上海2022年1月19日 /美通社/ -- 近期，藥明生物首席技術(shù)官、執(zhí)行副總裁周偉昌博士在專業(yè)期刊上發(fā)表了觀點(diǎn)文章，介紹了連續(xù)生產(chǎn)工藝、一次性生物反應(yīng)器等新興技術(shù)對(duì)于促進(jìn)未來(lái)生物工藝發(fā)展的作用，并分享了前沿洞見(jiàn)。以下為部分精彩觀點(diǎn)：

自1986年首個(gè)單克隆抗體（OKT3）獲批上市以來(lái)，F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)了100多個(gè)抗體類治療產(chǎn)品，其中包括單克隆抗體（mAb）、融合蛋白、抗體偶聯(lián)藥物（ADC）和雙特異性抗體（bsAb）。

尤其是2014年以來(lái)，獲批的抗體類藥物呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。上市產(chǎn)品超過(guò)70個(gè)，包括腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、抗PD-1和抗PD-L1抗體等，且重磅藥物頻出。2021年，生物制品的全球銷售額預(yù)計(jì)將超過(guò)3000億美元^1,2。近年來(lái)，生物制品在全球藥品銷售排行榜中開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位。例如，2021年的前9個(gè)月，銷售額位居前列的20種藥品中有13種是生物制品，其中包括兩款mRNA新冠疫苗和10款抗體類產(chǎn)品。

生物制品結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，通常采用活細(xì)胞生產(chǎn)，并需要多個(gè)工藝步驟進(jìn)行純化。其關(guān)鍵特征，即關(guān)鍵質(zhì)量屬性（CQA），可以因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)或者后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的翻譯后修飾而產(chǎn)生差異。所以，工藝決定產(chǎn)品，基本上可以說(shuō)“產(chǎn)品即工藝”³。

回顧過(guò)去幾十年生物制藥行業(yè)的發(fā)展，盡管還面臨諸多技術(shù)和監(jiān)管挑戰(zhàn)，業(yè)界在開(kāi)發(fā)生物制品原液和制劑生產(chǎn)工藝，以及分析方法方面的努力已取得了巨大的成就，滿足了大量的臨床需求，拯救了眾多患者的生命。

隨著創(chuàng)新生物藥不斷涌現(xiàn)，如何在確保質(zhì)量一致性的前提下加速產(chǎn)品上市，特別是應(yīng)對(duì)不斷變化的新冠疫情，對(duì)業(yè)界提出了考驗(yàn)。如下挑戰(zhàn)正推動(dòng)著生物工藝創(chuàng)新，為以經(jīng)濟(jì)高效的方式保障產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定供應(yīng)帶來(lái)了新方向：

加快產(chǎn)品從概念、臨床試驗(yàn)到商業(yè)化進(jìn)程

自新冠疫情暴發(fā)以來(lái)，業(yè)界迅速響應(yīng)，通過(guò)多方協(xié)作加快了多個(gè)疫苗（包括兩種mRNA疫苗）和生物藥（包括多種抗體）的研發(fā)和生產(chǎn)。

抗新冠中和抗體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涵蓋DNA序列設(shè)計(jì)，新藥臨床試驗(yàn)申請(qǐng)以及獲批上市，為加快這一進(jìn)程，業(yè)界在不影響產(chǎn)品質(zhì)量和安全性的前提下，采用了一體化和變革性的技術(shù)方法：將產(chǎn)品從DNA到IND申請(qǐng)的時(shí)間縮短至3至6個(gè)月，并在14個(gè)月內(nèi)完成新冠中和抗體從DNA到緊急使用授權(quán)（EUA）的過(guò)程。短短數(shù)月內(nèi)就生產(chǎn)了數(shù)千公斤抗體，用于惠及全球患者臨床治療⁴。

