中國粉體網訊 目前，生物制藥行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是上游表達量的增加和規(guī)模的擴大，常規(guī)的批次生產效率有限，而連續(xù)流生產在提高產能、降低成本和縮短時間上顯示出廣闊的應用前景。

背景介紹

中國的生物制藥行業(yè)才剛起步，中國藥企無論在技術水平還是生產規(guī)模及效率上都與國外生物藥巨頭有較大差距，如果還是按國外原研藥的批次生產模式，生產成本就沒有優(yōu)勢，在帶量采購的競標中就會處于劣勢。因此中國生物藥企業(yè)要在激烈競爭中獲勝，就必須比原研藥廠擁有更好的生產工藝、更高的生產效率及更低的生產成本。應用連續(xù)生產工藝技術將是中國生物藥獲得競爭優(yōu)勢的一個突破口。連續(xù)生產技術剛剛起步，國內外基本處于同一起跑線上，如果中國生物類似藥企業(yè)可以抓住機遇優(yōu)先發(fā)展和使用連續(xù)生產工藝，將可以發(fā)揮后發(fā)先至的優(yōu)勢，提高生產效率，降低生產成本。

傳統(tǒng)生物藥生產采用的是批次生產流程，需要經歷一系列間隔的生產步驟。整個流程中的每個間隔環(huán)節(jié)都會帶來生產效率的降低和延遲，并增加產品缺陷和操作失誤的概率。連續(xù)生產制藥技術是一種新興技術，雖然還面臨著許多監(jiān)管的問題和技術的挑戰(zhàn)，但連續(xù)生產的優(yōu)越性卻顯而易見，也是生物制藥工藝發(fā)展的大勢所趨，能夠提高生產過程的穩(wěn)健性和可靠性、降低生產和固定資產支出、減少工廠建造時間、降低生產中產品更換所需時間。

在下游生產過程中，連續(xù)流的實現(xiàn)主要通過采用連續(xù)流層析、在線檢測等技術將多個工藝單元進行整合(Figure 1)，可以在提高生產效率與廠房利用率的同時，減小中間體存儲量、各步驟之間的等待時間以及儀器設備所需的規(guī)模和對應的投入，從而達到縮短生產周期與降低生產成本的目標。

Figure 1 整個下游的工藝控制流程圖

Note：利用實時的檢測手段來控制工藝過程

案例分析

就下游的分離純化過程而言，主要包括：包括第一步用Protein A 親和介質捕獲抗體; 第二步用陽離子層析作為中間純化去除抗體多聚體、HCP、DNA等，第三步用陰離子層析介質精細分離殘留的DNA,、HCP、Protein A、內毒素等雜質以達到精純目的(Figure 2)。

Figure 2下游純化過程

下游純化工藝的主要目的是通過分離純化提高產品的純度和收率，保障產品質量和穩(wěn)定性。連續(xù)生產需要把所有步驟連接起來，使得生產工藝可以高度集成，高度自動化，而且要確保產品的穩(wěn)定性和一致性等(Figure 3)。

Figure 3連續(xù)流下游純化總流程

連續(xù)流工藝可以提高填料的利用率，縮短工藝時間，提高產能(Figure 4)。下面將從幾個案例介紹連續(xù)流工藝的應用。

Figure 4連續(xù)流工藝提高效率

案例一：連續(xù)捕獲

DF的當前工業(yè)實踐是手動操作模式，為了升級系統(tǒng)以進行連續(xù)收獲，可以如下圖5所示設計過濾器支架。每一輪過濾器可以順序執(zhí)行。每次完成DF后，都可以使用新的過濾器對固定器進行拆卸和重新組裝�？梢栽O計這種類型的硬件，并將其用于將來的連續(xù)DF。

Figure5連續(xù)捕獲的深層過濾系統(tǒng)

案例二：Cytiva的PCC在親和層析過程的使用

連續(xù)mAb捕獲已成功地從工藝開發(fā)實驗室應用于大型生物制藥公司的生產規(guī)模，連續(xù)捕獲可提高效率，保證產品質量(縮短HCCF的存儲時間)。例如，Cytiva PCC連續(xù)流技術，采用多根層析柱，在純化過程中，這幾個柱子在上樣、淋洗、洗脫、再生之間交替進行。這種方式可以充分利用填料的最高載量(Figure6)，詳細流程圖見Figure 7。

Figure 6 PCC模式下填料載量利用情況

Figure 7 三柱PCC流程圖

因此，PCC技術三個優(yōu)勢：

(1)減少填料的使用量降低填料成本(Table 1)；

(2)減少buffer的消耗(3)縮短工藝時間

(3)不受制于上游的培養(yǎng)工藝(5)在下游純化過程中，與傳統(tǒng)批次生產相比，對產品質量的影響非常類似(Figure 8).

