ADC药物工艺开发的挑战和一次性使用技术的应用

来自瑞士Lonza AG的科学家们在2019年出版的《Single-Use Technologies in Biopharmaceuticals Manufatures》发表了题为“Process in the Development of Single-Use Solutions in Antibody-Drug Conjugate (ADC) Manufacturing”的文章。文中，研究人员根据其自身经验指出抗体偶联药物（ADC）和其它生物偶联物将有机合成和生物工艺中常用技术相结合的方式有其独有的特殊性，为证产品质量和安全的工作条件，其对生产有严格的要求。因为这种生产更接近于生物工艺，所以更倾向于使用一次性使用技术（SUT）。SUT的多种优势包括改善职业暴露风险、降低投资成本（特别是对于临床生产）、降低交叉污染风险以及减少清洁过程产生的毒性废液的量。虽然相比不锈钢设备，使用基于聚合物的接触材料的一个缺点是提高了析出风险，但这种风险可通过完整的析出物风险评估以及对一次性使用生产方案的仔细选择来管理。总体来讲，在ADC生产中使用SUT，从安全性、设备功能性以及总体项目成本上考虑，与传统方案相当或更出色。本文为原文内容简介，详细内容，请参考原文。

简介

近年来，抗体偶联药物（ADC），或更广义地讲，生物偶联物，的生产开始采用一次性使用生产技术。这种趋势的驱动力主要来自于对产品安全性的考量（避免交叉污染）以及职业暴露限制（OEL）的要求。ADC是一个快速成长的领域，目前有70多个产品在临床开发中，且有4个药物已上市，包括Kadcyla（Roche-Genentech）、Adcetris（Seattle Genetics）、Mylotarg以及Besponsa（Pfizer）。

从作用模式考虑，ADC被认为是一种化疗药物，其将小分子的细胞毒性或细胞活性抑制作用与mAb的选择性相结合。抗体单元特异性地识别肿瘤抗原，从而将“有效负载”（即活性药物成分（HPAPI），也称“弹头”或“毒素”）递送至目标位点，在不使用靶向功能时，这些有效负载的系统性毒性过高。ADC的关键生产步骤是mAb和高效价的有效负载之间形成共价化学连接。有效负载通过不同的连接剂偶联至mAb，在大多数情况下，这些连接剂结合至mAb恒定结构域中的半胱氨酸或赖氨酸残基。

但除了ADC外，生物偶联物还包括通常不归类为HPAPI的其它经化学修饰的蛋白质，如：

• 聚合物（如聚乙二醇、羟乙基淀粉和聚唾液酸）-偶联的mAb，此时，聚合物单元的功能是改变mAb的药物动力学。

• mAb偶联至抗生素，以用于针对细菌感染的有效靶向治疗。
  

• mAb与可结合放射性核素的螯合剂偶联，以将细胞毒性辐射作用递送至目标肿瘤细胞（放射治疗）。
  

• 将一种弱抗原（如细菌多糖）与一种蛋白质性质的强抗原连接的偶联疫苗，以诱导针对弱抗原的强免疫反应。

尽管为确保选择性，一般会使用完整的mAb，但该功能也可使用工程抗体来替代，如Fab、scFV、sdAb或其它抗体模拟结构（如亲合体、DARpin、抗运载蛋白、Alphabody等）。生物偶联物的结构复杂性，加上高效力，使得此类产品的生产非常具有挑战性。

在ADC生产平台中，包括大规模的生产，引入完全可抛弃型的一次性使用生产平台的驱动力在于：

• 减少操作员暴露于毒性化学物的风险。

• 避免对专用于每个HPAPI生产的设备的需求，后者在项目轮转率较高时，是一个非常大的缺点。

• 降低生产过程中，因交叉污染而导致的额外操作时间；消除清洗程序，包括清洗风险评估、产物特异性清洗程序的开发以及清洗验证。

• 降低针对清洗监测的分析的工作量，特别是考虑到ADC不断增加的效力对可用分析方法检测和定量限形成的挑战

• 降低清洗过程产生的毒性废液的量。

ADC生产中可抛弃型技术的使用

ADC药物中的关键操作单元包括在搅拌罐中进行的反应、TFF、柱层析、在线过滤以及冻融循环。

在完全可抛弃型生产设置中进行的位点特异性半胱氨酸偶联工艺的示例（D. R. Schmidhalter，et al., 2019）。

ADC生产的典型操作单元和与产物质量及操作安全性相关的特定考量（D. R. Schmidhalter，et al., 2019）。

切向流过滤

在ADC生产中，切向流过滤的目的包括（i）去除溶剂，（ii）去除小分子反应物，如氧化剂和还原剂或过量的连接剂，（iii）缓冲液置换以及（iv）产物（中间体）的浓缩。由于药物特性以及目标药物底物浓度，产物溶液可能会变得非常粘稠，需要调节一次性使用TFF设备和管路设计，以提高耐压，同时增加系统可容纳的膜面积量，以提高批次处理量，扩大一次性使用技术的适用范围。此外，包括膜和管路在内的产物接触材料的使用后处理方案需降低针对受污染设备的操作时间，并尽可能降低清洗过程产生的、需要特殊处理的毒性废液的量。

层析

早期的ADC产品开发会避免使用层析步骤，但目前在临床中的大多数产品的生产工艺会至少包括一步精纯步骤，用于去除产物相关的大分子杂质。从操作角度看，倾向于使用预装层析柱，因其抛弃处理时，不需要打开层析柱，从而避免操作员暴露于高效力的化合物，而这个风险在拆装多次使用的层析柱时特别高。使用预装层析柱，已可在几百升规模条件下，提供具有出色纯度的产物。在ADC生产中，结合使用预装柱和一次性使用设备可获得特别的优势：

• 不需要装柱和拆柱的相关设施

• 节省了装柱和拆柱的时间。预装柱具有良好的灵活性，可一次性使用，也可以清洗和储存，以便多次使用

• 降低职业暴露风险；HAPI-污染填料的开放操作需要特定的保障措施，以确保操作员的安全性，并将交叉污染风险保持在可控水平。

使用一次性使用设备进行成功的ADC生产已经可能，完全可抛弃型生产设置可将内毒素控制在极低的浓度水平。而一次性使用设备的发展，也会逐步克服现有的规模限制，这也更确认了SUT的应用趋势。

本文部分内容翻译自原文，由于水平有限，如有不当之处，敬请谅解，详细内容，请参考原文。

原文：D.R.Schmidhalter, S.Elzner, R.Schmid, Process in the Development of Single-Use Solutions in Antibody-Dru Conjugate (ADC) Manufacturing，Single-Use Technologies in Biopharmaceuticals Manufatures，2019，303-310.

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