近來(lái)，新冠治療藥物研發(fā)達(dá)到了前所未有的推進(jìn)速度，這可能會(huì)拉開(kāi)生物制品研發(fā)變革的序幕，加速開(kāi)發(fā)時(shí)間表也就成為未來(lái)生物工藝發(fā)展的重要特征之一。除繼續(xù)應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)縮短研發(fā)時(shí)間外，生物工藝開(kāi)發(fā)也將進(jìn)一步聚焦于降低生產(chǎn)成本。更新、更小的“未來(lái)工廠” -- 綜合應(yīng)用一體化連續(xù)生產(chǎn)工藝、一次性生物反應(yīng)器、高度的數(shù)字化和自動(dòng)化，不僅將提供更大的靈活性、更高的產(chǎn)量和更有效的空間利用率，同時(shí)也將降低生產(chǎn)成本。

新冠疫情為生物工藝帶來(lái)的變革也將有助于其他更復(fù)雜生物制品的研發(fā)，如抗體偶聯(lián)藥物和雙特異性/多特異性抗體。業(yè)界從快速研發(fā)新冠疫苗及生物制品中獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也將更直接地應(yīng)用于研發(fā)針對(duì)其他重癥的新型疫苗和治療性生物藥。未來(lái)，新型疫苗和生物藥的研發(fā)將打破傳統(tǒng)，不用再耗時(shí)10年之久。

自從治療性生物制品問(wèn)世以來(lái)，為了提高產(chǎn)能和效率，生產(chǎn)用細(xì)胞系的選擇策略在不斷改進(jìn)。這些最新進(jìn)展使得業(yè)內(nèi)可以重新制定化學(xué)、生產(chǎn)和控制（CMC）策略，并在短短三個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)出供應(yīng)臨床試驗(yàn)的產(chǎn)品。

DNA合成前的密碼子優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)高蛋白表達(dá)水平的常見(jiàn)方法。其算法基于使用特定宿主細(xì)胞系的專用密碼子和密碼子對(duì)，可能比基于使用通用密碼子數(shù)據(jù)庫(kù)的算法更為有效，有助于提高蛋白質(zhì)在特定宿主細(xì)胞系中的表達(dá)水平。此外，由于該策略對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)染和穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細(xì)胞系表達(dá)系統(tǒng)均有效，因此定制密碼子的優(yōu)化工作也有助于整個(gè)研發(fā)過(guò)程。

隨著多年來(lái)CMC開(kāi)發(fā)進(jìn)程不斷加快，毒理學(xué)研究采用從細(xì)胞群中獲得的蛋白物料已經(jīng)獲得了全球各監(jiān)管機(jī)構(gòu)越來(lái)越多的認(rèn)可。因此，選擇與毒理學(xué)研究蛋白具有相似產(chǎn)品CQA的最終克隆至關(guān)重要。需要強(qiáng)調(diào)的是，不采用基于液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）的肽圖分析，而是采用基于下一代測(cè)序（NGS）的cDNA，以快速篩選出與早期研發(fā)所用細(xì)胞群中無(wú)任何序列變異的克隆。在克隆篩選期間，可同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞系穩(wěn)定性傳代，以進(jìn)一步縮短研發(fā)時(shí)間。

在復(fù)雜生物藥分子的研發(fā)過(guò)程中，通常會(huì)發(fā)生重組蛋白的截短或裂解，這也為下游純化工藝帶來(lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)也可能導(dǎo)致產(chǎn)量下降。細(xì)胞系選擇的早期階段通常采用批次補(bǔ)料，以篩選出剪切較少的克隆。而這再次證明，在研發(fā)早期深入了解產(chǎn)品和工藝進(jìn)展有助于節(jié)省后期的大量時(shí)間、成本和精力。

更廣泛應(yīng)用連續(xù)生產(chǎn)工藝和一次性生物反應(yīng)器

未來(lái)，連續(xù)生產(chǎn)工藝將逐漸廣泛地應(yīng)用單抗、雙抗、融合蛋白和重組蛋白等各種類型的生物藥生產(chǎn)。這一應(yīng)用也反映了業(yè)界發(fā)展趨勢(shì) -- 滿足更高質(zhì)量、更高產(chǎn)量且更具有可及性的生物制品的日益增長(zhǎng)的需求。

