多產(chǎn)品灌流平臺(tái)的強(qiáng)化
據(jù) Shawn Barrett (Sanofi) 稱，該公司正在通過(guò)將批次模式下游工藝轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮涡韵到y(tǒng)，以處理懸浮中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢(CHO) 培養(yǎng)液，其使用連續(xù)模式捕獲層析法，從而減少占地面積和商品成本，并提高穩(wěn)健性和靈活性。他們的上游團(tuán)隊(duì)還致力于強(qiáng)化灌流培養(yǎng)，以提高單位體積生產(chǎn)率，并最大限度地降低細(xì)胞特異性灌流率，從而最大限度地減少培養(yǎng)基使用。在此過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量屬性得以保持，并在較長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，工藝保持所需穩(wěn)健性。在使用這種工藝進(jìn)行規(guī)模放大時(shí)，應(yīng)保持固定范圍的細(xì)胞密度。
圖 6.4 強(qiáng)化灌流平臺(tái)（賽諾菲）。
賽諾菲的第一個(gè)集成連續(xù)生物生產(chǎn)灌流系統(tǒng)（圖6.4）使用化學(xué)限定培養(yǎng)基和新的細(xì)胞系。此外，與舊工藝相比，新工藝能夠?qū)⑸a(chǎn)率提高100 倍，而與其它生物藥相比，在 10 L 規(guī)模條件下的開(kāi)發(fā)后，生產(chǎn)率提高達(dá) 5 倍（圖 6.5）。
圖 6.5 種子擴(kuò)增鏈開(kāi)發(fā)中的上游工藝強(qiáng)化
使用灌流工藝的上游工藝強(qiáng)化
早些時(shí)候，他們?cè)谑褂貌煌?xì)胞系時(shí)，面臨細(xì)胞活性降低、生產(chǎn)力降低50%±10%、以及生長(zhǎng)速度突然增加等方面的一些挑戰(zhàn)。在新的灌流工藝中，通過(guò)添加新的濃縮補(bǔ)液，解決了這個(gè)問(wèn)題。此外，在強(qiáng)化灌流工藝中使用的克隆是從補(bǔ)料分批克隆中篩選出來(lái)的，而使用八種不同克隆的新工藝表明，它可以提高45%±15% 的生產(chǎn)力。生物仿制藥 mAb 的強(qiáng)化灌流工藝以及連續(xù)層析捕獲步驟的集成表明，當(dāng)工廠產(chǎn)能增加高達(dá) 2.5 倍時(shí)，在 2000 L 灌流工藝中，商品成本(COG) 降低了高達(dá) 50%。針對(duì)生物反應(yīng)器的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 應(yīng)用，在傳質(zhì)、混合和底物梯度研究中顯示出了有希望的結(jié)果。這將有助于調(diào)查和管理連續(xù)生物反應(yīng)器中的異質(zhì)性。當(dāng)CFD 與腔室建模和傳感器相結(jié)合時(shí)，工藝開(kāi)發(fā)和實(shí)時(shí)梯度分析變得容易。交替式切向流(ATF) 過(guò)濾也已開(kāi)發(fā)并被廣泛用于外部細(xì)胞截留，其可在一定程度上避免在長(zhǎng)時(shí)間灌流過(guò)程中觀察到膜堵塞問(wèn)題。
Moderna 獲得了2019 年 ISPE 未來(lái)工廠獎(jiǎng)，并在序列鑒定后不到一個(gè)半月的時(shí)間內(nèi)向美國(guó)國(guó)家過(guò)敏和傳染病研究所提供了第一批COVID-19 疫苗。這可能只有在生物制藥行業(yè)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模到商業(yè)規(guī)模的工藝強(qiáng)化和數(shù)字化不斷改進(jìn)的情況才能實(shí)現(xiàn)。
在灌流工藝中，可以獲得高細(xì)胞密度，其可用于N-1 生物反應(yīng)器，由此在生產(chǎn)生物反應(yīng)器中接種時(shí)的起始細(xì)胞密度變高，最終減少了達(dá)到高細(xì)胞密度所需的時(shí)間。這種方法被用于接種多個(gè)補(bǔ)料分批生產(chǎn)生物反應(yīng)器。所以在這里，它是灌流和補(bǔ)料分批工藝的結(jié)合，不需要多次放大來(lái)為多個(gè)補(bǔ)料分批生產(chǎn)生物反應(yīng)器制備接種物。
連續(xù)生產(chǎn)中的工藝強(qiáng)化和整合
由于監(jiān)控、分析、人工智能、自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)生了一場(chǎng)“革命”。因此，可以獲得實(shí)時(shí)的放行測(cè)試、持續(xù)的質(zhì)量判定以及更好的產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)程控制。數(shù)字化生物生產(chǎn)有許多子學(xué)科，只有少數(shù)人具備所有這些方面的專業(yè)知識(shí)，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
