目前使用的一些最昂贵药物是用于治疗特定疾病的基因疗法，其高昂成本限制了需要这些疗法的患者获取。成本高昂的部分原因在于制造过程会产生高达90%的非活性材料，分离这些无用部分的过程缓慢、导致显著损失，且难以适应大规模生产。分离环节几乎占基因疗法制造总成本的70%。然而，麻省理工学院化学工程系和生物医学创新中心的研究人员发现了一种大幅改进该分离过程的方法。相关发现发表在《ACS Nano》期刊上，论文作者包括麻省理工学院研究科学家维韦卡南达·巴尔、爱德华·R·吉兰德教授理查德·布拉茨以及五位同事。
巴尔表示："自2017年以来，已有约10,000项基因治疗药物的临床试验。"其中约60%基于腺相关病毒，该病毒用作修饰基因的载体。这些病毒由一种称为衣壳的壳状结构组成，可保护内部的遗传物质，但用于制造这些药物的生产系统往往会产出大量不含遗传物质的空衣壳。
这些空衣壳可能占产量的50%至90%，在治疗上毫无用处，事实上可能适得其反，因为它们可能加剧患者的免疫反应而不提供任何益处。在制造过程中作为配方的一部分之前，必须将其去除。现有的纯化过程不可扩展，涉及多个阶段，处理时间长，且导致产品损失和高成本。
分离完整与空衣壳之所以复杂，是因为在几乎所有方面，它们看起来几乎相同。巴尔说："它们结构相似，蛋白质序列相同，分子量和密度也相似。"鉴于这种相似性，分离它们极具挑战性。"如何想出一种方法？"
目前大多数系统使用基于色谱法的方法，混合物通过吸收材料柱，性质上的微小差异会导致它们以不同速率通过，从而实现分离。由于差异如此微小，该过程需要多轮处理以及过滤步骤，增加了时间和成本。巴尔表示，该方法效率低下，会浪费多达30%或40%的产品。最终产品纯度仍仅为约三分之二，三分之一仍是非活性材料。
在小分子制药行业广泛使用的另一种纯化方法是使用优先结晶过程而非色谱法，但此前该方法从未尝试用于蛋白质纯化——特别是基于衣壳的药物。巴尔决定尝试这种方法，因为"其操作时间短，产品损失也很低，由于高选择性，实现的纯度非常高，"他说。
该方法在一步中分离溶液中的空衣壳与完整衣壳，同时分离细胞碎片和其他无用材料，无需其他方法所需的重要预处理和后处理步骤。
他说："使用结晶方法进行纯化所需时间约为4小时，而色谱法所需时间约为37至40小时。基本上，在操作时间方面，它的效率大约高10倍。"他表示，这种新方法将使基因治疗药物的成本降低5至10倍。
该方法依赖于完整与空衣壳电势的微小差异。DNA分子带有轻微负电荷，而衣壳表面带有正电荷。
他说："正因如此，完整衣壳的整体电荷密度分布将与空衣壳不同。"这种差异导致结晶速率不同，可用于创造有利于完整衣壳结晶而留下空衣壳的条件。
他表示，测试证明了该方法的有效性，且可轻松适应大规模制药制造过程。该团队已通过麻省理工学院技术许可办公室申请了专利，并已与多家制药公司就系统试验展开讨论，巴尔表示，这可能导致该系统在几年内实现商业化。
他说，这些公司"基本上是合作"，"他们正在转移样品以使用我们的方法进行试验"，最终该过程将授权给一家公司，或成为新创业公司的基础。
除巴尔和布拉茨外，研究团队还包括麻省理工学院生物医学创新中心的雅克琳·沃尔夫鲁姆、保罗·巴罗内、斯泰西·斯普林斯、安东尼·辛斯克和罗伯特·科廷。
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