如何將生物藥連續化生產變成現實？
在生物制藥行業，連續生產技術因其具有更高效、更靈活等優勢，已經成為生物藥物未來的發展趨勢。已有大量研究報道證明了對于生物制品，推動上游和下游工藝的連續化生產有助于提高產品質量，提高生產效率，減少廠房占地面積，顯著降低生產成本，實現更加靈活的生產過程。
在生物制藥上游工藝中，連續灌注細胞培養已經相當成熟。已有十幾款藥物采用灌流工藝進行商業化生產。然而，連續下游工藝在已上市生物藥品生產中并不常見。生物藥下游工藝的連續化生產依然面臨諸多挑戰。下表列出了目前全球范圍內布局連續化生產的企業建設情況。
Source：根據公開信息整理
連續生產平臺建設與運營中的主要挑戰
連續生產平臺建設或運營過程需要考慮以下幾個方面： 1 連續性與可放大性：典型的抗體下游連續流工藝包括灌流培養、親和捕獲層析、低pH滅活、精純層析、除病毒過濾和超濾換液等步驟。工藝路線較長，在連續生產過程中需要保證步驟之間銜接的連續性，不同設備或工藝步驟間的質量流量/體積流量需要考慮冗余匹配性。其次在運行過程中需要考慮單體設備與全局工藝的自動化，運行過程應盡量減少人工干預，以降低連續生產出現擾動的風險。 2 長期運行穩定性：連續生產過程灌流培養往往需要連續運行數十天，對于下游設備及耗材長時間運行穩定性帶來了不小的壓力。需要充分考慮設備長期運行的穩定性，其中設備核心模塊泵、UV、pH、電導等檢測模塊穩定性尤為重要。填料壽命、耗材耐受性以及長時間運行下的生物負荷控制等也需要被重點考慮。除此之外下游連續生產過程需要消耗大量緩沖液，對緩沖液穩定性和緩沖液持續供給提出了更高要求。 3 過程控制策略：在線PAT分析是非常有效的工具用于實現連續生產過程的監測控制和實時放行同樣可以用于工藝動態控制。在連續流工藝開發階段需要充分考慮工藝邊界范圍對產品質量的影響，以應對連續生產動態控制過程中可能出現的擾動。
圖1：端到端連續流生產工藝示例
作為生命科學領域的先行者，***直致力于幫助生物制藥企業提供降本增效的解決方案。端到端連續流平臺放大生產解決方案可以應對以上的諸多挑戰。接下來將分別介紹下游連續生產的4大平臺技術。
圖2：連續流平臺化放大生產解決方案
01 AKTA PCC—高效智能的下游連續層析平臺
有關PCC技術在蛋白A親和層析方面的應用，已經有不少的報道，在灌流培養工藝中對于下游連續捕獲的***大挑戰是細胞罐內表達產物的濃度持續變化，如果需要實現和連續捕獲的無縫對接，就需要連續捕獲的系統具備根據濃度變化動態調節上樣載量。連續流層析系統 (Periodic counter-current chromatography) 針對這***工藝特點，開發了UV動態控制 (Dynamic Control) 功能，串聯上樣時兩根層析柱前后各有***個UV檢測器，用于實時監測在線的UV變化。如圖3，通過計算進樣料液的UV值 (UV Sample) 和經過第***根層析柱后的穿透UV值 (Breakthrough Curve) 與基線 (Base Line) 的差值來計算ΔUV，在工藝開始前通過設定ΔUV來控制上樣終點，可以實現對上樣過程的實時動態監控，確保上樣過程可以有效識別不同層析柱間的體積差異，并且根據實際料液濃度的變化或柱效的變化進行靈活的調整，保持第***根層析柱穩定的過飽和程度（圖4A，4C）, 從而達到每根層析柱純化效果的穩定（圖4B，4D）。保障洗脫樣品濃度及收集體積的穩定性，***大化利用填料載量及工藝效率。進而保障后續連續病毒滅活及連續精純過程運行流速穩定及工藝載量的***致性。
圖3：ΔUV計算邏輯
圖4：ΔUV智能化動態控制功能連續應對料液瞬時擾動
