淺談在生物藥生產(chǎn)過(guò)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(guó)獲得批準(zhǔn)，其中的幾種藥物，如輝瑞的腫瘤藥物Daurismo(glasdegib)，最初是通過(guò)批次生產(chǎn)工藝獲得批準(zhǔn)，然后再過(guò)渡到之后的CM的。表1.2015年至2021年FDA批準(zhǔn)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(jìn)行的重大努力，以適應(yīng)這種方法來(lái)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(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)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(kāi)始關(guān)注如何使CM適應(yīng)生物藥的生產(chǎn)，生物藥占每年進(jìn)入市場(chǎng)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(zhēng)議。許多生物藥的制造流程從細(xì)胞培養(yǎng)開(kāi)始，以生產(chǎn)生物藥，為此存在幾種不同的方法。最常見(jiàn)的方法是補(bǔ)料分批，它使用大罐培養(yǎng)細(xì)胞長(zhǎng)達(dá)三周，然后細(xì)胞最終消耗掉所有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然而，補(bǔ)料分批生物反應(yīng)器并不總是首選方法。在生物藥開(kāi)發(fā)的早期，較低的細(xì)胞系生產(chǎn)力推動(dòng)了灌流生物反應(yīng)器的使用，這種反應(yīng)器可以通過(guò)持續(xù)向細(xì)胞提供新鮮營(yíng)養(yǎng)素同時(shí)去除廢培養(yǎng)基和產(chǎn)物來(lái)維持?jǐn)?shù)月的培養(yǎng)時(shí)間。灌流生物反應(yīng)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(bǔ)料分批式生物反應(yīng)器更易于操作和擴(kuò)大規(guī)模，因此它們?cè)谥笠欢螘r(shí)間內(nèi)，取代了大多數(shù)灌流制造，因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)率從每升不到1g提高到了某些產(chǎn)品的每升超過(guò)4g。Part1、CM賦予舊技術(shù)新的用途

但灌流并沒(méi)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(duì)開(kāi)發(fā)連續(xù)工藝的關(guān)注的復(fù)興。這并不奇怪，因?yàn)楣嗔骷?xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程輸出已被證明明顯高于傳統(tǒng)的補(bǔ)料分批工藝，因?yàn)榧?xì)胞密度顯著更高，生物反應(yīng)器停機(jī)時(shí)間減少。此外，灌流工藝需要的設(shè)備占地面積比補(bǔ)料分批工藝小得多。這些好處對(duì)于任何生物藥的生產(chǎn)都可能意義重大，但對(duì)于針對(duì)相對(duì)較少的患者群體的產(chǎn)品尤其重要，因?yàn)樵谶@些情況下，在設(shè)備和空間上的大量前期資本支出可能沒(méi)有經(jīng)濟(jì)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(jiàn)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(zhǔn)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(yīng)器還可以通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中保持均勻的微環(huán)境、同時(shí)最大限度地減少產(chǎn)品停留時(shí)間的可變性，來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如，中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢(CHO)細(xì)胞在批次細(xì)胞培養(yǎng)開(kāi)始階段分泌的單克隆抗體(mAb)被釋放到營(yíng)養(yǎng)豐富的環(huán)境中，其中幾乎沒(méi)有裂解細(xì)胞。在批次工藝過(guò)程中，抗體在收獲前會(huì)在生物反應(yīng)器中保留多天，隨著培養(yǎng)基的消耗以及廢物和死細(xì)胞的積累，開(kāi)始和結(jié)束之間的條件可能會(huì)發(fā)生巨大變化。多項(xiàng)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(guò)程固有的寬范圍停留時(shí)間引起的。在連續(xù)灌流工藝過(guò)程中，單克隆抗體從培養(yǎng)體系中去除，并在形成后立即進(jìn)入下游工藝，從而減少長(zhǎng)時(shí)間暴露于批次或補(bǔ)料分批反應(yīng)器中不斷變化的細(xì)胞培養(yǎng)條件。對(duì)于一些細(xì)胞療法等半衰期較短、穩(wěn)定性較差的產(chǎn)品，生產(chǎn)反應(yīng)器中的停留時(shí)間更是一個(gè)問(wèn)題。(FigurebyMarkVerdeciaofUSP.)然而，實(shí)施灌流工藝不僅僅是延長(zhǎng)運(yùn)行長(zhǎng)度的問(wèn)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(méi)有真正的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻o定空間和時(shí)間的產(chǎn)量仍然很低。因此，優(yōu)化灌流工藝對(duì)于實(shí)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(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)進(jìn)行為期4周的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了每天大于6g/L的單位體積生產(chǎn)率。這一改進(jìn)使產(chǎn)量增加了15倍，使一個(gè)500L的一次性生物反應(yīng)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(bào)告使用100L灌流生物反應(yīng)器可達(dá)到5,000L補(bǔ)料分批生物反應(yīng)器的預(yù)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(guò)濾(TFF)和交替式切向流(ATF)過(guò)濾等分離技術(shù)，也在影響著該行業(yè)。ATF的較低剪切應(yīng)力使制造商能夠提取含有目標(biāo)蛋白質(zhì)的廢培養(yǎng)基，同時(shí)將更高百分比的細(xì)胞安全地返回生物反應(yīng)器。這有助于該工藝保持較高的細(xì)胞密度并減少額外澄清步驟的需要。