淺談在生物藥生產(chǎn)過程中采用連續(xù)工藝

使用CM制造的藥品清單很短（下表1）。截至2022年，只有13種使用CM制造的藥物在歐洲、日本和美國獲得批準，其中的幾種藥物，如輝瑞的腫瘤藥物Daurismo(glasdegib)，最初是通過批次生產(chǎn)工藝獲得批準，然后再過渡到之后的CM的。表1.2015年至2021年FDA批準的使用連續(xù)生產(chǎn)的藥物使用CM制造的獲批產(chǎn)品的缺乏并不反映目前正在進行的重大努力，以適應這種方法來制造藥物。許多公司正在尋求將CM工藝添加到他們的產(chǎn)品管線中，并與學術機構合作，以創(chuàng)新連續(xù)工藝。隨著這些努力取得成果，該行業(yè)也開始關注如何使CM適應生物藥的生產(chǎn)，生物藥占每年進入市場的新療法的大部分。值得注意的是，是否所有生物藥產(chǎn)品都適用于CM仍存在爭議。許多生物藥的制造流程從細胞培養(yǎng)開始，以生產(chǎn)生物藥，為此存在幾種不同的方法。最常見的方法是補料分批，它使用大罐培養(yǎng)細胞長達三周，然后細胞最終消耗掉所有的營養(yǎng)物質(zhì)。然而，補料分批生物反應器并不總是首選方法。在生物藥開發(fā)的早期，較低的細胞系生產(chǎn)力推動了灌流生物反應器的使用，這種反應器可以通過持續(xù)向細胞提供新鮮營養(yǎng)素同時去除廢培養(yǎng)基和產(chǎn)物來維持數(shù)月的培養(yǎng)時間。灌流生物反應器也是制造不穩(wěn)定蛋白質(zhì)（如重組酶或凝血因子）的理想選擇，連續(xù)收獲更利于優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。然而，補料分批式生物反應器更易于操作和擴大規(guī)模，因此它們在之后一段時間內(nèi)，取代了大多數(shù)灌流制造，因為它們的生產(chǎn)率從每升不到1g提高到了某些產(chǎn)品的每升超過4g。Part1、CM賦予舊技術新的用途

但灌流并沒有完全消失，目前一些生物藥是使用這種工藝制造的（表2）。灌流也經(jīng)歷了行業(yè)內(nèi)對開發(fā)連續(xù)工藝的關注的復興。這并不奇怪，因為灌流細胞培養(yǎng)的過程輸出已被證明明顯高于傳統(tǒng)的補料分批工藝，因為細胞密度顯著更高，生物反應器停機時間減少。此外，灌流工藝需要的設備占地面積比補料分批工藝小得多。這些好處對于任何生物藥的生產(chǎn)都可能意義重大，但對于針對相對較少的患者群體的產(chǎn)品尤其重要，因為在這些情況下，在設備和空間上的大量前期資本支出可能沒有經(jīng)濟意義。例如，賽諾菲(Sanofi)已經(jīng)證明了將集成式連續(xù)灌流用于其罕見病酶替代管線的商業(yè)可行性，其中包括用于遲發(fā)性龐貝病的Nexviazyme（avalglucosidasealfa-ngpt）。表2.使用連續(xù)生產(chǎn)制造的mAb選擇在1993年至2014年期間使用FDA批準的連續(xù)灌流生產(chǎn)的許可mAb產(chǎn)品樣本。使用灌流生物反應器還可以通過在生產(chǎn)過程中保持均勻的微環(huán)境、同時最大限度地減少產(chǎn)品停留時間的可變性，來提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如，中國倉鼠卵巢(CHO)細胞在批次細胞培養(yǎng)開始階段分泌的單克隆抗體(mAb)被釋放到營養(yǎng)豐富的環(huán)境中，其中幾乎沒有裂解細胞。在批次工藝過程中，抗體在收獲前會在生物反應器中保留多天，隨著培養(yǎng)基的消耗以及廢物和死細胞的積累，開始和結束之間的條件可能會發(fā)生巨大變化。多項研究表明，mAb的許多糖基化、脫酰胺和聚體變異性是由批次工藝過程固有的寬范圍停留時間引起的。在連續(xù)灌流工藝過程中，單克隆抗體從培養(yǎng)體系中去除，并在形成后立即進入下游工藝，從而減少長時間暴露于批次或補料分批反應器中不斷變化的細胞培養(yǎng)條件。對于一些細胞療法等半衰期較短、穩(wěn)定性較差的產(chǎn)品，生產(chǎn)反應器中的停留時間更是一個問題。(FigurebyMarkVerdeciaofUSP.)然而，實施灌流工藝不僅僅是延長運行長度的問題。如果灌流工藝不穩(wěn)健且生產(chǎn)力不高，那么這樣做并沒有真正的優(yōu)勢，因為給定空間和時間的產(chǎn)量仍然很低。因此，優(yōu)化灌流工藝對于實現(xiàn)最大產(chǎn)量是必要的。最近，Transcenta使用專有的連續(xù)灌流細胞培養(yǎng)平臺進行為期4周的培養(yǎng)，實現(xiàn)了每天大于6g/L的單位體積生產(chǎn)率。這一改進使產(chǎn)量增加了15倍，使一個500L的一次性生物反應器每年可以生產(chǎn)大約600kg的總原料藥。其它公司，包括SartoriusStedimBiotech，已報告使用100L灌流生物反應器可達到5,000L補料分批生物反應器的預期產(chǎn)量。Part2、其它創(chuàng)新顯示出有助于行業(yè)采用的承諾

