下一代生物技术产品开发、生产和控制策略：下游策略
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下游策略
论坛第二部分的主题是“Continuous and Advances in Manufacturing: Downstream” (生产中的连续化趋势和发展：下游”。演讲人指出，连续生产技术已经在生物制造的上游部分使用了好几年。例如，截止目前，已有多个使用灌流发酵生产的生物药产品获批。相比之下，在下游生产工艺中使用连续生产技术则受到了更多的限制。然而，现有的技术可以实现澄清、初始捕获、纯化和精制的连续生产。
演讲人介绍了不同的技术策略。他们回顾了将传统产品应用到下一代生产平台的例子，并提供了在工艺开发早期需要考虑应该包含或排除的要点。演讲人分享了多个观点，小组讨论包括来自监管机构、学术界和产业界的专家和意见领袖。
第一个演讲是Scott Nichols (CDER)的“Regulatory Perspective on New Development on Manufacture of Biological Products” （生物药生产新发展的监管视角）。他指出，FDA有一系列的举措和资源来支持生物技术产品生产的新发展，包括21世纪CGMP计划、过程分析技术计划和ETT。
传统生物技术工艺和产品容易受到微生物污染。商业化生物技术产品的生产工艺正在采用新技术，这些新技术通过其设计和应用，可内在地有效控制污染。他从微生物控制的角度讨论了这两种技术，一次性使用系统和多柱层析。此外，不正确使用或验证接头(例如，松动的配件、不正确的规格、来自不同供应商的部件和不兼容的零件)可能成为潜在的污染源。Nichols介绍了FDA对最近提交的新技术的评论。
第二场演讲的题目是“Muiltcolumn Chromatography: A Major Step Toward Continuous Purification of Biopharmaceutical” (多柱层析:生物药连续纯化的重要一步)，演讲者是Rickey Lu (MedImmune，AstraZeneca)。虽然连续生产代表了生物工艺行业的一个重大变化，它不需要一步到位。当生物药厂商从一个工艺平台转移到另一个工艺平台时，会产生许多挑战和问题。这些顾虑包括如何处理已安装固定资产的负担，技术成功的可能性，监管接受障碍，以及按时推出新产品的压力。Lu介绍了AstraZeneca开始向连续生产过渡的方法，讨论了多柱层析的技术和商业收益。
多柱层析为开发和实施一种将自己连接到完全连续的生物工艺的技术提供了一个机会，同时也可获得短期效益。这些效益可形成独立的投资回报，而不需要连续生产的承诺。这种实现连续单元操作的分步方法为公司提供了开发专门知识以及适应新单元操作的能力，同时减少了跨入完全连续工艺时的技术风险和资本支出。
第三个演讲是Steven Cramer (Rensselaer PolytechnicInstitute)的“Recent Developments in Downstream Bioprocessing: Multimodal Chromatography, Affinity Precipitation and Integrated Bioprocessing” (下游生物工艺的最新进展：多模式层析、亲和沉淀以及整合式生物工艺”。他介绍了一个学术实验室针对下游生物工艺三个领域的开发：多模式层析、亲和沉淀以及整合式生物工艺。对于多模式层析，他的两个主要观点是，多模式阳离子和阴离子交换配基库的微妙变化对蛋白质保留和选择性有显著影响；在四种多模式阳离子交换体系中，观察到三种抗体具有不同的选择性趋势。在Cramer实验室进行的亲和沉淀研究中，研究人员在一项概念研究中，获得了高mAb收率以及极低的聚体，与protein A相当。最后，Cramer介绍了一种高效的亲和肽发现工作流，其可实现整合式生物生产方法，并以多个生物制品的三步纯化工艺快速开发进行了解释。
本次会议的最后一场演讲是由Franqui Jimenez (Sanofi Specialty Care Operation)所做的“Commercialization of an Integrated Continuous Biomanufacturing Process“（一个整合式连续生物生产工艺的商业化）。Sanofi使用连续工艺进行重组蛋白的生产已有20多年了。Jimenez介绍了如何实施满足卫生主管部门法规要求的下游操作整合式连续工艺，以及其为制定工艺和分析开发、工厂设计和验证以及操作模式等工作的新方法所提供的机会。随着生物生产行业朝着强化生产和增加连续操作的使用的方向发展，这种方法将变得更加重要。
下游策略:小组讨论
演讲结束后进行了问答小组讨论。Sarah Nilou Arden (CDER) 主持了小组讨论，参与人员包括Steven Cramer, Franqui Jimenez, Rickey Lu和Scott Nichols。讨论的议题如下：
下游连续工艺：“串联”工艺已经在小规模条件下实施和引入，且在将此类模型转化为大规模的经验方面已经取得了一些进展- 尤其是在杂质清除方面。但由于实际操作条件的限制，到目前为止，最有可能应用的方法是根据不同的产品，采用混合式工艺。例如，如果你认同层析模式决定了连续工艺的类型(例如，结合-洗脱或梯度模式)，那么“假连续系统”可以使用可切换的重复设备(例如，使用病毒灭活使用两个罐)。讨论认为，在目前的商业环境下，对下游连续工艺还没有充分的科学论证而未得到足够财政支持。
下游连续生产的潜在优势：在下游生产中引入连续生产和其它新策略所带来的大多数优势都与降低成本和风险有关。连续生产能够使用一次性使用层析系统。其它好处包括降低柱尺寸要求，提高填料利用(这意味着降低前期和持续的成本)，降低缓冲液要求(这有助于提高产能和吞吐量)，缩短纯化时间，提高生产力，降低存储成本和循环时间，以及减少微生物风险(不需要填料储存和装柱工作)。从人员和工厂的角度来看，采用连续下游工艺的公司遇到的与大型层析柱相关的问题可能更少。
下游工艺连续生产的需求：采用连续生产和新技术需要开发更多的信息。小组成员和与会者讨论了几个例子：
从批处理到连续工艺需要可比性。
与其它操作相比，复杂的单元操作不可避免地需要更多的监测。
分析方法需要快速的周转时间。
长时间工艺的失败导致需要确定停止步骤。
由于长时间的连续处理时间，物料需要较强的微生物控制。
用于下游工艺的入线/近线分析正在改进。例如，动态光散射分析正在针对工业应用而发展。此外，在连续的环境中检测HCP要困难得多，但在线质谱可能可解决这个问题。
连续生产的一个良好策略包括前期以及提前的场景规划。需要考虑的问题包括以下几个方面:如果在一个连续的工艺中出现了意外的停滞，会发生什么情况?在工艺验证中，我们如何计划停滞?同样，如果填料的寿命已经超过了，我们如何考虑再处理?
