针对上、下游生物制药工艺，计划 & 执行小规模模型确认
本文节选自来自Bayer、Alexion、GSK等的研究人员发表的文章《Planning & Executing Small-Scale Model Qualification For Upstream & Downstream Biopharma Processing》，由于水平有限，详细内容，请查看原文。更多内容，也可查看往期文章：用于生物药开发的小规模模型。
选择合适的小规模模型
当进行小规模研究时，应该选择与建模预期相契合的合适小规模模型。对于上游单元操作，实验室规模（1 L- 10 L）是目前最主要使用的小规模模型，但是微量规模模型（10– 250 mL）和中试规模（50 – 200 L）模型也有使用。
根据细胞培养工艺，为了以最可行的方式代表生产规模，通常选择与规模无关的“缩放参数”（表1）。当前的行业标准是更改规模相关的模型输入参数，以最好地匹配大规模输出，并实现与规模无关的目的缩放参数，后者在不同规模条件下保持恒定（表1）。
表1. 项目比较：缩放参数、规模无关参数和规模相关参数。
项目 | 细胞培养步骤 | 层析步骤 | 解释 |
对于下游工艺，实验室规模的层析柱通常以维持生产规模柱床高度和线性流速（cm/h）的方式进行操作，同时进行线性规模缩小。在某些情况下，对微量规模（<生产规模层析柱柱床高度）模型进行确认，如果线性流速和柱床高度被证实不影响小规模模型的输出的话，保留时间保持恒定（表1）。合适的话，也可以使用中试规模。
缓冲液和培养基可以在小规模条件下制备，或从生产规模转移过来。在某些例子中，由生产规模供应的缓冲液和培养基可能与单元操作的代表性行为相关。
对于上游单元操作，建议针对有一些关键的物料属性，在不同的规模条件下，建议保持一致的原材料批次。
为供应下游单元操作，用于进行小规模模型确认的缓冲液通常在现场制备，但是也可以从生产规模转移过来。对于小规模模型的缓冲液制备，确保使用相同或相当的程序和原材料是有用的。
SSM确认方法上游工艺
大多数的确认工作关注生产阶段的生物反应器，因为从对产物质量和工艺复杂性的影响来看，这是最关键的上游单元操作。
由于在不同规模之间使用相似的设备和方案，或者通过生产生物反应器的性能确认 (PQ) 被动地对种子扩增进行确认，因此通常不需要对种子扩增链进行正式确认。
对于上游单元操作，两种典型的SSMQ方法同样适用：
对于每个生产规模批次，在卫星方法中，从相同的N-1培养前物料接种至少一个小规模批次，或在从接种后不久的生产规模生物反应器中转移一小部分物料进行接种 (图1)。这种方法的可行性取决于小规模和生产规模场地的邻近程度。使用来自单个/少数生产运行的接种液接种多个小规模生物反应器是普遍接受的。
不同的规模应使用相同批次的培养基和溶液。这种配对卫星研究设计将规模依赖性差异与随机变异性隔离开来。可以降低其它的变异性，继而提高了检测潜在差异的能力。
当种子扩增在小规模条件下进行、接种液转移不可行或SSMQ工作与大规模运行分开时，可以选择非卫星方法。大规模和小规模确定两个独立的数据包，两种规模之间不需要任何接种液、培养基或溶液的转移操作（尽管不排除有这样的需要）。
图1:卫星(A)与非卫星(B)方法。LS:大规模，SS:小规模。
这种执行的复杂性较低，不需要专门的实验。数据可以从工艺表征研究或DOE中心点产生的对照运行中获得，假设原材料批次间的差异性有限或两种规模可使用相同的批次。其它的比较方法，如多元分析(MVA)，也可以用来确认模型。
不论SSM如何确认，同一小规模模型同时应用非卫星和卫星方法，对于之后的使用可能是合理且有益的。
在下游SSM确认中，小规模运行通常针对其相应的大规模运行单元操作进行确认。一般，使用生产工艺上一步骤生产的上样物料。也可以使用其它物料，前提是能证明上样物料与生产规模物料相当。
