加速传统生物药的开发
以单克隆抗体 (mAb) 为主的传统生物药市场需求持续强劲，mAb 开发管线也十分稳健。虽然生物制药行业已经有时间解决 mAb 生产中的大部分问题，但在这个工艺中仍有一些领域在持续构成挑战。
从根本上说，在整个生产工艺流程中，围绕mAb 生产和纯化的专用技术在行业中已经确立，但在生物工艺优化、产能限制、商品成本、占地面积、应对批次失败和缺乏模块化方面仍然存在瓶颈，Sartorius集成解决方案经理 Ganesh Kumar表示。
在上游工艺中，此类限制主要与接种期间所需的长时间/大量中间步骤以及生产生物反应器中的生产力、稳定性、滴度、培养基消耗、杂质以及细胞密度有关。在下游工艺中，瓶颈集中在以高效、高收率和封闭的方式处理收获液时的中-高细胞密度挑战；层析步骤中的生产率、收率、杂质去除和商品成本；缓冲液准备/储存区域的时间、占地和废物管理；以及通过封闭式工艺消除生产车间的分离要求。
“尽管在 mAb 生产方面取得了许多进步，但由于它们的表达性、溶解性、聚集性和药代动力学特性差，它们仍然难以大规模生产。因此，解决这些挑战，以使mAb 生产工艺高效、问题更少且具有成本效益至关重要，”Sartorius 市场进入战略经理 Gaurav Kaushik 补充道。
解决瓶颈
上游。Kaushik 说，提高 mAb 生产效率的挑战之一是优化生产生物反应器中的重组细胞系。他解释说，选择稳健的细胞系会影响生产过程的成功和效率。“这一步需要仔细考虑开发不同的重组细胞系克隆（主要是中国仓鼠卵巢 [CHO] 细胞系），方法是用工程哺乳动物表达载体转染它们，然后筛选它们，以鉴定最稳健、最高效的克隆。这是mAb 生产中最耗时的步骤，”Kaushik 表示。
Kaushik 还指出了mAb 生产的另一个主要瓶颈：优化培养基条件，这会影响细胞生长和抗体滴度和质量。“工艺开发人员会筛选不同的培养基配方、生长因子、营养素 - 包括葡萄糖和氨基酸浓度 - 并优化 mAb 生产的关键工艺参数(CPP) 和关键质量属性 (CQA)。应对这一挑战的关键部分是开发一种双培养基策略，其中一种培养基最初需要支持细胞扩增和生长，然后切换到另一种培养基以支持蛋白质（抗体）生产。这是mAb 生产中最复杂、最耗费成本的部分，”他解释道。
在过去的二十年里，mAb 的生产效率提高了一个数量级。瑞士UCB - 一家专注于神经和免疫治疗的生物制药公司 - 生物中心负责人 Jean-Pascal Bilgischer 指出，在细胞扩增和产物表达，以及与产物纯化相关的部分中，生产力都得到了提高。“虽然我们仍然预计未来十年会出现一些改进，但随着行业寻求实现两位数的生产力（每升生物反应器的药物底物克数），最近的工厂（如UCB）已经过改造，以应对这些高度强化的工艺，Bilgischer说。
Bilgischer 强调，工厂的效率现在在于其实现高可用性水平的能力，包括批次之间的快速轮转和产品之间的快速转换。时间是生物生产的一个重要方面，特别是控制操作时间的能力；Bilgischer 说，一旦开始处理一个批次就不能暂停。“对于 UCB 而言，充分规划活动至关重要。这是通过动态调度操作来实现的，其能够通过重新调度生产中的所有下游操作来应对任何时间损失，也可以将时间用于后续批次，”他说。
Lonza临床开发和战略营销执行董事Jeetendra Vaghjiani 补充说，在平衡下一阶段开发的产能承诺与等待临床数据之间可能会出现瓶颈。“如果在数据获得之前做出决定，而数据不积极，则可能会导致不再需要的产能；可能会产生与此相关的费用或罚款。如果产能保障得太晚，整个时间表可能会出现延迟，因为可用产能可能会滞后于预期，”Vaghjiani说。
下游。Avantor 生物制药生产执行副总裁 Ger Brophy 表示，虽然生物药生产商通过对提高产量的技术和工艺进行大量投资，在很大程度上克服了上游工艺的障碍，但下游工艺的改进并没有保持类似的步伐。瓶颈仍然存在于下游工艺中，该过程需要数周时间，涉及许多单元操作。下游工艺从细胞收获到离心和精纯，再到多个层析和过滤步骤，然后达到最终灌装。Brophy 解释说，在该过程中需使用十几种缓冲液和清洗溶液。
“寻找消除这些瓶颈并提高产量的方法仍然是生物药生产商关注的重点领域，并且可以将不同的策略应用于该过程。例如，生产商可以通过选择高性能ProteinA 填料来提高捕获步骤的生产率，探索通过使用新型添加剂使层析缓冲液更有效的方法，以及利用预包装的一次性缓冲液材料来简化缓冲液置换步骤，或结合使用缓冲液浓缩物和在线稀释技术，”Brophy说。
Samsung Biologics 市场情报总监Seokjin Chang 表示，下游工艺通常是传统 mAb 生产中普遍出现瓶颈的阶段。“这是因为增加下游工艺线需要相对较大的资本支出(CapEx) 投资。然而，由于合同开发和制造组织(CDMO) 越来越多地自行进行这些大规模资本支出投资，生物制药和生物技术公司能够将这些资本密集型工艺外包，并完全避免整个瓶颈挑战，” Chang表示。
