生物制药下游层析工艺的强化策略
在传统化工行业，工艺强化包括新型设备和技术的发展，即与当前常用的设备和技术相比，其有望给生产和加工带来显著的改进，以大幅降低设备尺寸/产能比率、能源消耗或废物生产，最终推动更便宜的、可持续发展的技术。现在，这个概念已经被引入生物制药行业，在这里，生物工艺强化一般被用于指代可基于单位细胞、时间、体积、占地或成本生产更多产品的系统，其主要由两种需求所驱动：成本控制和工艺效率。所以，生物工艺强化的目标一方面在于获得更高的生产力和产能以及灵活性，另一方面在于从整体上降低投资和生产成本。
在生物制药上、下游工艺的所有单元操作中，存在许多技术和设备，传统工艺严重依赖不锈钢设施以及硬管连接，而近十年来出现的可抛弃型技术可显著改善传统工艺中无附加值的繁琐操作，其优势可覆盖成本、质量、时间和安全性等多方面的考量因素，亦代表了工艺强化的绝大部分预期结果。
与上游工艺受益于灌流等强化技术的引入一样，下游工艺的也可受益于工艺强化以及一次性使用技术。其中，对于基于重组蛋白的治疗性药物生产，层析代表了最重要的单元操作之一，因为它在分离目标产物和其它不需要的杂质方面具有无与伦比的选择性和区分效率。当前行业针对层析的众多强化努力也突显了该步骤的重要性。层析步骤通过使用固定相和流动相之间的分布来执行，通常，泵和传感器组合在系统中，对于多步骤工艺流程或多产品工厂，很明显，在不同步骤、批次和产品之间的设备清洁上需花费大量时间和精力。这些主线工艺之外的附加活动应限制在最低限度或消除，以加快直接指向产品的工艺开发及生产。
对于层析步骤，除了满足监管 cGMP 要求和行业标准，包括卫生型设计、结构材料的质量确认以及安装/操作/性能认证(IQ/OQ/PQ) 之外，最终用户还需要其能够帮助降低工艺和开发的成本，并获得更高的产量和产品纯度。一次性层析系统帮助生物制药制造商实现这些目标的关键功能特性包括：
操作安全性：与上游一次性设备相关的好处也适用于层析产品。例如，可以尽量减少消毒和清洗化学品的使用。由于这些层析柱是自含式独立单元，因此可以大大降低或消除在安装、拆卸和处置过程中操作员意外接触化学物质的风险。
可放大性：层析工艺的优化，从实验室规模的小体积柱直径到大型工艺柱，必须可确保规模缩放。无论层析柱直径如何，装柱和调节步骤都应产生一致的柱效。
速度：上游滴度的提高使行业更加关注下游分离和层析纯化工艺。为了解决这个日益严重的层析瓶颈问题，工艺开发团队在不断寻求生产改进，以加快限制工艺速度的层析步骤。减少重复装柱和拆柱所花费的时间可以加快轮转循环时间，从而减少停机并提高生产效率。使用预装层析柱，也可消除大量维护时间。
易于使用：一次性层析系统和预装的可再生或一次性层析柱操作使用标准无菌快接。针对其它一次性下游设备的“即插即用”概念也适用于这些层析产品。
可重现性：这是层析柱安装和装柱过程中的一个关键考虑因素。通过使用峰对称性和洗脱曲线测量的重现性能，必须在每次装柱和/或再生层析柱时实现。每根预装的层析柱必须在批次之间具有可重现性。
一次性层析系统
ARTeSYN® 一次性层析系统设计用于从实验室规模到全自动cGMP 操作的应用。它们具有易于使用的一次性流路以及优化的阀门设计，可减少残留缓冲液体积。系统整合了多项Repligen专利硬件和流路创新技术，可获得显著更高的产物收率和操作成功性。系统经专家工程设计，可使产物损失最小化，并可在30min内进行批次转换，同时提高收率和产量。创新的阀组可引导液体流动通过内径均一、无缝连接的流路，后者可使湍流最小化。多重T型注塑嵌件，结合二次注塑成型连接，可使占地最小化，同时实现最佳闭合点布局，以显著降低死角。系统可从1/4”内径管路无缝放大至1”内径管路。系统便利的连接性可支持所有主要的层析柱形式，包括全面兼容 OPUS® 预装层析柱。
ARTeSYN® 一次性层析系统及OPUS®预装层析柱
设计“正确”：ARTeSYN® 一次性层析系统
系统配合使用一次性隔膜置换阀和夹管阀，结合一次性使用内衬管件，可实现精确的流量控制，低残留体积，无清洗和灭菌等步骤，可快速且简单地进行更换，降低停机时间，加快操作。
ARTeSYN®一次性使用阀门
预装层析柱
预装层析柱历史悠久，1990 年代初就已开始进入研发实验室。但从那时起，行业花了将近 20 年的时间才最终将其用于工业化生产。最初的预装柱主要由各个填料制造商提供，采用固定的柱高和有限的直径范围，无法定制尺寸规格或自由选择填料。然而，这一瓶颈已经有了很大的突破，Repligen现在可以提供广泛的、完全可定制的预装层析柱。目前的最大直径规格为80 cm，足以满足上游 2,000 L规模一次性生物反应器后续产品层析纯化的需求，或者可以集成到大规模商业生产的精纯操作中。预装层析柱可避免对装柱设备等进行认证和维护的要求。此外，装柱工作外包，简化备份方案，不存在产品残留风险，并且可以提高装柱的一致性。将预装柱与基于不锈钢的层析柱的性能进行比较，差异细微，均在可接受的规格范围内，即便长途运输，也有相应的经过验证的保障措施，不影响层析柱的完整性和柱效等质量属性。
科学界已经投入了很多精力来系统性地研究实验室规模预装柱的特性。例如，一项针对在10 年内制备的 25,000 根即用型预装层析柱的研究表明，理论塔板高度 (HETP) 和不对称性的变化非常小，表明对装柱过程的控制非常良好。[相关阅读：为期十年的预装层析柱性能参数趋势分析]。独立于规模的装柱均匀性也可以通过评估实验室和生产规模预装柱的性能来验证。在该评估中，结合载量、HETP和不对称性在小规模和大规模之间没有显著差异，再次证明了预装柱的高质量。[相关阅读：从1mL到57L规模预装柱的装填质量、蛋白质结合载量及分离效率]。
OPUS® 预装层析柱可实现从工艺验证到商业化和GMP生产的线性规模放大。可从最宽泛的预装GMP运行层析柱产品组合中进行选择，包括大规模的 OPUS® 45R、60R和80R 层析柱。通过将装柱资源转化至生产性层析操作，以及加快运行轮转时间，预装层析柱可从整体上增强工厂效率。
OPUS®预装层析柱，最高直径可达80 cm
OPUS® 预装层析柱
强化可以在大多数工艺中实现，且应在开发阶段就进行评估。对于需要工艺变更或影响细胞传代数的强化策略尤其如此。逐步过渡到强化工艺可从不需要工艺变更的方法开始，比如缓冲液的制备和分配，或者用预装层析柱取代自装层析柱。作为工艺强化的最终目标，过渡到连续工艺在上游工艺部分已经可以相对容易地实现，因为灌流培养已经发展了相当长的时间。除了不同的层析设置选择，下游工艺的强化还有更多其它的选项，例如在用于UF/DF的切向流过滤或除病毒过滤步骤中。而一次性技术的使用，可通过节省人工和准备时间，消除无价值的非关键步骤，而显著影响强化。
参考文献：
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