die frühzeitig bewältigt werden müssen, um die Bereitstellung von sicheren und wirksamen Produkten zu gewährleisten. Zu diesen Herausforderungen gehören:

  • Auswahl eines viralen Kapsids basierend auf optimalen Eigenschaften und Funktionen
  • Rationales Protein-Engineering zur Verbesserung und Modifizierung der Eigenschaften und Funktionalitäten des ursprünglichen viralen Kapsids


Die Lösungen basieren in beiden Fällen auf einem umfassenden Satz von physikalisch-chemischen, biochemischen und biologischen Daten, die Aufschluss über die Leistungsfähigkeit des viralen Vektors geben und in den Auswahlprozess einfließen. 

In diesem Stadium unterstützt die umfassende biophysikalische Charakterisierung der konstruierten Kapside und viralen Vektoren mittels DLS, MADLS, SEC-MALS, ITC und DSC die zuverlässige Bewertung wichtiger Qualitätsmerkmale. Die Interpretation der Ergebnisse biochemischer und biologischer Testverfahren erfolgt durch Messungen der Kapside in Bezug auf Größe und Titer, Aggregatbildung, %-Vollmessung, Rezeptorbindung, thermische Stabilität und Neigung zum Kapsid Uncoating.

Empfohlene Lösungen

Zetasizer Ultra

Weltweit fortschrittlichstes Lichtstreuungssystem
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MicroCal

Mikrokalorimeter zur Charakterisierung der biomolekularen Stabilität und bi...
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Die Prozessentwicklung in der Gentherapie

Der Herstellungsprozess der Gentherapie muss strenge behördliche Anforderungen und andere interne Erwartungen an Qualität, Zeitrahmen und Kosten erfüllen. Zur Unterstützung und Stärkung des analytischen Arbeitsablaufes und zur Bewältigung der damit verbundenen Herausforderungen werden geeignete Maßnahmen benötigt. Zu diesen Herausforderungen zählen:

  • Hoher Grad an Produktkomplexität
  • Vielfalt an viralen Vektoren für den Gentransport in Design und Entwicklung 
  • Suboptimale Weiterverarbeitungsprozesse mit langwierigen analytischen Tests, die unter erheblichen Schwankungen leiden


Während der gesamten Weiterverarbeitungsprozesse werden mehrere Tests durchgeführt, um die wichtigsten analytischen Parameter des viralen Vektors zu bestimmen, die die Ausbeute beeinflussen und über kritische Qualitätsattribute (CQAs) wie Reinheit, Potenz, Stabilität und Sicherheit Aufschluss geben. Diese Parameter sind typischerweise, aber nicht ausschließlich, die folgenden:  

  • Kapsid-Titer oder Partikelanzahl
  • Genom-Anzahl
  • Prozentsatz der genomhaltigen Viruspartikel oder % Vollanalyse
  • Charakterisierung des Serotyps
  • Aggregatbildung 
  • Kontamination durch unerwünschte Wirtszellproteine und Nukleotide 


Die ersten drei Parameter (Kapsid-Titer, Genomanzahl, % Vollanalyse) werden üblicherweise mit zwei oder mehreren der folgenden Verfahren gemessen: qPCR, ddPCR, ELISA, AUC, HPLC-AEX, und/oder TEM. Jede Methode hat ihre eigenen Stärken und Schwächen in Bezug auf den gemessenen Parameter, den Durchsatz, die Geschwindigkeit, die Genauigkeit und das erforderliche Probenvolumen.

Gentherapie: charakterisieren, vergleichen, optimieren

Bei der Prozessentwicklung für virale Vektoren wie AAVs eignet sich der Zetasizer Ultra gut als ergänzender Assay, der in bestehenden analytischen Arbeitsabläufen eingesetzt werden kann. Er bietet eine schnelle, markierung- und zerstörungsfreie, volumenarme und orthogonale Messung der gesamten Viruspartikelkonzentration, des Kapsid-Titers, der Kapsidgröße, der Ladung, der Aggregatbildung, der thermischen Stabilität und des Kapsid Uncoatings.

Eine genaue und präzise Partikelgrößenanalyse ist für die Messung der Partikelkonzentration unerlässlich. Der Zetasizer Ultra nutzt drei Streuwinkel, um eine präzisere und höher aufgelöste Messung zu ermöglichen. Bei der dynamischen Mehrwinkellichtstreuung (Multi-Angle Dynamic Light Scattering, MADLS) werden Streuinformationen aus Rück-, Seiten- und Vorwärtswinkeln gesammelt und zu einer einzigen, höher aufgelösten Größenverteilung kombiniert, die repräsentativere Daten liefert.

Die Größenausschlusschromatographie (SEC) wird seit langem als wichtiges Werkzeug zur Messung des Molekulargewichts von Makromolekülen, Proteinen, Viren, Polysacchariden und Polymeren eingesetzt. OMNISEC, ein Multi-Detektions-SEC-System, kann Daten zu mehreren wichtigen analytischen und qualitätsrelevanten Parametern von AAVs liefern, wie z. B. den Kapsid- und Genom-Titer und auch den Anteil an gefüllten Kapsiden (% voll) - diese Parameter sind über die reine UV-Detektion nicht zugänglich. Diese wichtigen Messgrößen liefern entscheidende Informationen über die Reinheit, Potenz und Stabilität von viralen Vektoren.

Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist ein weit etabliertes Werkzeug bei der Charakterisierung und Entwicklung von virusbasierten Produkten, einschließlich mehrerer kommerzieller Impfstoffe. Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist ein weit etabliertes Werkzeug bei der Charakterisierung und Entwicklung von virusbasierten Produkten, einschließlich mehrerer kommerzieller Impfstoffe. Zusätzlich zu mehreren Stabilitätskriterien für virale Vektoren liefert die DSC eine Schmelztemperatur (TM) des Kapsidzerfalls, die für eine Serotyp-ID charakteristisch ist. Sie zeigt die thermische Stabilität an, erstellt einen probenspezifischen Verlauf von Strukturen höherer Ordnung und kann strukturelle Veränderungen als Reaktion auf Stress, Änderungen der Formulierung oder Prozessbedingungen erkennen.

Die virale Kapsidstabilität und ihre Funktion befinden sich in einem feinen Gleichgewicht. Virale Kapside müssen stabil genug sein, um das Genom zu enthalten und zu schützen, an die Oberfläche der Wirtszelle zu binden, um von der Zelle aufgenommen zu werden und sich im zellulären Milieu zurechtzufinden. Allerdings muss ein virales Kapsid auch genügend Konformationslabilität bieten, um das Genom an der Replikationsstelle freizugeben.

Der Mechanismus des AAV-Vektoren Uncoatings bleibt schlecht verstanden, aber eine strukturelle Veränderung scheint für die Kapsidenthüllung und die Genomfreisetzung erforderlich zu sein. Es wird postuliert, dass die Neigung des Vektors, sich zu entfalten, mit einem wichtigen Qualitätsmerkmal korreliert - der Infektiosität. Die DSC kann in Verbindung mit thermischen Rampen der dynamischen Lichtstreuung verwendet werden, um die Bereitschaft zur Entfaltung eines viralen Kapsids als Reaktion auf Puffer- und Stressbedingungen zu beurteilen.

Empfohlene Produkte

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Weltweit fortschrittlichstes Lichtstreuungssystem
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