除了數(shù)字化生物生產(chǎn)，在信息技術(shù)支持方面，還有很多支持者，比如針對(duì)FDA監(jiān)管的高端軟件、大型復(fù)雜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、人工智能系統(tǒng)等。在數(shù)字化生物制造中，關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQA) 和關(guān)鍵工藝參數(shù) (CPP) 的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、分析和控制與工藝強(qiáng)化控制和連續(xù)工藝參數(shù)優(yōu)化一起出現(xiàn)。
數(shù)字化生物生產(chǎn)還包括可以遠(yuǎn)程控制、具有自我意識(shí)和持續(xù)自適應(yīng)的工廠。除了入線或在線，實(shí)時(shí)、正交過(guò)程監(jiān)控、事件控制、管理和報(bào)告功能也應(yīng)該存在于數(shù)字化生物生產(chǎn)中。這意味著，在這里，有巨大的潛力來(lái)支持高端制造智能轉(zhuǎn)化為最佳產(chǎn)品收獲、對(duì)分析和過(guò)程控制的監(jiān)控支持、報(bào)告QA 和 QC 支持、工藝開(kāi)發(fā)和優(yōu)化、調(diào)度預(yù)測(cè)能力，以及供應(yīng)鏈優(yōu)化。在 QbD 方法中，數(shù)字生物生產(chǎn)可以成功地適應(yīng)多屬性分析方法的結(jié)果，例如四極道爾頓質(zhì)譜法，通過(guò)該方法可以識(shí)別過(guò)程對(duì)多個(gè)CQA 的影響，并可以替換多個(gè)舊的分析方法。多屬性分析方法對(duì)監(jiān)管機(jī)構(gòu)友好且具有成本效益，支持先進(jìn)的過(guò)程控制，并支持近乎實(shí)時(shí)地報(bào)告多個(gè)產(chǎn)品屬性。
商業(yè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)支持包括來(lái)自生物反應(yīng)器的無(wú)菌在線采樣以及用于多重分析和在線分析的多個(gè)下游流程。除此之外，為實(shí)時(shí)、連續(xù)和具體的分析獲得不同的監(jiān)控解決方案也沒(méi)有問(wèn)題。
可提供一次性且適應(yīng)性強(qiáng)的在位拉曼探針，可同時(shí)測(cè)量谷氨酸、乳酸、葡萄糖、谷氨酰胺、氨、滲透壓、活性和總細(xì)胞密度。隨著新儀器的進(jìn)步，實(shí)時(shí)糖鏈分析也可以在30 分鐘內(nèi)完成（圖 6.6）。
在數(shù)字化生物生產(chǎn)中，先進(jìn)的過(guò)程監(jiān)控將導(dǎo)致工藝開(kāi)發(fā)的變化和控制，使用新的分析技術(shù)和新的數(shù)據(jù)源。例如，與使用具有代表性的值（如pH 或葡萄糖水平）相比，近乎實(shí)時(shí)地測(cè)量糖型為使用產(chǎn)品屬性的變化進(jìn)行過(guò)程控制提供了一種更好的方法。除此之外，通過(guò)監(jiān)控上游工藝(USP) 和 DSP 中的各種工藝參數(shù)，可用的大量數(shù)據(jù)有可能用于更好地控制工藝。
如果有適當(dāng)?shù)姆桨敢酝耆傻姆绞綀?zhí)行、控制和精確分析，則可以輕松處理潛在的偏差。這可以通過(guò)引入自動(dòng)化理念和上、下游生物工藝的整合作為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化理念在工藝集成中的應(yīng)用可帶來(lái)改進(jìn)且具有成本效益的工藝設(shè)計(jì)、更高的生產(chǎn)率以及產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。與批次工藝相比，在連續(xù)生物工藝中，提高了設(shè)備和原材料的利用率，同時(shí)具有成本和能源節(jié)約優(yōu)勢(shì)。
圖 6.6 使用先進(jìn)儀器 (GlyQ) 進(jìn)行的聚糖分析。
智能制造概念被稱為工業(yè) 4.0，通過(guò)它可以更好地控制過(guò)程，連續(xù)生物工藝是其中的一部分。與需要連續(xù)手動(dòng)干預(yù)、以在定義的時(shí)間間隔運(yùn)行和控制過(guò)程的批次工藝相比，連續(xù)生物工藝是自動(dòng)化的、穩(wěn)定的和可持續(xù)的，能夠克服批次工藝的局限性。
在連續(xù)生物工藝的規(guī)模放大過(guò)程中，廢物處理是一個(gè)令人擔(dān)憂的情況。雖然很明顯，連續(xù)生物工藝結(jié)合一次性系統(tǒng)提供了更好的靈活性，但它也引起了與環(huán)境安全相關(guān)的擔(dān)憂，因?yàn)樵诋?dāng)前情況下，世界正試圖盡可能地避免使用塑料。