需要仔细考虑在连续方法中观察到的变异性范围，以及如何将其转化为稳健且有意义的验证策略。例如，应尽早并尽可能彻底地确定病毒灭活保留时间的变化范围。
可以使用新的模型来简化新工艺的设计。例如，最理想的方法是采用基于机械模型的反馈控制，帮助操作人员预测某一层析柱中会发生什么的情况，并将传感器包括进来，以查看发生了什么。这就再次提出了对直接入线或近线传感器的需求。FDA对建模的态度是开放的，但生物制造商需要证明模型如何与实际情况具有可比性，以及模型在哪些地方与控制策略相匹配。
批次的定义：连续生产需要建立新的方法来定义何时应该取样，何时工艺可以停止以及物料可以分离。潜在的断点(或定义点)会出现在清洗或更换的过程中(例如，更换除病毒过滤器或灌装容器)。这些都是可以发生自然分离的离散停止点。
并不是所有的连续层析柱都使用相同的流速，所以需要有缓冲罐。因为一个工艺可能有混合步骤，所以批次应该如何定义并不总是很明确。批次定义的初步考虑点可以参考FDA法规和ICH Q7指南。对于每个生物制造商来说，这个定义是灵活的，通常会基于一个固定的时间段或物料的数量。挑战不在于定义一个批次，而在于确保整个批次具有统一特性和质量。这可能很困难，特别是在具有时间依赖性的连续系统中。从监管的角度来看，组成批次的内容必须预先定义，而且可追溯性，这点很重要。一个好的策略可以区分是不必要地标记受影响的批次，还是(更糟糕的)应该标记的缺失批次。设置一个包括提前接受和拒绝物料的模拟处置执行的策略，可以为商业执行期间可能存在的可追溯性限制提供有价值的反馈。
21 CFR 6003定义:“批次是指由制造商确认已完全混合在一个容器中的均一物料的量。”
21 CFR 210.3定义:(10)“批次指在规定范围内具有均一特性和质量的批次或批次中特定鉴别的部分;连续生产的药品，是指在规定的时间或者数量内，以保证其在规定的范围内具有均一的特性和质量的确定的量。”
ICH Q7批(或批次)的定义:“在一个或一系列工艺中生产的特定数量的物料，以使其在规定的限度内具有同质性。在连续生产的情况下，一个批次可能对应于生产中一个确定的部分。批次大小既可以由一个固定的数量来定义，也可以由一个固定时间间隔内生产的数量来定义。”
微生物方面的考量：复杂的工艺系统可能比传统系统更难清洁，因此更有可能被污染。最近，递交给FDA的新工艺策略的风险评估出现了一些问题，如没有包括供应商资格评估策略，一次性使用系统的封闭性评估，以及失败时的应急计划。生物制造商被建议在使用封闭系统时在ISO-9/CNC区域进行工艺。然而，泄漏会危及整个下游工艺。因此，一般来说，微生物学信息、关键工艺点的常规微生物监测以及故障缓解策略都应该制定出来。
行业需要对封闭系统的真正含义有一个共同的理解。一般来说，超滤和洗滤(UF/DF)膜的变化以及填料的更换和装填往往是开放式的工艺步骤，因此它们应在受控条件下进行。对于新技术，封闭系统往往包含设计方面的内容，如一次性使用的伽马辐照容器，有明确的入口，限制微生物的进入，并使用经过验证的无菌连接器。然而，经过质量确认的SIP循环的硬管不锈钢容器也可以被认为是封闭的。
此外，当使用相同的工艺设备或生产设备时，公司需要考虑临床评估与商业评估的区别。当使用相同的工艺设备时，临床和开发工艺的控制不佳会损害商业化工艺的微生物控制。通常，关于临床产品微生物特性的信息很少，这增加了风险。
连续下游生产的实施:尽管在连续和下一代工艺的开发方面做了很多工作，但目前在下游工艺中的实施似乎有限，大多数解决方案都是混合或“伪连续”策略。小组和与会者讨论了执行困难的主要原因。首先，当前可用的系统并不总是适合所需的(例如，梯度或仅双层析柱设置)。其次，在企业愿意投资之前，需要确定“连续下游工艺可以解决的问题”。是没有驱动力，而只有风险吗?如果一个公司从头开始使用新的工艺或设备，连续的下游工艺是否有价值?第三，连续的下游工艺可能很难实现，因为大多数公司担心自己是第一个采用新技术的，存在供应链安全性的风险。不过，供应商愿意通过构建演示版本来支持生物工艺行业，以促进采用。缺乏采用的第四个原因是，如果公司目前使用的是传统技术，那么他们必须决定何时进行转换，因为需要为这种改变投入时间、人员和设备。
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原文：A.Mire-Sluis, S.Kennett, S.Advant, et al., Next-Generation Biotechnology Product Development, Manufacturing, and Control Strategies. BioProcess International, 2020.
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