在上游工藝方面，灌流培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于臨床和商業(yè)批次的生產(chǎn) 。與流加培養(yǎng)相比，灌流培養(yǎng)在產(chǎn)量、質(zhì)量、靈活性和性價(jià)比方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)。先進(jìn)的灌流培養(yǎng)系統(tǒng) -- 如藥明生物自主開(kāi)發(fā)的超高效連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)（WuXiUP?） -- 可將幾乎所有類型生物藥生產(chǎn)中的細(xì)胞密度和產(chǎn)量較流加培養(yǎng)提高5至10倍。此外，連續(xù)收獲可縮短產(chǎn)物在生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著一次性生物反應(yīng)器、流穿層析和單向切向流過(guò)濾等技術(shù)的進(jìn)步，連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在小試或中試規(guī)模成功實(shí)現(xiàn)連續(xù)下游工藝。然而，全行業(yè)在大規(guī)模應(yīng)用上的投入?yún)s略顯滯后。

采用自動(dòng)化穩(wěn)態(tài)灌流培養(yǎng)、不含細(xì)胞的連續(xù)收獲和延長(zhǎng)產(chǎn)物收獲周期等技術(shù)，使連續(xù)生產(chǎn)上游工藝在產(chǎn)物表達(dá)水平方面取得了巨大進(jìn)步。相應(yīng)地是，在大規(guī)模生產(chǎn)中還需提高連續(xù)生產(chǎn)下游工藝產(chǎn)量⁵。

人用藥品技術(shù)要求國(guó)際協(xié)調(diào)理事會(huì)（ICH）發(fā)布了一份關(guān)于原液和制劑連續(xù)生產(chǎn)的指導(dǎo)原則（Q13）草案⁶，目前正在對(duì)這份草案進(jìn)行評(píng)審。業(yè)界普遍認(rèn)為該草案將鼓勵(lì)連續(xù)生產(chǎn)工藝在生物制品研發(fā)和生產(chǎn)中的應(yīng)用，而連續(xù)生產(chǎn)工藝很大程度上取決于部分或完全一體化的下游工藝單元操作。

對(duì)于這兩種連續(xù)生產(chǎn)下游工藝方案，一個(gè)可預(yù)見(jiàn)的瓶頸是缺乏高性價(jià)比的現(xiàn)成或定制的過(guò)程分析技術(shù)（PAT）工具以及用于過(guò)程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。在儀器和自動(dòng)化控制解決方案供應(yīng)商、學(xué)術(shù)界、工程師及整個(gè)生物制藥行業(yè)的協(xié)作努力下，該技術(shù)瓶頸有望在不久的將來(lái)得到突破，從而讓完全一體化連續(xù)生產(chǎn)下游工藝得到更廣泛的應(yīng)用。

細(xì)胞系開(kāi)發(fā)策略日趨先進(jìn)，細(xì)胞培養(yǎng)基不斷優(yōu)化，因此細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)物表達(dá)水平得以不斷提高，占地面積較小的生物反應(yīng)器的需求也隨之增加。再加上連續(xù)生產(chǎn)工藝，這些將進(jìn)一步促進(jìn)一次性生物反應(yīng)器的普及。

擴(kuò)大一次性技術(shù)在其他環(huán)節(jié)操作中的使用，如引入一次性切向流深層過(guò)濾系統(tǒng)和一次性離子交換膜層析裝置，可實(shí)現(xiàn)完整的一次性生產(chǎn)工藝。一次性技術(shù)也使得生產(chǎn)工廠的新型設(shè)計(jì)成為可能，例如采用模塊化生產(chǎn)單元，從而提供靈活的產(chǎn)能，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，不同產(chǎn)品間的靈活轉(zhuǎn)換，同時(shí)也可最大限度減少交叉污染。

