声明：本文由楚天源创生物技术（长沙）有限公司首席产品经理阳成成先生在+1大会·云—国际制药产业云峰会“精益生产专场论坛”分享《下游纯化设备创新及工艺优化对生物制药产业化的推进》的报告内容整理，经演讲嘉宾本人确认并同意公开分享。

生物制药原液生产流程及现状问题

生物制药原液生产的主要工艺流程包括生物上游细胞培养，下游的澄清过滤、超滤浓缩、层析纯化、除病毒过滤等。在药品的研发及生产过程中经常会面临生产步骤多、纯化时间长、产品收率低三个常见的工艺问题。而工艺设备方面则是传统设备自动化程度较低，无相关工艺结合设计，厂房空间占用大，清洗维护操作复杂等问题。

新型层析填料的应用对传统工艺的优化

新型层析填料介绍

目前市场上主要的填料基质包括葡聚糖、琼脂糖、纤维素、聚合物等。CellufineMAX系列填料是纤维素基质的升级版填料，在通过葡聚糖高胶联的处理后，使得该填料具有很好的刚性和稳定性，具有高传质和高容量的特点，同时具有较低的非特异性吸附性。对疫苗、病毒、抗体等生物制品都有比较好的生物相容性。在稳定性上CellufineMAX填料0.5mol氢氧化钠循环个cycle，填料吸附载量基本没有变化。应用于病毒、抗体及蛋白纯化的CellufineSulfate、CellufineMAXGS和CellufineMAXIB就是其中的典型填料。填料CellufineSulfate在病毒纯化过程中的应用

传统病毒的纯化工艺主要是采用分子筛、阴离子交换或者离心技术。传统纯化工艺处理时间长，效率低，产品纯度和收率也比较低。CellufineSulfate填料是一款病毒亲和填料，它可以跟病毒进行特异性的结合抓取，从浓度比较低的原液里面对病毒进行吸附。Sulfate的排阻极限是3kD，所有的病毒吸附和解吸附都是在微球的表面进行，整个生产效率非常高。同时Sulfate是非动物源的亲和填料，配基是一款硫酸酯的类肝素配基，有利于在制药生产中的应用和工艺申报。

在新冠病毒纯化中，CellufineSulfate对新冠病毒的纯化率可以达到65%以上。而且吸附和解吸附的条件都非常温和，病毒的纯化基本上是在低盐、中性的PH环境进行吸附，通过提高一定的盐浓度对病毒进行解吸附，整个生产过程比较温和可以最大限度的保护病毒的生物学活性。

目前国内多个生物研究所和公司都在使用CellufineSulfate填料对流感病毒、狂犬病毒、慢病毒等病毒及病毒样颗粒分离纯化。

新型填料CellufineMAXIB在mRNA疫苗生产中的应用

mRNA的疫苗生产涉及前端质粒的纯化和mRNA的合成。传统的质粒纯化采用三步层析法纯化，包括分子筛、亲和层析和离子交换，纯化时间比较长，成本投入比较高。针对此情况，我们采用新型的复合型填料CellufineMAXIB和疏水性填料的配合应用，将质粒的纯化工艺进行优化，三步层析改进为两步层析。在传统的三步层析法之前，层析的样品需要进行浓缩，改进后，层析前的样品无需浓缩，可以直接进行上样。通过使用此工艺设计，整个工艺流程减少了成本非常高的亲和层析步骤，因为亲和填料的成本是非常高的，生产效率可以提升约30%，成本可以降低20%以上，同时，对设备、人工及占地面积可节省30%。

新型填料CellufineMAXIB在抗体生产中的应用

抗体工艺的纯化也是经典的三步层析方法，也是目前产业化应用比较多的方法。但目前很多主流的抗体生产企业正在往两步法发展，目标是降低生产成本，提高生产效率。随着部分抗体药物进入医保以后，药品的价格是一降再降。因此，对于药企来说，抗体生产成本就是对企业生存影响非常关键的一个环节。生物原液端所投入的生产成本往往接近药品总生产成本近70%。生产工艺及设备的优化有助于降低药品的生产成本，提高生产效率。