无菌考量
总部位于英国的合同制造组织 Symbiosis 技术服务负责人 Lindsay Fraser 说，外源性物质检测是mAb 生产过程中通常遇到的另一个系统性瓶颈，包括无菌灌装。例如，对于进入Symbiosis 工厂的产品，产品必须经过最低限度的检测并证明没有微生物污染。然而，目前对无菌性和支原体的药典测试在很大程度上仍以生长为基础，因此可能需要数周时间才能返回结果，Fraser解释说。
“在一定程度上，这个检测可以安排在其它活动的同时进行；然而，产品批次仍然经常需等待外源性物质的测试结果，然后才能进行下一步的生产，”Fraser说。
无菌 mAb 生产包括多个操作，通常从解冻和合并药物物质到复合、微生物预过滤/除菌过滤、灌装到清洁、无菌和去热原的容器（例如小瓶、注射器）中，可能还有冻干（冷冻-干燥），然后关闭和封盖，Ten23 health 的首席客户交付官Susanne Jörg 说，该公司是一家总部位于瑞士的 CDMO，负责开发和制造无菌产品。
Jörg 强调，必须在整个药品生产设置中确保产品的稳定性和质量，因为在冻融或灌装等过程中，由于处理不充分，生物药很容易变质。“这意味着，由于过去几十年推出的抗体产品数量不断增加，人们已经获得了有关生物药生产工艺的广泛知识，包括了解典型挑战以及如何应对这些挑战，”她说。
然而，Jörg 补充说，如今，许多生物制药和生物技术公司都建立了平台化的 mAb 无菌药品生产工艺。“这些平台工艺允许在早期临床开发阶段实现快速时间线，并促进分子快速进入Tox [毒性]、I 期和PoC [概念验证] 研究，并基于先验知识精益使用开发资源，”Jörg 说。尽管如此，mAb 仍远未成为成熟商品，需要全面的专业知识来降低加速开发时间表的风险。
优化时间线
上市时间是任何药物开发项目的关键因素。Fraser指出，如果产品在早期开发中被延迟，这可能会导致一些非系统性的项目时间线影响。尽管从生产方面看不是瓶颈点，但从开发人员的角度来看，早期开发的延迟可能是出乎意料的。“我们发现制剂和生产工艺开发所需的时间往往被低估了，”Fraser说。“例如，冻干工艺可能需要几个月的时间才能开发出来，如果以后改变制剂成分，就会受到影响。开发人员必须全面考虑生产工艺，以避免延误，”Fraser说。
此外，Fraser 补充说，高含量的稳定添加剂，如二甲亚砜或醇，可能对批量生产有意义，但这些添加剂在与塑料部件和过滤器相互作用时会在无菌灌装中造成重大问题。
幸运的是，传统 mAb 生产的许多瓶颈已得到解决，KBI Biopharma 高级副总裁、北卡罗来纳州RTP 站点负责人 Sigma Mostafa 指出。例如，稳定的 mAb 结构、高生产力、稳定的细胞系、非人类糖基化的最小化、消除收获中 mAb的损失以及“搭便车”宿主细胞蛋白的去除都已实现。“目前的瓶颈主要是操作挑战，而不是基本的技术限制 - 尽管我们偶尔仍会看到难以表达和分泌的 mAb 序列，”Mostafa 说。
Mostafa 补充说，KBI Biopharma 的姊妹公司 Selexis 开发了带有伴侣的工程宿主细胞系，并已证明对难以表达的蛋白质的生产力有显著提高。在操作挑战方面，强化的细胞培养工艺的细胞密度可能是标准工艺的10 倍，并且通常需要定制培养基/补液和稳健的收获解决方案。“随着整个行业的细胞培养滴度不断提高，下游工艺处理产品量的能力继续构成挑战。具有更高结合载量的填料、采用连续捕获和体积控制策略（即SPTFF [单程切向流过滤]）有助于减少其中一些挑战，但随着滴度的不断增加，可能需要采用更新的解决方案，”Mostafa说。
同时，Chang 评论说，自 COVID-19 大流行以来，与采购原材料相关的挑战导致了瓶颈，其影响比与下游工艺相关的影响更大。大流行开始时的封锁使生产人员无法上班，从而导致供应链中断。“随着大流行的持续，国际贸易关系的紧张局势也在加剧，这给每个国家带来了重组和重新确定供应链优先级的压力。在此期间，供应链的中断进一步加剧，因为原材料专门用于生产COVID-19 疫苗和治疗药物，优先于生产其它产品，”Chang解释说。他补充说，整个生物制药供应链的原材料和其它短缺问题尚未完全解决。
总体而言，在可预见的未来，mAb可能仍将是最稳定和最有效的生物治疗药物。全球mAb市场预计将从 2021 年的1687 亿美元增长到 2022 年的 1881.8 亿美元，然后在2026 年增长到 292.22 美元，Chang说。
本文节选、翻译自以下文章，由于水平有限，详细内容，请参考原文。文章旨在知识分享，如有任何问题，请联系处理。
原文：F.Mirasol,“Speeding Up Development for Traditional Biologics,” Pharmaceutical Technology 46 (5) 16–19 (2022).
相关阅读：