得益于在工業***連續流層析系統 (Bioprocess PCC) 上各柱位間可以任意串聯，Bioprocess PCC連續流層析系統同樣可以應用于連續精純工藝的生產，比如直通式 (STP) 連續層析工藝模式。其主要優勢在于將兩個精細純化步驟進行自動、連續化的銜接，以減少和消除步驟中間的等待時間。以經典的抗體精純工藝為例，根據具體工藝的不同，可以將直通式設計為結合洗脫模式 (B/E) -流穿模式 (FT) 的銜接，或者流穿模式 (FT) -流穿模式 (FT) 的銜接（圖13）。已經有實驗數據，表明了這兩種直通式設計，銜接前面步驟的蛋白A連續層析捕獲，可以取得合格的抗體質量結果 。
圖5：STP連續層析工藝模式
工業***連續流層析系統 (Bioprocess PCC) 采用SS不銹鋼設計，搭配高性能LEWA隔膜泵以及自研UV900紫外檢測器可以支持>2000h長時間運行。支持30天以上的的持續運轉，可以降低連續生產過程宕機風險。
02 Cadence VI***次性全自動連續低pH病毒滅活系統
Cadence VI系統是***款全自動連續低pH病毒滅活系統，搭配有兩個收集mixer、酸堿泵（外接袋子或Mixer）和轉料泵。通過程序自動控制按順序自動執行：洗脫液收集、pH值降低、低pH值孵育、pH值中和，以及樣品轉移到下***個單元等操作。可以實現病毒滅活過程的連續化生產，通過工藝設計可以完美的匹配捕獲層析連續洗脫過程。對比手動低pH孵育過程，可節省30%-40%樣品調節時間。實現無中斷連續化運行，連續VIN運行過程視頻演示如下：
↓連續病毒滅活過程演示↓
對于連續低pH孵育過程需要考慮以下幾個方面： 1 親和捕獲工藝洗脫液濃度和pH可能會發生實時變化，需要根據在線檢測pH值實時調整酸堿加入量。 2 用于反饋控制和實時檢測pH探頭需要有更高的精度和穩定性用于支持連續化長時間運行。 3 系統死體積，需要采用無死角設計以***大限度防止孵育樣品與未孵育樣品互混的風險。 4 自動化軟件實現連續病毒滅活工藝***鍵啟動，***小化手動操作，降低誤操作風險，減少人工成本。
Cadence VI采用獨特的pH探頭設計，能夠快速潤濕，提供準確讀值并可以實時反饋酸堿泵的啟停。pH探頭可進行高壓滅菌，使用前可以進行無菌對接，確保使用時無外源污。pH探頭能夠長時間穩定工作，提供準確的pH值，使用過程中無需再進行校準。連續48h運行過程見下圖；與外部校準過的pH探頭相比，系統的pH探頭誤差在±0.05 pH范圍之內，優于±0.1 pH精度范圍。
圖6：長時間（48h）滅活過程pH探頭穩定性測試
Cadence VI搭配的交互式軟件，代表了***新***代的自動化理念，所有交互和工作流程都經過精心設計和測試。操作直觀便捷，內置Flowkit安裝向導，***大限度地降低誤操作風險，輕松實現人機交互。內置全套方法模板，兼容批次和連續兩種處理模式，可實現快速配方編輯，***鍵啟動，保障低pH孵育及回調過程全自動化運行。
03 IC在線配液技術-簡化緩沖液配置，降低配液成本
連續下游工藝中有相當大體積和數量的緩沖液需求。對于500L規模灌流連續生產工藝，整個生產過程預計需要消耗數萬升緩沖液，這些緩沖液如果采用傳統方式***次進行配置，需要大量廠房空間進行存儲，不銹鋼罐體硬件成本投入高，通過在線配液系統定期配置緩沖液可以縮小存儲罐體積，解決以上問題。的在線配液技術 (IC) 的設計理念是基于PAT動態反饋技術，使用單***組分的共軛酸、堿、鹽、水和添加劑等作為單***母液組分（圖7），根據緩沖液CQA的不同要求，采用不同的反饋控制回路（圖8），實現了配制的緩沖液達到預期的緩沖濃度，鹽濃度或電導率、pH等CQA要求的配液技術。在線配液系統簡化了緩沖液的制備，并顯著降低了儲罐體積、緩沖液配置數量和占地面積實現緩沖液的自動化配置。夠縮短了人工制備時間。 （來源： ）