抗体工艺的两步法同样是采用了新型填料的应用，CellufineMAXIB可以有效去除HCP的残留。第一步采用亲和层析填料进行捕获，第二步用填料CellufineMAXIB进一步纯化。三步法和两步法的数据结果显示：去除HCP和亲和层析的效果比较接近，具体而言，两步法较三步法的残留量相对高一点，同时收率要低一点。但是两步法的成本要明显低于三步法，从长远来看，两步法有助于药品生产中成本的控制。

下游纯化设备创新提升生物制药产业化生产效率

质粒裂解系统优化质粒裂解方式

质粒不仅应用于mRNA疫苗生产中，同样应用于基因治疗等领域，在质粒的生产过程中，质粒裂解是非常重要的工序之一。在工艺开发的小试阶段，小量的菌体主要通过人工进行裂解，因为量小，可控性较好。而产业化生产因为菌体量大，传统质粒裂解又都是通过罐子进行，物料一次性添加，很容易造成局部的碱浓度过高。裂解搅拌不均匀对后期产品的影响非常大，而且整个操作过程比较复杂。楚天连续流质粒裂解系统，对裂解液和菌液进行实时添加和混匀，确保裂解的均一性，同时可根据工艺控制解裂解时间。使用质粒裂解系统可以对整个质粒裂解过程进行精准控制，减少裂解罐的使用，减少厂房空间的占用率，降低生产成本，提高生产效率。

串并联的设计提升分子筛的效率

分子筛分离技术广泛用于生物制药的工艺中，但由于分子筛上样量少、处理速度慢、柱效要求高的分离特点，使得分子筛工艺在产业化放大时局限性较大。同时分子筛工艺对柱子的设计高度，包括装柱高度及层析系统都具有较高的要求。分子筛层析大规模生产基本都是采用两根层析柱串联设计，流速比较慢，整个生产用时较长。针对分子筛的工艺特点，可以采用串并联的设计提高分子筛的生产效率。在上样的过程中，柱子采用串联的模式，在平衡、冲洗，再生工序的时候采用并联的方式。并联的过程中可以提高流速，从而整体提高了分子筛纯化工艺的生产效率，缩短了工艺时长，降低了企业在人工、能耗方面的生产成本。

智能一键装柱，减少填料损失

采用专利的吸泵混动式装柱方式，填料通过装柱工作站泵入柱内，同时柱头向上提升，装柱速度快，无气泡产生，填料均一性好。拆卸填料通过装柱工作站将填料打散抽出，再进行柱管自清洗，拆卸速度快，无需柱头反复升降，填料回收率高。配套匀浆罐可选择一键的智能装柱模式，全自动化装柱，无需人员介入，重现性高。

模块化设计超滤系统，操作简便、安全高效

超滤系统在工艺设备中操作相对比较复杂，对于CIP、SIP、膜包完整性等操作，涉及到多个阀门的开关，对操作人员要求高。对这个问题，可以通过超滤操作模块单元化的设计解决，只需要点击相应功能模块化操作就可以，不需要人员的过多介入即可以进行全自动化的超滤和清洗等步骤，操作非常简单而且标准化程度更高。

在线配液系统改进传统罐群配液方式

不同缓冲液的使用贯穿了整个原液生产的过程，包括发酵、澄清、层析、超滤等工序。缓冲液的传统配制采用罐群配液的形式，占地面积大，配液时间长，自动化程度低，对人员需求大，CIP、SIP能耗高。随着工艺的不断要求，在线配液系统出现，在线配液即buffer即配即用。输入高浓度的单一试剂母液，输出各个工艺段需求的不同浓度、不同PH、电导率的buffer，通过计算机对流速的比例控制，调节PH值和电导，确保buffer的稳定配制。计算机内可根据工艺植入相应的buffer配方，生产中只需输入需要的摩尔浓度和流量、输出的PH值、电导的要求即可实现在线配制。Buffer的pH精度可以控制在0.06，电导率可以控制在0.2mS/cm，buffer配制稳定时间2min。对于不同批次及不同时间的buffer配制，都有非常好的重复性。随着模块化工厂和一次性设备的应用，较传统配液而言，在线配液系统具有很好的成本优势和灵活性。

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