基于一次性使用技术的基因治疗规模放大方案
本文节选自《Scaling Up Gene Therapy Manufacturing With Single-Use Technology》，由于水平有限，详细内容，请参考原文。
近年来，生物制药行业越来越重视开发复杂的基因疗法，以治疗、预防或潜在地治愈一系列危及生命和改变生命的疾病。然而，在基因治疗生产环境中实施传统的规模放大过程可能具有不小的挑战性。由于产品的完整性和安全性仍然是最优先考虑的问题，基因治疗生产商正在积极寻找方法来优化他们的工艺，以实现产能的可放大性。
一次性使用技术(SUT)提供了多方面的好处，这使它有潜力在基因治疗的整个生产流程中发挥基本作用，从流体处理到生物反应器和纯化系统的使用。然而，大量存在的一次性使用技术意味着基因治疗生产商面临着一个紧迫的困境，即选择最能满足他们的需求并允许他们放大到他们的目标操作规模的技术。
本文将讨论基因治疗生产商需要考虑的五大关键因素，以使他们能够针对SUT设备和供应商做出最好的选择：(1)目标细胞培养、(2)转染工艺、(3)产品纯化工艺、(4)质粒和试剂供应、以及(5)一次性耗材的质量和性能。
在传统的生物生产中，目标产品的基因被稳定地编码到生产细胞中。然后工艺开发人员和生产商可以设计和开发最佳的生产条件，以确保在商业规模放大过程中的一致性和质量。由于科学技术的进步而产生的创新疗法，例如革命性的基因疗法，并不适合这种基于各种独特因素的模式，因此需要专门的技能包、开发流程和生产策略才能将其推向市场。
具体来说，基因递送需要测试许多变量，以确定生产和递送的最佳最终配方，这增加了工艺开发科学家的压力，他们已经面临着对速度的高要求。在保持质量和功效的同时，获得必要的产量需要灵活且可放大的设备，这导致SUT在基因治疗生产中成为了重点。SUT在当今行业的广泛应用是由于一次性技术固有的灵活性，它允许更快的产品转换，更好的无菌保证，更低的资本投入，以及为患者数量更少的适应症和特殊定向产品提供更小批量的更多好处。
然而，为了获得SUT对您的基因治疗的优势，在选择设备和供应商时，您必须考虑以下五个方面：
目标细胞培养
转染
产品纯化
质粒和试剂供应
一次性耗材的质量、性能和供应
目标细胞培养
许多基因疗法都是使用贴壁细胞培养来生产的，对此，烧瓶或细胞工厂系统能够产生足够的产品来满足需求。随着批次规模的增加，这些方法往往不能有效且快速地生产材料，因此需要商业化规模的搅拌罐生物反应器。这种细胞培养类型的转变需要重大的工艺开发，要么为贴壁细胞建立基于微载体的工艺，要么驯化或过渡到悬浮细胞系。
这个过程并不总是直截了当的，尽管，生物反应器的动态环境可以提供新的“刺激”，包括混合剪切以及通气和气泡的影响。这些都有可能改变细胞活性，甚至细胞生理和代谢。当转移到搅拌系统时，有几种策略可以用来保护细胞培养，例如在培养基中添加表面活性剂以在悬浮期间保护细胞，或定制生物反应器以减少搅拌量，从而降低剪切。然而，这通常不是一刀切的情况。重要的是，不必假设用于其它生物药的方法可以直接应用于基因治疗的生产。寻找一个可以通过SUT生物反应器选项与您合作的供应商，并帮助确定您成功所需的设备。
转染
当你确定目标细胞培养及其需求时，你必须考虑如何将目标质粒DNA材料和修饰的基因递送到细胞中。该策略还将取决于病毒载体的选择，如慢病毒(LV)或腺相关病毒(AAV)。这种选择可能是由所需的DNA长度或目标患者细胞类型驱动的。当你考虑如何让DNA通过细胞膜时，试剂的选择(如基于脂质或聚合物的产品)、质粒数量和递送时间对于理解如何最大化产品收率和最小化空载体或无效载体是很重要的。您的SUT设备能力越高，如混合动力、可编程控制和自定义入口和出口，您将有更多的工具可以用于转染的优化。
