搭建封閉系統(tǒng)以實現(xiàn)CGT 產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)

文/ 殷良

毫無疑問，再生醫(yī)學(xué)將成為生物制藥領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢——從ARM 公司2020 年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，截止2020 年，全球有超過1085 家從事再生醫(yī)學(xué)的公司，其中美國以543 家位居世界首位。而中國也以近300 家的規(guī)模位列第二，超過了歐洲[1]。

放眼全球的細(xì)胞與基因治療（CGT）領(lǐng)域，每年大約進(jìn)行1 000 個臨床實驗，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）每年也收到超過200 個新藥研究申請（IND 申請）。根據(jù)Accenture 對CGT 市場的預(yù)測，到2030 年，獲批上市的CGT 產(chǎn)品數(shù)量將會達(dá)到60 個，將會是2025年的3 倍[2]。

如此便引發(fā)了一個問題：如何能夠主動有效的在最短時間內(nèi)將療法安全快速的帶給患者。

對于中小型CGT 公司來說，高速增長的挑戰(zhàn)在于目前的規(guī)模無法滿足生產(chǎn)。未來，大概會有超過65%的公司或考慮將生產(chǎn)力轉(zhuǎn)向第三方技術(shù)服務(wù)公司，以外包的形式進(jìn)行[2]。如此一來，需求的疊加會將壓力轉(zhuǎn)移到那些原本規(guī)模較小的CDMO/CRO 公司。

上述因素可能會直接導(dǎo)致產(chǎn)品無法如期投入市場。產(chǎn)品研發(fā)計劃的推遲會導(dǎo)致病患無法得到醫(yī)治。那么要如何解決規(guī)模問題——方法在于工藝的優(yōu)化和放大。

提升工藝放大的效率

下面將通過一個常見的例子來幫助大家理解工藝放大：在一開始，研究人員使用單通道移液槍，然后增加為8 通道移液槍，最后再擴(kuò)大到12 通道的電子移液槍。

這個過程是開放的，而且以人員操作為主，需要通過環(huán)境控制來確保無菌條件。當(dāng)進(jìn)入小試階段，我們開始用可以放大的封閉系統(tǒng)來代替96 孔板，如小型的細(xì)胞工廠或反應(yīng)器。在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中，還需要額外控制pH 和溶氧等關(guān)鍵因素。

這就是工藝放大的過程——從實驗室級別到反應(yīng)器，然后再逐步增加反應(yīng)器的體積。

例子中開放系統(tǒng)的劣勢在于，每一個步驟都依賴操作人員的經(jīng)驗，這就導(dǎo)致整個過程的不可控性較高，并且對操作人員的要求也更高，因為每次的結(jié)果都有可能受到人為因素的影響。

實驗室中的無菌環(huán)境操作要求

這些挑戰(zhàn)大大阻礙了工藝放大的效率。特別是在中試和生產(chǎn)階段，開放系統(tǒng)的劣勢就更加明顯。

無菌操作相對繁瑣，如處理不當(dāng)，將面臨藥品污染的風(fēng)險。小規(guī)模的系統(tǒng)可以通過層流罩或超凈臺來實現(xiàn)局部的無菌環(huán)境。隨著一次性技術(shù)的發(fā)展，一些制藥公司開始逐步將關(guān)鍵步驟用封閉系統(tǒng)代替，從開放系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘敕忾]系統(tǒng)。有關(guān)開放系統(tǒng)和半封閉系統(tǒng)在儲液、集成及管路連接的區(qū)別，見表1。

半封閉系統(tǒng)雖然在一定程度上優(yōu)化了工藝流程，但那些需要無菌操作的部分仍然依賴層流罩等設(shè)備，用以控制環(huán)境的無菌。并且，半封閉系統(tǒng)也無法通過自動化控制系統(tǒng)對整個工藝參數(shù)進(jìn)行記錄和控制。

即使在有菌環(huán)境中，CPC 連接器也可實現(xiàn)管組件和袋組件之間的無菌介質(zhì)輸送

由此可知，CGT 企業(yè)在工藝放大的過程中可能會遇到以下挑戰(zhàn)：

●缺少相對一致的工藝流程，放大線性系數(shù)差，更多的是依賴人工操作。生產(chǎn)過程中自控系統(tǒng)的安裝受阻礙。

●企業(yè)對于時間節(jié)點的把握缺乏經(jīng)驗，但是又承受著成本以及產(chǎn)品上市的壓力。由于CGT 是一個新興的領(lǐng)域，很多企業(yè)仍處于探索階段，對于工藝的推進(jìn)也會比較保守，前期不會花費太多的資金用于工藝的優(yōu)化和升級。

●缺少熟練的操作人員。不僅是CGT，整個生物制藥行業(yè)因為市場增長太快，都缺少專業(yè)人員。在職人員必須超負(fù)荷工作，長期以往會影響工作效率。人才缺口還將隨著下一個熱點的來臨持續(xù)加大。

