生物制品工藝轉(zhuǎn)移的快速低風險方法
生物制品工藝轉(zhuǎn)移的快速低風險方法 涵蓋開發(fā)到生產(chǎn)規(guī)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(chǎn)所需的細胞培養(yǎng)物可以讓公司獲得充分的時間加速臨床開發(fā)、產(chǎn)品商業(yè)化，以及產(chǎn)品上市(1)。理想情況下，在攪拌式生物反應(yīng)器中縮放細胞培養(yǎng)工藝需要在實驗室規(guī)模上優(yōu)化這一工藝，然后通過更大的中試規(guī)模實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，最終達到制造規(guī)模的生物反應(yīng)器(2)。這是一項涉及工藝轉(zhuǎn)移的復(fù)雜且耗時的工作，有時還需要轉(zhuǎn)移到不同的地理位置、利用各種大小的生物反應(yīng)器，而每種反應(yīng)器都需要根據(jù)不同的攪拌原理和排氣策略進行操作(3)。因此，每種規(guī)�？赡苄枰\行幾次才能獲得相似的結(jié)果，同時不同的規(guī)�？赡苓�需要優(yōu)化。
1、細胞培養(yǎng)工藝放大的現(xiàn)狀及風險
為了在細胞培養(yǎng)放大工藝中確保“質(zhì)量源于設(shè)計”（QbD）理念，行業(yè)內(nèi)公司多采用體積氣體流速（VVM）、單位體積功率（P/V）和傳質(zhì)系數(shù)（kLa）等縮放策略，以確定與規(guī)模相關(guān)的參數(shù)，包括大型生物反應(yīng)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(guī)模范圍內(nèi)恒定的單個參數(shù)。一個貫穿從工藝開發(fā)（從15mL開始）到生產(chǎn)（2,000L）等各種規(guī)模的工藝會產(chǎn)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(chǎn)物滴度等在內(nèi)的關(guān)鍵工藝指標（KPI）都可能受到影響(7)。此外，工藝轉(zhuǎn)移可能會影響生物制劑的關(guān)鍵質(zhì)量屬性（CQA）（例如其聚糖譜(7)），因為尚未使用實驗設(shè)計（DoE）原理來優(yōu)化包括溫度和pH在內(nèi)的與規(guī)模相關(guān)和/或無關(guān)的參數(shù)，也就無法在轉(zhuǎn)移到另一個規(guī)模前確保一個穩(wěn)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(yīng)器進行工藝開發(fā)。它們提供的幾何高度直徑比（H/D）與大型容器相似�？梢栽谝幌盗芯哂邢嗨茙缀涡螤畹闹圃煲�(guī)模的生物反應(yīng)器中轉(zhuǎn)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(fā)過程中以及放大之前預(yù)先考慮其局限性，這樣就可以根據(jù)所用容器的物理性能對工藝參數(shù)（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(guī)模的攪拌速度，這通常會導(dǎo)致欠佳的條件，如微型生物反應(yīng)器的攪拌速度較低。最后，需要在生物反應(yīng)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(jiān)測和測量。由于在線/在線測量（含反饋回路）不依賴于離線執(zhí)行測量的用戶，因此支持開發(fā)一個穩(wěn)健的工藝。然后，可以將工藝轉(zhuǎn)移至不同的規(guī)模（通常使用較少的放大步驟），以加快經(jīng)濟高效的工藝轉(zhuǎn)移并使用占用空間較小的設(shè)施。
在本研究中，我們采用ambr生物反應(yīng)器（賽多利斯）作為小規(guī)模生物反應(yīng)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(tǒng)，非常適合DoE實驗。此類生物反應(yīng)器正在取代實驗室規(guī)模的玻璃容器；如今超過80%的生物制藥行業(yè)都將其用作臺式生物反應(yīng)器的模仿品，用于分批補料和分批細胞培養(yǎng)(9)的工藝開發(fā)過程。
ambr細胞培養(yǎng)工作站連續(xù)記錄細胞培養(yǎng)參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，包括溶解氧（DO）和pH值。利用集成到ambr系統(tǒng)的第三方分析儀，可以在線自動分析和控制細胞培養(yǎng)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(shù)之類的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)絊IMCA多元數(shù)據(jù)分析（MVDA）軟件中，以建立可靠的模型來識別關(guān)鍵工藝參數(shù)（CPP）、優(yōu)化生物處理條件并確定穩(wěn)健的設(shè)計空間。多平行生物反應(yīng)器還可以結(jié)合工藝優(yōu)化和集成分析，使其成為本研究微型生物反應(yīng)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(yīng)器作為中試規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模的一次性生物反應(yīng)器。這款生物反應(yīng)器采用成熟可靠的設(shè)計原理，具有頂部驅(qū)動的居中攪拌槳，以及適用于各個規(guī)模的一致噴射頭設(shè)計，它還包括兩個攪拌槳以及環(huán)形噴射頭和微噴射頭。這款反應(yīng)器支持50 L至2,000 L(10)涵蓋整個生物反應(yīng)器規(guī)模的一致混合和排氣。與ambr生物反應(yīng)器一樣，可以利用工藝分析技術(shù)（PAT）傳感器實現(xiàn)監(jiān)測和分析，其設(shè)計與ambr 250反應(yīng)器所用傳感器相同。數(shù)據(jù)也可以自動傳輸?shù)絊IMCA MVDA軟件，從而確保適用于各個規(guī)模的數(shù)據(jù)生成和分析等效。
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