产物纯化
无论你生产的是哪种药物，纯化始终是生物工艺的关键部分。你所生产的病毒载体的类型将决定你所采用的纯化方法。主要考虑的因素包括细胞裂解、杂质去除和期望的收率。规模放大也很重要，因为某些在小范围内可用的工具，例如物理细胞裂解，不容易适应大体积的操作。与细胞培养一样，建立在生物药和生物工艺“前辈的肩膀上”可以提供工具来创建您的纯化工艺。特别是，开发用于病毒载体的层析填料的进展表明，这些载体的纯化可以得到显著改善。在下游工艺中使用亲和层析可减少纯化步骤的数量，同时提供良好的可放大性，从而最大限度地提高收率。然而，每个病毒载体都是不同的，将需要工艺优化，以最大限度地提高下游工艺的生产力。缓冲液混合、存储和流体传输的SUT选项都有助于提高工艺的速度和适应性。
质粒和试剂供应
基因治疗是一个快速增长的市场，预计到2027年市场规模将超过60亿美元。根据治疗方法的不同，生产商将需要从可靠且高效的供应商那里确保他们的转染试剂供应。质粒DNA作为病毒载体生产的关键组成部分，对高质量质粒DNA的需求越来越大，全球对质粒DNA生产的需求也越来越大。基因治疗生产商将面临潜在的瓶颈。如果使用产能有限的质粒CDMO合作伙伴，用户可能需要等待很长时间才能获得这些材料。战略伙伴关系可以在一定程度上帮助缓解这一问题，但需要可用的伙伴以及对于未来需求规划的出色预测。对供应链的最大控制来自于内部构建质粒生产能力，但将以构建基础设施为代价。SUT在这里也有优势，因为与生产力直接相关的较低的资本投入成本和运营费用有利于设施建设和规划。具体来说，能够从大肠杆菌培养中产生质粒DNA的一次性发酵系统是允许质粒生产商在整个过程中使用SUT获得优势的核心。
一次性耗材的质量、性能和供应
今天的许多一次性生物反应器是在十多年前开发的，并随着传统生物工艺的需求而增长。虽然许多最初为生物药领域设计的工具将直接用于基因治疗生产，但能够定制和调整SUT设备和产品以满足您的工艺需求的灵活供应商将是非常有利的。当您的工艺将决定您需要什么设备时，请记住选择可靠的设备，并避免使用已定义工艺和规模参数进行放大的缺陷。生物反应器控制器能力可以在这方面走在前列，因为它们必须适应您的需求变化。
除了设备之外，您还必须确保您的耗材供应商拥有安全的供应链，能够快速交付可靠的一次性产品，同时保持客户、监管机构和患者所期望的质量。查询供应商的供应链，包括可用部件、制造足迹和冗余供应。患者无法承受因耗材问题而造成的批次损失，或因不可靠的交付而损失的时间。
随着对SUT设备需求的增加，期望也在增加，尤其是在可用性方面。寻找一个具有扩展的一次性使用网络的供应商，这将有助于拉近生产距离，并允许及时和全面的长期交付。
此外，协调的质量体系和过程有助于确保所有设备在每个地点使用相同的质量标准制造；全球标准组件库允许使用一致的、高质量的产品，而不考虑生产地点。
用于生物工艺容器的聚合物薄膜是柔性一次性耗材的关键组成部分，因此确保薄膜的可用性也至关重要。您选择的供应商必须有自己的供应商的安全库存和冗余计划。通过强大的生产基础设施和可靠的供应链，您可以利用SUT在成本节约和降低风险方面的好处，同时相信合作伙伴将支持您的基因治疗产品在整个生命周期的成功。
原文：T.Hsiao, Scaling Up Gene Therapy Manufacturing With Single-Use Technology. BioProcess Online,2021.
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