其它創(chuàng)新，包括切向流過濾(TFF)和交替式切向流(ATF)過濾等分離技術，也在影響著該行業(yè)。ATF的較低剪切應力使制造商能夠提取含有目標蛋白質(zhì)的廢培養(yǎng)基，同時將更高百分比的細胞安全地返回生物反應器。這有助于該工藝保持較高的細胞密度并減少額外澄清步驟的需要。CM在生物藥領域的未來不僅僅是細胞培養(yǎng)。將上游和下游單元操作集成到完整的端到端CM或部分CM中可以提高效率，從而顯著降低成本。據(jù)報道，相對于mAb生產(chǎn)的傳統(tǒng)批次操作，集成的連續(xù)生物生產(chǎn)平臺可將工藝成本降低55%。非單克隆抗體產(chǎn)品有可能更大幅度地降低運營成本并將資本支出減少三倍。據(jù)報道，一些公司已經(jīng)實現(xiàn)了這一飛躍。BiosanaPharma報告了目前處于1期臨床試驗階段的mAb的完全連續(xù)生產(chǎn)工藝，EnzeneBiosciences最近在印度開設了一座完全連續(xù)的生物藥生產(chǎn)工廠。將CM用于生物藥的許多障礙是產(chǎn)品純化所需技術所固有的。例如，相比CM，結合/洗脫層析更便于批次生產(chǎn)，而最終制劑條件通常僅在批次洗濾工藝結束時達到，這不一定有利于CM。然而，在解決這些技術限制方面已經(jīng)取得了重大進展。解決方案包括流穿式層析系統(tǒng)和逆流分級洗濾工藝，以及自動層析柱和過濾器切換系統(tǒng)。有助于采用集成CM的其它發(fā)展是適當?shù)倪^程分析技術(PAT)，用于快速入線或近線評估關鍵過程參數(shù)和關鍵質(zhì)量屬性，以確保過程保持受控。使用PAT可以非常有利于加快工藝開發(fā)、提高過程理解以及建立穩(wěn)健的控制策略。然而，PAT仍不成熟，特別是對于較大的分子。雖然pH、UV和電導率的入線測量很容易實現(xiàn)，但其它參數(shù)（如聚體、生物負荷和糖基化）的快速分析更具挑戰(zhàn)性，可能需要開發(fā)新技術和方法。幸運的是，在業(yè)界等待這些技術上線的同時，它仍然可以實現(xiàn)CM的許多好處，包括提高生產(chǎn)率、縮短工藝開發(fā)時間、降低運營成本、最小的人為錯誤以及更小的生產(chǎn)占地。盡管做出了這些努力，實施CM工藝、以鏈接或整合操作的已知生物藥制造商的數(shù)量仍然很少，即使在過去五年中，這個數(shù)字已經(jīng)顯著增長。Part3、制造商需要考慮CM是否適合他們

在采用CM之前，制造商必須評估用于生產(chǎn)其管線中產(chǎn)品的可用設備和設施的成本、業(yè)務案例和技術可行性。如果您選擇采用CM，您將需要轉變思維方式，以新的方式思考生物藥的生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量可變性仍然需要在多個批次或生物反應器工藝的多天培養(yǎng)中進行評估。在批次生產(chǎn)中，批次由生產(chǎn)的材料數(shù)量定義，但CM可以通過多種方式定義批次，包括按時間而不是所有單元操作完成時生產(chǎn)的原料藥數(shù)量。因此，想要實施CM的制造商必須在其質(zhì)量體系內(nèi)進行程序更改，以實現(xiàn)批次定義的靈活性。制造商還需要了解瞬態(tài)事件如何影響單個單元操作和整個CM流程。了解瞬態(tài)事件的影響對于識別產(chǎn)品質(zhì)量風險至關重要，無論這些風險是計劃內(nèi)事件（例如過程啟動、暫?；蜿P閉）還是計劃外事件。處理這些問題需要穩(wěn)健的控制策略，因為CM需要快速的實時決策來保持過程的控制和自動化，從而能夠快速響應并靈活地對不斷變化的條件做出響應。CM控制策略的一個關鍵要素是實時轉移不合格(OOS)材料，以幫助保持整體產(chǎn)品質(zhì)量。如前所述，采用CM存在多個經(jīng)濟和運營原因，但制藥行業(yè)的制造商還必須遵守非常高水平的監(jiān)管監(jiān)督。獲得生物產(chǎn)品的監(jiān)管批準已經(jīng)非常耗時，且需要大量人力投入?？梢岳斫?，制造商擔心任何可能延遲其產(chǎn)品的批準和商業(yè)化的事情，盡管監(jiān)管機構已經(jīng)承認CM可以提高質(zhì)量、提高效率、解決醫(yī)療產(chǎn)品短缺問題并加快上市時間。Part4、知識共享和監(jiān)管機構的投入將刺激CM的采用

缺乏對生物藥連續(xù)工藝的開發(fā)、實施、操作和生命周期管理的科學和法規(guī)指導會產(chǎn)生風險。目前的指南，包括ICHQ8、Q9、Q10和Q11，對于批次生產(chǎn)工藝的內(nèi)容可能很容易理解，但它們對CM的實施的指南仍在不斷發(fā)展。即將出臺更具體的指南，包括ICHQ13，它側重于治療性蛋白質(zhì)的CM。然而，行業(yè)需要監(jiān)管機構提供更多信息，監(jiān)管機構需要行業(yè)提供更多信息。幸運的是，F(xiàn)DA正在優(yōu)先考慮先進制造，并為其新興技術計劃增加人員，該計劃評估連續(xù)、模塊化和智能制造。行業(yè)組織也開始在促進CM的使用方面發(fā)揮積極作用。美國國家生物制藥創(chuàng)新研究所促進了一項關于mAb制造的案例研究，旨在就mA