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技术装备
促使生物制药生产大众化的一次性平台
发布时间: 2018-04-08     来源: 生物谷

 Miriam Monge和Dr. Nick Hutchinson,Sartorius Stedim Biotech

一次性使用技术用于生物工艺已超过20年之久。作为曾经取代塑料或玻璃瓶的市场空缺技术,现已发展成为工业化规模的生物制品生产商普遍使用的技术(Monge, 2016)。完全由一次性使用技术所组成的标准化工艺平台,包含了从种子生物反应器到最终大量制剂贮存,目前已能够用于单克隆抗体的生产,更多应用正在开发之中 (Monge, 2016)。有许多企业由于资源有限,内部生产能力的建立尚存在困难。一次性使用平台可以减轻生物工艺设计的重担,并提供了一种节约成本的内部开发途径。

本文探讨了一次性使用工艺平台在更进一步简化生物制药生产工艺和通过缩短产品进入市场的时间、提高产品安全性和降低生产成本为药物开发者提供显著效益的关键进展。

新型开发工具可以促进生物制药开发早期阶段中一次性使用工艺的设计。ambr®250 modular 系统是一个独特的一次性规模缩小的模型,用于快速工艺开发和优化。其基础系统为2个生物反应器系统,可扩大至4、6或8个生物反应器配置,其中所有生物反应器工作站具有对pH、溶解氧、温度和转速等所有参数的完整和独立的工艺控制。这种一次性使用生物反应器与传感器、5个试剂贮存器和注射泵完全整合,确保其易于进行实验设置和周期转变。此外,这种生物反应器容器在几何上与标准台式生物反应器相似,确保该系统成为一种卓越的小规模模型。所有这些意味着ambr® 250 modular 系统能帮助生物工艺工程师显著提高产能,同时无需对生物反应器或其配件进行灭菌处理。

所有基于一次性使用细胞培养的工艺均需要细胞生长培养基。细胞培养基是生产平台总成本的一个重要组成部分,培养基的开发需要具备相当专业的知识。市场上有成品的细胞生长培养基,但这些培养基通常不能满足特定细胞系的特殊需求。此外,它们可能将生产商束缚在单一来源的培养基供应上,无法确保生物制药开发者获得有专利权的配方。基于现代DOE的实验设计与自动化、高通量细胞培养技术以及领域内技术支持相结合的培养基优化服务可以应对这些挑战。一个近期的细胞培养基开发项目显示,采用这种方法可以获得最大活细胞密度提高2.5倍的配方,最终使抗体效价提高4倍。使用这些商业化的培养基优化服务可以在6个月内完成培养基和补料的开发。从而使生物制药生产商更快地进入临床,以及开发出产能更高的工艺。

工艺开发工具和培养基优化服务不仅能提高产品表达量,但是也提高了生物反应器内的生物量浓度。细胞湿重生物量浓度达5-10%(w/v)已变得越来越普遍。澄清技术也必须能应对工艺多样性的挑战。仅仅依靠工程师通过放大设备尺寸应对最差情况的传统方式效率低且成本高。新的主体加料过滤方法可应用于一次性使用平台工艺,用于收获容积2000L以内的生物反应器。主体加料过滤是一种较为成熟的技术,是用于饮料和血浆成分分离工业的众多技术之一。该技术现已用于制药行业。用这种方法可识别细胞湿重15%以下的生物反应器,且该技术对细胞活性变化不敏感。可向混合容器内的细胞培养物中加入硅藻土等多孔助滤剂。在随后的一次性使用过滤步骤中的上游段,生物量和助滤剂一起构成可渗透的滤饼。加入更多助滤剂可增加滤饼的渗透性,提高渗透流速。哺乳动物细胞培养中的最优硅藻土浓度与细胞湿重呈线性相关。若已知细胞湿重,则很容易计算出大规模主体加料的需求。主体加料中含有Celpure®300,一种专为生物制药工艺设计的超纯级硅藻土。

这种技术的有效性已通过试验证明,试验从一个1000L的生物反应器中收获了CHO细胞2×107~3×107/mL,细胞湿重为8%。运行中需要20kg硅藻土,工艺液体流经13个过滤器单元。在加入助滤剂之后、进行过滤步骤之前,进行了低pH沉降,随后的过滤步骤在90分钟以内完成。

生物制药生产商实施一次性使用工艺时所面临的另一个挑战是证明产品质量的一致性。过程分析技术(PAT)和基于数据的优化技术正在帮助提供更好的控制,并通往更优化的平台。“即插即用型”完全整合式监测和控制回路是基于先进的实时分析和可放大的一次性传感器,它可与不同生产工艺的一次性使用单元操作完全整合。例如,在上游加工过程中,可以实现生物反应器内葡萄糖水平的自动检测和控制,并能完全整合到本地生物反应器控制系统中。此类技术能提供自动反馈控制,减少了采样需求,可以实现夜间和周末的连续葡萄糖测定,从而提供更高的细胞培养工艺一致性。除了这种监测和控制回路外,一次性使用平台还能从SCADA系统中受益,SCADA系统具有整合的DOE和多变量数据分析功能,从而实现批间和不同规模间的比较。这种方式使生产商能够对培养批进行实时监测,以便进行质量可控制和早期故障检测。

本文表明,可整合到一次性使用工艺平台中的新技术和服务正在不断涌现。这些方面的进展可缩短开发时间,从而生成更优化的工艺。使用培养基优化服务可提高一次性使用生物反应器中的细胞培养表达量,但这会增加收获时的挑战,必须从其他行业学习新的方法来解决。PAT工具已用于一次性使用操作中,能提供更佳的控制和工艺一致性。那些可能拥有有限资源进行生物工艺设计的生物制药生产商可以从这些已经可以整合到一次性使用平台中的创新成果中获益。这将通过加快其进入临床的速度、提高其产能及产品质量,以及降低前期资本支出,使其能够与大型的、实力雄厚的行业内企业进行更有效的竞争。

应用一次性使用工艺平台需考虑的最后一点则是合适的QC检测策略。生物安全性分析方法提供生产期间无病毒和细菌污染的证据。药物的生物活性鉴定可以采用结合和功能评价方法进行。由于这些测试方法变得日益复杂,药品生产商正在寻求将分析测试服务外包给服务供应商。BioOutsource即为这样的一家供应商,它已在业内建立市场,专注于治疗性单克隆抗体的生物学评价。公司提供全面的有资质的分析测试服务,以支持生物仿制药的开发。

     
参考文献
· Heaven, L. (2016) What’s Next For Single-Use Technology In Bioprocessing. BIOPROCESS ONLINE. Available at; http://www.bioprocessonline.com/doc/what-s-next-for-single-use-technology-in-bioprocessing-0001 sectionCode=Freeform1&templateCode=Single&user=20&source=nl:45204Accessed on 4 April 2016.
· Monge, M. (2016) Single-Use Process Platforms Help Biomanufacturers Reduce Costs BIOPROCESS ONLINE. Available at; http://www.bioprocessonline.com/doc/single-use-process-platforms-help-biomanufacturers-reduce-costs-0001 Access on 4 April 2016.

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