灌流细胞培养正在上游工艺中获得更多立足点
本文节选自《Perfusion Cell Culture is Gaining Ground Upstream》，由于水平有限，详细内容，请参考原文。
在PAT工具的帮助下，灌流细胞培养的采用正继续向前发展。
上游工艺中灌流细胞培养的建立是生物生产行业的一个持续转变。早期不愿意采用基于灌流的系统主要是因为过程监测和控制的不确定性，但过程分析技术(PAT)工具的进步使监测和控制连续生物工艺变得更容易。但到目前为止，灌流细胞培养在临床生产规模和商业化水平上都取得了哪些进展呢?
获得越来越多的立足点
灌流细胞培养在今天的临床和商业化上游工艺中有多大的立足点？先前的犹豫和不情愿是否已经被进一步采用这项技术的趋势所取代？Sartorius蛋白质业务部门市场进入策略主管Priyanka Gupta解释说，随着行业意识到灌流细胞培养在单位体积产量方面的收益，越来越多的公司在上游生物工艺中采用灌流细胞培养。
Gupta表示:“一般来说，有很多公司 (包括CDMO/CMO[合同开发和制造组织/合同制造组织]以及大 - 中型公司) 在临床和商业化生产中采用50 - 500 L灌流规模。” Gupta指出，企业不仅意识到了产量的提升，还意识到了采用灌流在时间、占地和可持续性方面的优势。如今，即使是需要更大吞吐量的大公司也在考虑使用1000 L和2000 L搅拌罐生物反应器(STR)进行灌流。
Gupta指出，尽管细胞培养的补料分批方法仍然占主导地位，灌流方法正在得到越来越多的采用，因为行业开始意识到灌流方法可以满足未来的生产需求，包括更小的占地面积以及可持续的高产量工厂。
PAT工具的发展
PAT工具对于使灌流细胞培养更容易并实现连续的生物工艺非常重要。Gupta说，灌流一开始看起来较难运行和理解，而PAT工具在灌流工艺的开发中发挥着关键作用。在工艺开发和生产规模中都有这些工具，使得灌流技术的采用更加可行。Gupta说:“制药行业使用灌流技术已经有一段时间了，但是现在有了这些优势和正确的工具，PAT和系统的结合也让生物制药行业更有信心采用它。”
Gupta解释说，一方面，PAT工具可以在工艺开发阶段的早期帮助理解工艺，这对于规模放大、降低风险和了解关键工艺参数非常重要。
PAT工具在多个方面取得了进展。一个领域是将现有的传感器和控制策略从不锈钢环境转移到一次性使用环境。这种转换使其能够切换到更为现代化的灌流工艺。同时，用于在线分析的光谱技术的进步也有助于简化灌流的使用。已经有一些在生物工艺中使用的PAT工具利用了光谱学方法。数据分析的进步是另一个支持灌流工艺持续发展的因素，因为今天的数据分析能够处理现代化PAT工具生成的大量数据。
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挑战依然存在
然而，尽管PAT工具取得了许多进步，灌流技术的应用仍然面临挑战。例如，对新技术缺乏专业知识和“舒适感”，往往会让公司在采用新工艺时犹豫不决。Gupta观察到，在灌流的情况下，产品质量通常会比正常的补料分批工艺“更好”。然而，这需要解释灌流不会对药物疗效产生任何负面影响，特别是如果公司已经提交了试验性新药申请或已经进行了临床试验。
Gupta说：“澄清是另一个需要更好理解的方面。灌流获得的高细胞密度会影响澄清，人们需要真正了解澄清技术的能力和规模放大。另一个重要的考虑因素是灌流对培养基的要求。为了获得更高的单位体积产量，有必要了解需要什么样的培养基置换。这又会增加所需的培养基量。它成为了产量与成本增加以及降低培养基管理风险之间的一种平衡。”
灌流细胞培养还具有在稳态条件下运行较长时间的好处，这有助于获得更一致和更高的产物质量，但维持稳态需要有效的过程监测和控制。然而，实时数据收集并不总是一项简单的任务。与过程监控相关的关键挑战包括精确监测细胞密度，保持对主要营养物质和代谢物的跟踪，以及监测生长和代谢数据之间的关系，这可使用对重要参数的典型在线实时监测，如pH，温度和溶氧。
向连续生物工艺的转变
总体而言，灌流细胞培养正显示出积极的结果，这可能预示着未来更确定的向连续生物工艺的转变。Gupta表示，由于基于灌流的工艺具有许多优势，如更高的单位体积产量、更小的模块化工厂、更低的成本以及更可持续的设施，因此行业需要完全连续的工艺。“拥有基于连续工艺的设施，行业可以实现一个完全控制的、自动化的封闭工艺，这将简化工艺和药物需求。连续工艺消除了中间性储存步骤以及大量手动干预的需要，并提高了工艺的健壮性，”Gupta说。她断言，尽管还需要一些技术发展才能实现这一点，但整个行业正在一步步地朝着这一目标迈进。
此外，监管当局对连续生物工艺的支持，以及对优化的过程控制和一致性的鼓励和指导，帮助行业推动了PAT工具的进步。这种监管支持反过来也为灌流工艺中新解决方案的实施铺平了道路。
针对未来的需求而进行的扩展
行业也看到了在灌流能力方面的投资，以应对不断增长的生物制品需求。2020年12月底，WuXi Biologics（药明生物）宣布收购拜耳位于德国伍珀塔尔的原料药生产工厂。该工厂包括3个1000 L灌流生物反应器，以及6个2000L 补料分批生物反应器，用于生物药和疫苗的生产，预计将于2021年底为GMP运营做好准备。
此外，Abzena于2021年1月宣布在美国开设了一座新的生物药GMP生产基地，这是该公司在全球的第六个生产基地。新基地将容纳III期和商业化生产，并将配备现有的和新的先进生产设备，包括连续生产和灌流。生产运营计划于2022年年中开始。
原文：F. Mirasol,“Perfusion Cell Culture is Gaining Ground Upstream,” BioPharm International 34(11) 20–21 (2021).
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