药品连续制造(Continuous Manufacture,CM)是重要的新型技术之一,在提高生产效率和降低生产成本方面有巨大的潜力。随着2021年7月ICH发布Q13指南草案,药品连续制造监管已经进入新的时代。
细胞培养工艺强化的目标是提高单位体积生产率,一般通过提高活细胞密度(VCD)、细胞特异性表达量(QP)以及提高生物反应器生产中的利用率(包括减少非生产性生物反应器周转阶段以及生产率较低的细胞生长阶段和后期生长阶段)来实现。目前,灌流生产已成功用于生物加工领域,然而由于其在工艺开发和过程表征方面的挑战、对自动化和建模要求较高的复杂操作要求,以及现有大多数生产厂房设施主要适用于传统Fed-batch等原因,灌流培养工艺在哺乳动物细胞培养工艺商业化生产中的占比仍不足10%。为了尽可能地实现连续工艺的优势,各类多元化的连续流模式应运而生。
图1. 工艺强化和连续生产推动空间利用率的提高
利用灌流技术进行上游工艺强化已经在提高生物生产产量以及降低成本方面显示出了极大的潜力,并且同时提升培养空间利用率 (图1)。以BMS为例,其研究人员使用CHO细胞生产单抗 (图2):传统工艺方案(工艺A),优化后工艺方案(工艺B)和2000 L 规模(工艺C)强化工艺方案。对于上游部分,通过富集N-1种子培养液(工艺B)或以灌流模式操作N-1步骤(工艺C),进行强化种子培养方案,以提高生产生物反应器N级前的种子培养步骤(N-1)的细胞密度。N-1步骤更高的最终细胞密度可显著提高以补料分批模式操作的生产生物反应器的接种密度,从而显著提高滴度。
和工艺A相比,工艺B的滴度增加了4倍,工艺C则增加了8倍,同时可维持相当的最终产物质量。针对上游工艺的改变,下游工艺也可以进行亲和连续捕获以及AEX-CEX半连续洗脱方式的开发,综合提高纯化效率,有效降低填料使用量;针对同步产生的COF分析显示,从传统工艺A转变为强化工艺C,耗材成本降低了6.7 -10.1倍。
图2. 灌流工艺开发技术路线[4]
Process A(传统1000-L工艺),Process B(富集强化的1000-L工艺), Process C(N-1灌流强化型2000-L工艺)
球盟会·(中国)-官方网站CCPD (Cell Culture Process Development)平台在原有的PB-Hybrid® Technology基础上,结合具体项目,重点开展N-1级高密度种子制备技术拓展,进行N级高密度接种Fed-batch培养技术及N级浓缩型灌流培养技术研究(技术路线如图3所示),提高产量,且保证产品质量属性不变。