Table 1傳統(tǒng)批次生產與連續(xù)流生產的填料消耗比較

Figure 8 連續(xù)流工藝在高載下的表現(xiàn)

案例三連續(xù)流在pH病毒滅活中的應用

Figure 9 Continuous flow design for Viral Inactivation

在線稀釋操作使低pH的病毒滅活的連續(xù)生產成為可能(Figure 9)。通過pH計監(jiān)控實時的產品的pH情況，除此外應當仔細研究洗脫中批次之間的pH變化，以了解洗脫緩沖液pH和柱負載密度變化的影響。低pH保持后的單克隆抗體聚集應受到密切監(jiān)控，SEC層析柱實時監(jiān)控蛋白的質量，防止酸堿滴定過量造成變性聚集。如果mAb對低pH處理敏感，則可以選擇去污劑處理(例如1%v/v聚山梨酯20+0.03%磷酸三正丁酯)，因為它可以在五分鐘內有效滅活包膜病毒(例如>5對數(shù)減少)

案例四 Cytiva的PCC在蛋白精純過程的使用

Figure 10 連續(xù)流在IgG純化中的應用

將連續(xù)流工藝用在IgG Cohn fraction II and III純化工藝中(Figure 10)，與傳統(tǒng)的批次工藝相比，PCC技術用在AEX流穿模式和CEX結合洗脫模式下，其工藝表現(xiàn)經過多個cycle后依然保持一致，產品質量經分析檢測也能達到預期標準(Figure 11 )

Figure 11 PCC技術中產品中的雜質殘留

Note：(A) Amount MAb, (B) aggregate content, and (C) HCP contentin elution pool from the 3C-PCC setup.

案例五：Cytiva的PCC在疫苗生產過程的使用

今年新冠病毒的泛濫使疫苗的產業(yè)又迅速回歸大眾的視線，連續(xù)流工藝能夠通過不間斷的流程以更快、更穩(wěn)定、更經濟、更安全地生產，下圖12為PCC技術在疫苗產業(yè)的應用。

Figure 12 4C-PCC在疫苗產業(yè)中的應用

①ÄKTA PCC 75連續(xù)10 cycles都能夠保持較好的工藝

②純度和收率都能達到預期水平

③基線控制和動態(tài)UV控制有效的適用到連續(xù)流技術中

④圖譜的趨勢分析能夠及時的監(jiān)控工藝，實時質量監(jiān)控，隨時撇下不達標的中間產品，使其確保穩(wěn)定持續(xù)的產品質量

⑤系統(tǒng)能夠精準的操作結合洗脫的模式，對流穿模式有一定的局限性

⑥連續(xù)生產還可以提高介質利用度，降低流動相及介質的使用量從而降低生產成本

案例六：Cytiva的PCC放大過程

目前，PCC技術正在從實驗室規(guī)模到生產規(guī)模的轉變實驗階段(Figure 13)，可以得到50倍放大到294倍放大(Table 2)。數(shù)據顯示，放大后的生產工藝的可持續(xù)性和產品的質量都能達到預期的結果。

Figure 13 PCC技術從實驗室規(guī)模放大到生產規(guī)模

Note：(A) Lab-scaleÄKTA pcc, with UNICORN™ control software,

(B) BioProcess pcc, with UNICORN software and DeltaV™ distribution controlsystem,

Table 2 從實驗室規(guī)模到生產規(guī)模的放大

Table 3 傳統(tǒng)生產批次與連續(xù)流生產(2000L)的質量數(shù)據比較

放大到2000L的規(guī)模，產品的質量和回收率能夠很好的得到保證(Table 3)，并且連續(xù)流工藝顯示出較好的優(yōu)勢：

①填料使用量有65%的降低

②Buffer使用量有40%的降低

③人力成本有33%的降低

④連續(xù)流技術的應用更依賴于PAT技術的支持

FDA已將過程分析技術(PAT)定義為通過及時測量影響關鍵質量屬性(CQA)的關鍵過程參數(shù)(CPP)來設計、分析和控制生產過程的系統(tǒng)。PAT包括大量的化學、物理和統(tǒng)計分析，以及各種分析測量，包括熱電偶、紅外、拉曼和紫外光譜、質譜、色譜、核磁共振、結晶監(jiān)測以及粒子大小分析(圖14)。在軟件的幫助下，PAT可以與下游裝置進行自動化合成，用反饋系統(tǒng)控制反應條件和優(yōu)化代替篩選實驗。

Figure 14 可用于連續(xù)流工藝的PAT的代表性范例

結束語

連續(xù)生產制藥技術是一種新興技術，需要解決上游連續(xù)細胞培養(yǎng)技術和下游分離純化技術，其中最具挑戰(zhàn)的是下游分離純化。雖然還面臨著許多監(jiān)管的問題和技術的挑戰(zhàn)，但連續(xù)生產的優(yōu)越性卻顯而易見，也是生物制藥工藝發(fā)展的必然趨勢。

首先，由于連續(xù)生產工藝集成度高、自動化程度高，因此可減少人工成本。第二，連續(xù)生產還可以做到實時質量監(jiān)控，從而讓產品質量更可靠。第三，連續(xù)生產可以實現(xiàn)設備小型化，高效利用廠房空間，大幅度縮小廠房的使用面積，減少固定資產的投資。第四, 連續(xù)生產還可以提高介質利用度，降低流動相及介質的使用量從而降低生產成本;第五, 連續(xù)生產規(guī)模易于調節(jié)，可大可小，方便適應不斷變化的市場需求，這種操作靈活性同時減輕一些審批后的監(jiān)管任務，也使得工藝更容易放大，減少傳統(tǒng)工藝放大所面臨的諸多驗證和重復的問題。

(中國粉體網編輯整理/昧光)

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