目前，強(qiáng)化型連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成為顯著發(fā)展趨勢(shì)，這將有望提高采用這些技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)量。完全連續(xù)生產(chǎn)工藝可通過(guò)整合和協(xié)調(diào)不同單元操作工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，以最大限度縮短間隙時(shí)間和提高產(chǎn)能。采用連續(xù)生產(chǎn)工藝，也將減少大批量生物制品生產(chǎn)所使用設(shè)備的占地面積，并降低整體資本投入。

其他生物工藝進(jìn)步還包括在大規(guī)模生產(chǎn)工藝中實(shí)施自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)采樣和最小化管路裝配，以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的工藝控制，從而獲得更穩(wěn)健的性能和產(chǎn)品質(zhì)量。大規(guī)模生產(chǎn)中采用過(guò)程分析技術(shù)（PAT），如拉曼光譜，以及其他在線檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)重要工藝參數(shù)和性能的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。

與毛細(xì)管電泳（CE）和高效液相色譜（HPLC）相比，基于多肽的多屬性方法（MAM）等其他新型分析技術(shù)具有更高的靈敏度和產(chǎn)物選擇性。此外，表面等離子體共振（SPR）和生物層干涉（BLI）等新興技術(shù)可加強(qiáng)產(chǎn)品放行中的工作流程。

應(yīng)用PAT工具有兩項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)：快速?zèng)Q策和先進(jìn)的過(guò)程控制。現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)已開(kāi)發(fā)多種PAT平臺(tái)，可用于在線監(jiān)測(cè)連續(xù)性生物工藝過(guò)程中的產(chǎn)物聚集化和碎片化度⁷，以及自動(dòng)控制活細(xì)胞密度⁸，這有助于開(kāi)發(fā)更好的工藝，并加快CMC開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

新一代抗體類藥物工藝發(fā)展趨勢(shì)

由于分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，雙抗和抗體偶聯(lián)藥物等新型生物藥的工藝開(kāi)發(fā)具有一定挑戰(zhàn)性。隨著全球抗體偶聯(lián)藥物研發(fā)產(chǎn)品線快速增長(zhǎng)，業(yè)界對(duì)完全一體化的抗體偶聯(lián)藥物技術(shù)平臺(tái)服務(wù)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，以支持從DNA到 IND過(guò)程中的工藝開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。生物偶聯(lián)藥物的研發(fā)和生產(chǎn)不僅需要這些完全一體化的抗體偶聯(lián)藥物技術(shù)平臺(tái)，也需要抗體、連接子和偶聯(lián)技術(shù)等相關(guān)服務(wù)。除縮短DNA到IND的時(shí)間，一體化的抗體偶聯(lián)藥物技術(shù)平臺(tái)還具有降低開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)。對(duì)這些技術(shù)平臺(tái)的需求，也反映出研發(fā)企業(yè)對(duì)偶聯(lián)工藝穩(wěn)健性和藥物-抗體比（DAR）控制的更多關(guān)注。

偶聯(lián)技術(shù)涉及各種連接子機(jī)制以及不同的有效載荷、偶聯(lián)化學(xué)品、偶聯(lián)位點(diǎn)和藥物-抗體比。所有方面的多樣性也增加了生產(chǎn)過(guò)程中的可變性，使純化工藝和對(duì)抗體偶聯(lián)藥物結(jié)構(gòu)和效價(jià)的分析過(guò)程變得復(fù)雜。在過(guò)去數(shù)年里，抗體偶聯(lián)藥物研發(fā)企業(yè)在改善這些復(fù)雜藥物的可開(kāi)發(fā)性、可生產(chǎn)性和功能性能等方面取得了重大進(jìn)展，但在將這些藥物模式推向更精簡(jiǎn)的研發(fā)過(guò)程中，仍然面臨一定挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些困難，生產(chǎn)企業(yè)需要采用更高水平的分析方法。