●當(dāng)自身產(chǎn)能不足時，企業(yè)或許會想到與CDMO/CRO 合作，但是這本身也是一個挑戰(zhàn)。CDMO/CRO 目前自身的產(chǎn)能也在接近飽和，如果擴(kuò)大產(chǎn)能則需要新建廠房，這將花費更多的時間和投資成本。

封閉系統(tǒng)：工藝放大的最佳方案

面對上述的種種挑戰(zhàn)，正是封閉系統(tǒng)展示其身手的大好時機(jī)。

基于一次性技術(shù)的封閉系統(tǒng)可形成獨立且類似潔凈室的屏障

眾所周知，改造一個潔凈室的成本非常高昂，尤其是A 級潔凈室。這也是為什么很多企業(yè)會考慮通過層流罩來實現(xiàn)局部的無菌環(huán)境。但是如果使用封閉系統(tǒng)，就可以避免多余的花費。

表1：開放系統(tǒng)和半封閉系統(tǒng)在儲液、集成及管路連接的區(qū)別

基于一次性技術(shù)（SUT）的封閉系統(tǒng)對操作環(huán)境沒有任何要求，哪怕在GMP 要求下的C 級環(huán)境中也可以實現(xiàn)無菌操作。由于是一次性使用，系統(tǒng)無需進(jìn)行清洗驗證，不會存在交叉污染的風(fēng)險。能更好地保護(hù)生產(chǎn)工藝中操作人員的安全，使工作場地更符合EHS 要求。

封閉系統(tǒng)能大幅提升靈活性

CPC 可以根據(jù)工藝對系統(tǒng)進(jìn)行個性化定制，在同一個工作區(qū)域，根據(jù)研發(fā)產(chǎn)品每個階段的不同，可以通過更改SUT 的設(shè)計以實現(xiàn)工藝的切換。這是不銹鋼系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢。

封閉系統(tǒng)可以與自控系統(tǒng)集成，使整個生產(chǎn)過程更穩(wěn)定、快速且可重復(fù)

正如2020 年Accenture 報告中所說，隨著自動化控制系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)在CGT 行業(yè)的普及，在持續(xù)降低生產(chǎn)成本的同時，工藝放大也將變得更容易。所以，越早開始使用基于SUT 的封閉系統(tǒng)，也就越容易實現(xiàn)從實驗室到生產(chǎn)的工藝放大。

當(dāng)然，封閉系統(tǒng)可以從小體積、小規(guī)模開始。我們需要明白的是，從實驗室到GMP 生產(chǎn)，都需要快速增長和一致性，利用同類且具備放大性的耗材才可實現(xiàn)從小批量到大批量的轉(zhuǎn)化。當(dāng)工藝參數(shù)被線性放大，所有參數(shù)就可以通過自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行記錄和控制。

上游細(xì)胞培養(yǎng)

實現(xiàn)真正的封閉系統(tǒng)

當(dāng)所有的耗材均為預(yù)組裝，才能實現(xiàn)真正的封閉系統(tǒng)。下面將對兩種常見的工序連接方式進(jìn)行比較，見表2。

表2 兩種常見的工序連接方式

由此可見，無菌連接器作為一種SUT，可以在系統(tǒng)關(guān)鍵的連接處大幅減少操作風(fēng)險、簡化操作流程，避免系統(tǒng)暴露和受到污染侵害，真正做到“全封閉”。

無菌連接器的其他主要優(yōu)勢還包括：

下游純化過濾

●連接器經(jīng)過完整驗證，內(nèi)容包括可提取物驗證、無菌驗證、低溫凍存驗證、壓力測試、爆破測試、蠕變測試、負(fù)載測試等，有助于降低生物企業(yè)的驗證成本。

●從有性別到無性別的不分公母無菌連接器，可以說是一個里程碑式的變革。對采購來說，物料管理成本降低一半；對操作人員來說，無性別在使用時出錯率也更低。

CGT 工藝中需要使用SUT 的情景有很多。以自體工序和病毒載體的生產(chǎn)而言，每一步連接都需要合適的技術(shù)以保障其安全和高效。又比如在病毒載體生產(chǎn)過程中，從載體放大與種子培育到生物反應(yīng)器中的載體擴(kuò)增，再到澄清與純化，直至進(jìn)行過濾和灌裝，將其倒入成品容器中，每一步操作都需要連接技術(shù)的支持。

簡單的“開蓋—連接—拉膜”操作，便可保證每次使用的可靠性和可重復(fù)性

即使在一種類型部件（如儲液袋、接頭或細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)）中，SUT 的數(shù)量都足以用龐大來形容。因此，新用戶會經(jīng)歷一個陡峭的學(xué)習(xí)曲線。關(guān)于這一點，CGT 企業(yè)可向?qū)I(yè)的流體處理專家請教，以便更好地應(yīng)用SUT 知識。