近期，藥明生物首席技術(shù)官、執行副總裁周偉昌博士在專(zhuān)業(yè)期刊上發(fā)表了觀(guān)點(diǎn)文章，介紹了連續生產(chǎn)工藝、一次性生物反應器等新興技術(shù)對于促進(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(guān)點(diǎn)：

       自1986年首 個(gè)單克隆抗體（OKT3）獲批上市以來(lái)，FDA已經(jīng)批準了100多個(gè)抗體類(lèi)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(lèi)藥物呈爆發(fā)式增長(cháng)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(xiāo)售額預計將超過(guò)3000億美元1,2近年來(lái)，生物制品在全球藥品銷(xiāo)售排行榜中開(kāi)始占據主導地位例如，2021年的前9個(gè)月，銷(xiāo)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**和10款抗體類(lèi)產(chǎn)品。

       生物制品結構高度復雜，通常采用活細胞生產(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），可以因為細胞內或者后續生產(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)和監管挑戰，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(mǎn)足了大量的臨床需求，拯救了眾多患者的生命。

       隨著(zhù)創(chuàng )新生物藥不斷涌現，如何在確保質(zhì)量一致性的前提下加速產(chǎn)品上市，特別是應對不斷變化的新冠疫情，對業(yè)界提出了考驗如下挑戰正推動(dòng)著(zhù)生物工藝創(chuàng )新，為以經(jīng)濟高效的方式保障產(chǎn)品質(zhì)量和穩定供應帶來(lái)了新方向：

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

       自新冠疫情暴 發(fā)以來(lái)，業(yè)界迅速響應，通過(guò)多方協(xié)作加快了多個(gè)**（包括兩種mRNA**）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序列設計，新藥臨床試驗申請以及獲批上市，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申請的時(shí)間縮短至3至6個(gè)月，并在14個(gè)月內完成新冠中和抗體從DNA到緊急使用授權（EUA）的過(guò)程短短數月內就生產(chǎn)了數千公斤抗體，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應用創(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(chǎng)” -- 綜合應用一體化連續生產(chǎn)工藝、一次性生物反應器、高度的數字化和自動(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**及生物制品中獲得的知識和經(jīng)驗，也將更直接地應用于研發(fā)針對其他重癥的新型**和治療性生物藥未來(lái)，新型**和生物藥的研發(fā)將打破傳統，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)月內生產(chǎn)出供應臨床試驗的產(chǎn)品。

       DNA合成前的密碼子優(yōu)化是實(shí)現高蛋白表達水平的常見(jiàn)方法其算法基于使用特定宿主細胞系的專(zhuān)用密碼子和密碼子對，可能比基于使用通用密碼子數據庫的算法更為有效，有助于提高蛋白質(zhì)在特定宿主細胞系中的表達水平此外，由于該策略對瞬時(shí)轉染和穩定轉染細胞系表達系統均有效，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(zhù)多年來(lái)CMC開(kāi)發(fā)進(jìn)程不斷加快，毒理學(xué)研究采用從細胞群中獲得的蛋白物料已經(jīng)獲得了全球各監管機構越來(lái)越多的認可因此，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)重要需要強調的是，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序（NGS）的cDNA，以快速篩選出與早期研發(fā)所用細胞群中無(wú)任何序列變異的克隆在克隆篩選期間，可同時(shí)進(jìn)行細胞系穩定性傳代，以進(jìn)一步縮短研發(fā)時(shí)間。

       在復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，同時(shí)也可能導致產(chǎn)量下降細胞系選擇的早期階段通常采用批次補料，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)展有助于節省后期的大量時(shí)間、成本和精力。

       更廣泛應用連續生產(chǎn)工藝和一次性生物反應器

       未來(lái)，連續生產(chǎn)工藝將逐漸廣泛地應用單抗、雙抗、融合蛋白和重組蛋白等各種類(lèi)型的生物藥生產(chǎn)這一應用也反映了業(yè)界發(fā)展趨勢 -- 滿(mǎn)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(cháng)的需求。

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

藥明生物超高效連續生產(chǎn)技術(shù)平臺WuXiUP(TM)

       隨著(zhù)一次性生物反應器、流穿層析和單向切向流過(guò)濾等技術(shù)的進(jìn)步，連續生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在小試或中試規模成功實(shí)現連續下游工藝然而，全行業(yè)在大規模應用上的投入卻略顯滯后。