在雙抗生產(chǎn)過(guò)程中，鏈錯(cuò)配、鏈表達(dá)不平衡和組裝不完全等工藝過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)副產(chǎn)物對(duì)下游純化工藝提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。為幫助生產(chǎn)企業(yè)處理不同種類及含量水平的副產(chǎn)物，研究人員提出了一種基于工具箱的雙抗純化方法⁹。

除了為雙抗量身定制的下游方法外，灌流細(xì)胞培養(yǎng)還可以顯著提高雙抗的質(zhì)量（例如，通過(guò)提高單體的百分比，其以Caliper或者毛細(xì)管等電聚焦分析確定）。因此，相比傳統(tǒng)的補(bǔ)料分批培養(yǎng)，灌流細(xì)胞培養(yǎng)是更好的選擇方法¹⁰。本文所討論用于雙抗研發(fā)的下游和上游策略也可應(yīng)用于多特異性抗體研發(fā)。

盡管生物制品研發(fā)仍然存在相關(guān)挑戰(zhàn)，尤其是抗體偶聯(lián)藥物和雙抗等新型和復(fù)雜的藥物分子，但業(yè)界已通過(guò)新型分析工具、高通量矩陣驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。相對(duì)于多年以前，得益于以藥明生物為代表的更加全面、一體化和單一來(lái)源的生物技術(shù)賦能平臺(tái)，以及吸取抗擊新冠疫情中生物藥研發(fā)的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)將更快實(shí)現(xiàn)研發(fā)出性價(jià)比更高的治療性生物藥和疫苗。

參考文獻(xiàn)

1. Business Research Company. Global Pharmaceuticals Opportunities and Strategies Market Report. Available at: https://www.thebusinessresearchcompany.com/report/pharmaceuticals-market.

2. Research and Markets. Global Biologics Market Opportunities and Strategies Report 2020: COVID-19 Impact and Recovery—Forecast to 2023, 2025 & 2030; 2021. Available at: https://www.prnewswire.com/news-releases/global-biologics-market-opportunities-and-strategies-report-2020-covid-19-impact-and-recovery---forecast-to-2023-2025--2030-301223015.html.

3. BIO. How do Drugs and Biologics Differ? https://archive.bio.org/articles/how-do-drugs-and-biologics-differ.

4. Zhang Z, Chen J, Wang J, et al. Reshaping cell line development and CMC strategy for fast responses to pandemic outbreak. Biotechnol. Prog. 2021; 37(5): e3186.

5. Zhou H, Fang M, Zheng X, Zhou W. Improving an intensified and integrated continuous bioprocess platform for biologics manufacturing. Biotechnol. Bioeng. 2021; 118: 3618–3623

6. European Medicines Agency. ICH guideline Q13 on continuous manufacturing of drug substances and drug products. Draft version endorsed on 27 July 2021.

7. Liu Z, Zhang Z, Qin Y, et al. The application of Raman spectroscopy for monitoring product quality attributes in perfusion cell culture. Biochem. Eng. J. 2021; 173: 108064.

8. Chen G, Hu J, Qin Y, Zhou W. Viable cell density on-line auto-control in perfusion cell culture aided by in-situ Raman spectroscopy. Biochem. Eng. J. 2021; 172: 108063.

9. Li Y, Wang Y, Shen K, Zhou W. A roadmap for IgG-like bispecific antibody purification. In: Matte A, ed. Approaches to the Purification, Analysis, and Characterization of Antibody-Based Therapeutics. Elsevier; 2020: 167–179.

10. Qin Y, Ma R, Li Y, et al. Productivity and quality improvement for a bispecific antibody through the application of intensified perfusion cell culture. Unpublished data, 2021.

原文鏈接：https://www.genengnews.com/topics/bioprocessing/secure-the-future-of-bioprocessing/