生物制品工藝轉移的快速低風險方法
生物制品工藝轉移的快速低風險方法 涵蓋開發到生產規模各個階段
Sebastian Ruhl, Naomi de Almeida, Melisa Carpio, Jens Rupprecht, Gerhard Greller和Jens-Christoph Matuszczyk
成功放大生物制藥生產所需的細胞培養物可以讓公司獲得充分的時間加速臨床開發、產品商業化，以及產品上市(1)。理想情況下，在攪拌式生物反應器中縮放細胞培養工藝需要在實驗室規模上優化這一工藝，然后通過更大的中試規模實現轉移，最終達到制造規模的生物反應器(2)。這是一項涉及工藝轉移的復雜且耗時的工作，有時還需要轉移到不同的地理位置、利用各種大小的生物反應器，而每種反應器都需要根據不同的攪拌原理和排氣策略進行操作(3)。因此，每種規模可能需要運行幾次才能獲得相似的結果，同時不同的規模可能還需要優化。
1、細胞培養工藝放大的現狀及風險
為了在細胞培養放大工藝中確保“質量源于設計”（QbD）理念，行業內公司多采用體積氣體流速（VVM）、單位體積功率（P/V）和傳質系數（kLa）等縮放策略，以確定與規模相關的參數，包括大型生物反應器(4)和縮小工藝（SDM）(5,6)中的氣體傳輸速率和攪拌速率
放大生物工藝的既定方法基于整個規模范圍內恒定的單個參數。一個貫穿從工藝開發（從15mL開始）到生產（2,000L）等各種規模的工藝會產生各種問題。在放大過程中，包括活細胞濃度（VCC）、細胞活力、細胞直徑和產物滴度等在內的關鍵工藝指標（KPI）都可能受到影響(7)。此外，工藝轉移可能會影響生物制劑的關鍵質量屬性（CQA）（例如其聚糖譜(7)），因為尚未使用實驗設計（DoE）原理來優化包括溫度和pH在內的與規模相關和/或無關的參數，也就無法在轉移到另一個規模前確保一個穩健的工藝。
2、來自賽多利斯的解決方案
一種解決多個放大問題的方法是采用微型生物反應器進行工藝開發。它們提供的幾何高度直徑比（H/D）與大型容器相似。可以在一系列具有相似幾何形狀的制造規模的生物反應器中轉移工藝(8)。掌握整個放大工藝所用容器的詳細知識可以在工藝開發過程中以及放大之前預先考慮其局限性，這樣就可以根據所用容器的物理性能對工藝參數（如攪拌速率）進行計算。例如，30 W/m3的輸入功率表示2,000-L規模的攪拌速度，這通常會導致欠佳的條件，如微型生物反應器的攪拌速度較低。最后，需要在生物反應器旁邊使用可擴展的分析工具，以確保整個放大工藝可以以相同的方式監測和測量。由于在線/在線測量（含反饋回路）不依賴于離線執行測量的用戶，因此支持開發一個穩健的工藝。然后，可以將工藝轉移至不同的規模（通常使用較少的放大步驟），以加快經濟高效的工藝轉移并使用占用空間較小的設施。
在本研究中，我們采用ambr生物反應器（賽多利斯）作為小規模生物反應器，因為其支持高通量多平行的運行方式，同時具有完全自動化的系統，非常適合DoE實驗。此類生物反應器正在取代實驗室規模的玻璃容器；如今超過80%的生物制藥行業都將其用作臺式生物反應器的模仿品，用于分批補料和分批細胞培養(9)的工藝開發過程。
ambr細胞培養工作站連續記錄細胞培養參數的實時數據，包括溶解氧（DO）和pH值。利用集成到ambr系統的第三方分析儀，可以在線自動分析和控制細胞培養KPI（例如VCC和代謝物）。
可以通過ambr軟件自動收集諸如單克隆抗體（MAb）滴度或細胞計數之類的數據，并將其傳輸到SIMCA多元數據分析（MVDA）軟件中，以建立可靠的模型來識別關鍵工藝參數（CPP）、優化生物處理條件并確定穩健的設計空間。多平行生物反應器還可以結合工藝優化和集成分析，使其成為本研究微型生物反應器的合理之選。
在這項研究中，具有一次性FlexSafe STR工藝袋（賽多利斯）的BIOSTAT STR生物反應器作為中試規模和生產規模的一次性生物反應器。這款生物反應器采用成熟可靠的設計原理，具有頂部驅動的居中攪拌槳，以及適用于各個規模的一致噴射頭設計，它還包括兩個攪拌槳以及環形噴射頭和微噴射頭。這款反應器支持50 L至2,000 L(10)涵蓋整個生物反應器規模的一致混合和排氣。與ambr生物反應器一樣，可以利用工藝分析技術（PAT）傳感器實現監測和分析，其設計與ambr 250反應器所用傳感器相同。數據也可以自動傳輸到SIMCA MVDA軟件，從而確保適用于各個規模的數據生成和分析等效。