根据开发实验室和生产站点的位置，可能需要储存或运输上样物料、中间体和样品。对于大多数公司，在≤-65℃条件下进行运输是优选的条件，但这与所运输的中间体的纯度以及产物特定的稳定性数据高度相关。
小规模模型确认通常需要针对所有使用柱层析或膜吸附的主要单元操作进行。
(深层)过滤、离心或原液灌装步骤通常在更小的规模条件下测试其目的匹配性。所有的病毒灭活 (低pH或溶剂去污剂)和病毒过滤器不能针对其病毒清除的主要目的进行确认，而是在小规模条件下进行验证。根据因果调查或可靠的科学知识，这些单元操作对产品质量和工艺性能的影响仅能部分确认。
超滤/洗滤 (UF/DF) 步骤小规模模型在模拟生产规模物理条件方面存在一定的局限性，但可以基于SME判断，对产品质量和工艺性能的代表性部分进行评价。
根据生产规模上样材料的转移机制，选择一种确认方法 (图2)。在设计(配对)实验中，一个或多个小规模运行与每个生产规模运行进行匹配。大多数公司倾向于使用来自一个生产批次的上样材料进行多次(≥3次)小规模运行，这些运行是相关的，需要进行平均，以进行确认(图2)。
针对最终的产品质量，对整个连接的上游和下游工艺进行评估，可能是有用。一些公司考虑根据相应的生产规模模型池，对整个连接工艺的所有小规模模型池进行确认。其它相连的单元操作可能是N-1和生产生物反应器，两者相互依赖，或在低pH条件下对新鲜捕获洗脱液进行病毒灭活。
图2:典型的下游小规模模型确认方法。每次物料转移（虚线）的单个(蓝色)和多个小规模实验(虚线)。X是一个生产规模上样材料进行的小规模实验的数量。
分析设置
与生产规模同时进行的、针对小规模实验的分析装置应该分层。该策略依赖于基于风险的演习，其中关键的质量和性能属性与特定的单位操作相联系。
大多数生产规模的样品通常在QC GMP实验室进行测量。一些小规模专家也使用QC GMP实验室生成的SSM样本数据进行小规模模型确认。也可以对大规模样品进行非GMP测量，仅用于小规模模型的确认。然而，大多数人倾向于使用QC和非GMP样品分析的混合方法来进行小规模模型确认。当在不同的实验室(包括不同的地点和/或样品运输)测量小规模和生产规模的样品时，通常会证明实验室之间的可比性。当可比性未被确认时，最低要求是分析依赖性的目的适合性演习。
批次测试工件可能掩盖真实的规模偏移量，或者在生成的数据集中引入虚假的偏移量。独立于实验室，应避免批次测试工件 (例如，分析间顺序偏移被误认为实际样品差异)。参考标准可用于检测测试工件在常规批次测量和控制中间体精度。应采取其它措施，如合格的分析方法和校准的样品制备方法。在一个批次中运行小规模和大规模样品也可能是有益的，可以更好地检测规模差异。
操作员
操作人员培训环境 (例如，培训、走动管理（Gemba-walk）、SOP、最佳实践、方案、自动化等)必须确保小规模单元操作可以独立于操作人员进行。大多数小规模实验是由开发人员根据适用的准则进行的。
SSM的重新确认
在产品的生命周期中，由于各种原因(例如场地、规模或分析的变化)，可能需要进行重复确认工作。在进行可比性评估和/或风险评估，以支持不重新确定某一模型的决定时，应考虑正式文件。
在后文中，我们将探讨比较SSM输出与大规模输出的统计方法，包括描述性统计方法、推理方法、差异检验、等价检验、质量范围方法和多元分析。
原文：J.J.Buyel, K.Kaiser,K.Andra, Planning & Executing Small-Scale Model Qualification For Upstream & Downstream Biopharma Processing. Bioprocess Online, 2021.
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