       采用自動(dòng)化穩態(tài)灌流培養、不含細胞的連續收獲和延長(cháng)產(chǎn)物收獲周期等技術(shù)，使連續生產(chǎn)上游工藝在產(chǎn)物表達水平方面取得了巨大進(jìn)步相應地是，在大規模生產(chǎn)中還需提高連續生產(chǎn)下游工藝產(chǎn)量5。

       人用藥品技術(shù)要求國際協(xié)調理事會(huì )（ICH）發(fā)布了一份關(guān)于原液和制劑連續生產(chǎn)的指導原則（Q13）草案6，目前正在對這份草案進(jìn)行評審業(yè)界普遍認為該草案將鼓勵連續生產(chǎn)工藝在生物制品研發(fā)和生產(chǎn)中的應用，而連續生產(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。

       對于這兩種連續生產(chǎn)下游工藝方案，一個(gè)可預見(jiàn)的瓶頸是缺乏高性?xún)r(jià)比的現成或定制的過(guò)程分析技術(shù)（PAT）工具以及用于過(guò)程監測和實(shí)時(shí)控制的自動(dòng)化系統在儀器和自動(dòng)化控制解決方案供應商、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生產(chǎn)下游工藝得到更廣泛的應用。

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

       擴大一次性技術(shù)在其他環(huán)節操作中的使用，如引入一次性切向流深層過(guò)濾系統和一次性離子交換膜層析裝置，可實(shí)現完整的一次性生產(chǎn)工藝一次性技術(shù)也使得生產(chǎn)工廠(chǎng)的新型設計成為可能，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)品間的靈活轉換，同時(shí)也可最大限度減少交叉污染。

       目前，強化型連續生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成為顯著(zhù)發(fā)展趨勢，這將有望提高采用這些技術(shù)所實(shí)現的產(chǎn)量完全連續生產(chǎn)工藝可通過(guò)整合和協(xié)調不同單元操作工藝來(lái)實(shí)現，以最大限度縮短間隙時(shí)間和提高產(chǎn)能采用連續生產(chǎn)工藝，也將減少大批量生物制品生產(chǎn)所使用設備的占地面積，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)現更大規模的工藝控制，從而獲得更穩健的性能和產(chǎn)品質(zhì)量大規模生產(chǎn)中采用過(guò)程分析技術(shù)（PAT），如拉曼光譜，以及其他在線(xiàn)檢測方法，可實(shí)現重要工藝參數和性能的實(shí)時(shí)檢測和控制。

       與毛細管電泳（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)可加強產(chǎn)品放行中的工作流程。

       應用PAT工具有兩項主要優(yōu)勢：快速決策和先進(jìn)的過(guò)程控制現在行業(yè)內已開(kāi)發(fā)多種PAT平臺，可用于在線(xiàn)監測連續性生物工藝過(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(lèi)藥物工藝發(fā)展趨勢

       由于分子結構的復雜性，雙抗和抗體偶聯(lián)藥物等新型生物藥的工藝開(kāi)發(fā)具有一定挑戰性隨著(zhù)全球抗體偶聯(lián)藥物研發(fā)產(chǎn)品線(xiàn)快速增長(cháng)，業(yè)界對完全一體化的抗體偶聯(lián)藥物技術(shù)平臺服務(wù)的需求愈發(fā)強烈，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，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)平臺還具有降低開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險等優(yōu)勢對這些技術(shù)平臺的需求，也反映出研發(fā)企業(yè)對偶聯(lián)工藝穩健性和藥物-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，使純化工藝和對抗體偶聯(lián)藥物結構和效價(jià)的分析過(guò)程變得復雜在過(guò)去數年里，抗體偶聯(lián)藥物研發(fā)企業(yè)在改善這些復雜藥物的可開(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，仍然面臨一定挑戰為應對這些困難，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，鏈錯配、鏈表達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)物對下游純化工藝提出了相當大的挑戰為幫助生產(chǎn)企業(yè)處理不同種類(lèi)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，灌流細胞培養還可以顯著(zhù)提高雙抗的質(zhì)量（例如，通過(guò)提高單體的百分比，其以Caliper或者毛細管等電聚焦分析確定）因此，相比傳統的補料 分批培養，灌流細胞培養是更好的選擇方法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，尤其是抗體偶聯(lián)藥物和雙抗等新型和復雜的藥物分子，但業(yè)界已通過(guò)新型分析工具、高通量矩陣驅動(dòng)的實(shí)驗設計來(lái)應對這些挑戰相對于多年以前，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，以及吸取抗擊新冠疫情中生物藥研發(fā)的相關(guān)知識經(jīng)驗，企業(yè) 將更快實(shí)現研發(fā)出性?xún)r(jià)比更高的治療性生物藥和**。