CM在生物藥領(lǐng)域的未來(lái)不僅僅是細(xì)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(bào)道，相對(duì)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(tái)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(yùn)營(yíng)成本并將資本支出減少三倍。據(jù)報(bào)道，一些公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一飛躍。BiosanaPharma報(bào)告了目前處于1期臨床試驗(yàn)階段的mAb的完全連續(xù)生產(chǎn)工藝，EnzeneBiosciences最近在印度開(kāi)設(shè)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(shù)所固有的。例如，相比CM，結(jié)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(jié)束時(shí)達(dá)到，這不一定有利于CM。然而，在解決這些技術(shù)限制方面已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。解決方案包括流穿式層析系統(tǒng)和逆流分級(jí)洗濾工藝，以及自動(dòng)層析柱和過(guò)濾器切換系統(tǒng)。有助于采用集成CM的其它發(fā)展是適當(dāng)?shù)倪^(guò)程分析技術(shù)(PAT)，用于快速入線或近線評(píng)估關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)和關(guān)鍵質(zhì)量屬性，以確保過(guò)程保持受控。使用PAT可以非常有利于加快工藝開(kāi)發(fā)、提高過(guò)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(duì)于較大的分子。雖然pH、UV和電導(dǎo)率的入線測(cè)量很容易實(shí)現(xiàn)，但其它參數(shù)（如聚體、生物負(fù)荷和糖基化）的快速分析更具挑戰(zhàn)性，可能需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)和方法。幸運(yùn)的是，在業(yè)界等待這些技術(shù)上線的同時(shí)，它仍然可以實(shí)現(xiàn)CM的許多好處，包括提高生產(chǎn)率、縮短工藝開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低運(yùn)營(yíng)成本、最小的人為錯(cuò)誤以及更小的生產(chǎn)占地。盡管做出了這些努力，實(shí)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(guò)去五年中，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)顯著增長(zhǎng)。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(píng)估用于生產(chǎn)其管線中產(chǎn)品的可用設(shè)備和設(shè)施的成本、業(yè)務(wù)案例和技術(shù)可行性。如果您選擇采用CM，您將需要轉(zhuǎn)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(gè)批次或生物反應(yīng)器工藝的多天培養(yǎng)中進(jìn)行評(píng)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(guò)多種方式定義批次，包括按時(shí)間而不是所有單元操作完成時(shí)生產(chǎn)的原料藥數(shù)量。因此，想要實(shí)施CM的制造商必須在其質(zhì)量體系內(nèi)進(jìn)行程序更改，以實(shí)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(gè)單元操作和整個(gè)CM流程。了解瞬態(tài)事件的影響對(duì)于識(shí)別產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要，無(wú)論這些風(fēng)險(xiǎn)是計(jì)劃內(nèi)事件（例如過(guò)程啟動(dòng)、暫?；蜿P(guān)閉）還是計(jì)劃外事件。處理這些問(wèn)題需要穩(wěn)健的控制策略，因?yàn)镃M需要快速的實(shí)時(shí)決策來(lái)保持過(guò)程的控制和自動(dòng)化，從而能夠快速響應(yīng)并靈活地對(duì)不斷變化的條件做出響應(yīng)。CM控制策略的一個(gè)關(guān)鍵要素是實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)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(gè)經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)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(zhǔn)已經(jīng)非常耗時(shí)，且需要大量人力投入?？梢岳斫猓圃焐虛?dān)心任何可能延遲其產(chǎn)品的批準(zhǔn)和商業(yè)化的事情，盡管監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)承認(rèn)CM可以提高質(zhì)量、提高效率、解決醫(yī)療產(chǎn)品短缺問(wèn)題并加快上市時(shí)間。Part4、知識(shí)共享和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的投入將刺激CM的采用

缺乏對(duì)生物藥連續(xù)工藝的開(kāi)發(fā)、實(shí)施、操作和生命周期管理的科學(xué)和法規(guī)指導(dǎo)會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。目前的指南，包括ICHQ8、Q9、Q10和Q11，對(duì)于批次生產(chǎn)工藝的內(nèi)容可能很容易理解，但它們對(duì)CM的實(shí)施的指南仍在不斷發(fā)展。即將出臺(tái)更具體的指南，包括ICHQ13，它側(cè)重于治療性蛋白質(zhì)的CM。然而，行業(yè)需要監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供更多信息，監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要行業(yè)提供更多信息。幸運(yùn)的是，F(xiàn)DA正在優(yōu)先考慮先進(jìn)制造，并為其新興技術(shù)計(jì)劃增加人員，該計(jì)劃評(píng)估連續(xù)、模塊化和智能制造。行業(yè)組織也開(kāi)始在促進(jìn)CM的使用方面發(fā)揮積極作用。美國(guó)國(guó)家生物制藥創(chuàng)新研究所促進(jìn)了一項(xiàng)關(guān)于mAb制造的案例研究，旨在就mA