一次性技术在基因治疗领域的8项经验

制药行业已证明细胞与基因疗法（CGT）是一种可以被成功开发且商业化的治疗方法。如今，已有八种 CGT 获得美国 FDA 批准：Gencidine、Oncorine、Rexin-G、Glybera、Neovasculgen、Imlygic、Strimvelis 和 Zalmoxis。在全球，有 400 多种疗法处于临床前到三期开发阶段，并且有大约 1700 项临床研究正在进行中。

虽然CGT是一个新的领域，但我们可以从生物工艺行业吸取一些宝贵的经验。CGT 的许多制造需求与生物制药相同。正因为如此，业内专家认为在生物制药的研发、临床试验和商业化生产中所使用的一次性技术（SUT）能对CGT的开发和生产产生重要启示。

以下内容节选自CPC生物工艺全球市场总监Derek Pendlebury博士的“细胞与基因疗法 一次性连接指南：从生物工艺行业借鉴的8项经验”一文。由于篇幅限制，此处摘选原文中的1-4章节。

1. 生物与 CGT工艺中的一次性技术

为了让转基因生物制造生物制品，研究人员通过对细胞的改造来生产生物活性分子。在这个过程中，细胞本身相当于流程，而活性分子则相当于产品。与生物工艺相比较，在CGT过程中细胞既是原材料，也是流程和产品。因此，这两种疗法的生产工具和技术会有一些相似和不同之处。

两者之间的一个明显差异在于使用规模。生物工艺行业的使用规模较大，而自体细胞疗法产品的使用规模相对较小。

第二个差异是两者所使用的一次性技术类型。在生物制药行业中，SUT包括过滤器、细胞培养系统、混合系统、贮存容器、管路、传感器、阀、取样系统和接头。

对于细胞疗法，SUT的一般应用包括在临床和研发中使用的移液管、采血袋和T型烧瓶等设备。这些应用将得以延续，但也会涉及扩展的SUT装置，如收集装置、液体输送装置、小容量细胞培养系统等。除此之外，还会广泛利用一次性袋子和袋子组件用于培养基，以及进行洗涤、冲洗、细胞收集、废物收集甚至是冷冻保存。

在生物工艺行业，SUT已被广泛用于大分子和小分子药物产品的开发和生产。现有的流程技术可以采用独立部件，或者采用更常见的一次性系统，经过预验证、预杀菌后可以直接投入使用。业界普遍认为SUT可为商业运作提供许多有优势^,,，主要包括：

·成本 —— 避免清洗和杀菌步骤，降低制造成本。

·速度 —— 在安装过程以及运行周期之间可节省时间和劳力。

·无菌性 —— 避免各批次之间发生交叉污染。

CGT工艺中需要使用到SUT的情景有很多，比如自体工序和病毒载体的生产，每一步连接都需要合适的技术以确保其安全和高效。

自体工序——从分离术（白细胞去除）中心的病患到细胞处理/制造站点，再回到病患

在病毒载体生产过程中，从载体放大和种子培育到生物反应器中的载体扩增，再到澄清和纯化、改良，最后进行灌装和过滤，将其倒入成品容器中，这中间的每一步操作都需要连接技术。

细胞疗法制造商应详细了解各种可用的 SUT。即使在一种部件类型中（如存储袋、接头或细胞培养系统）中，SUT 的绝对数量都是惊人的。新用户会经历一个陡峭的学习曲线。

我们需要着重关注开发一次性流程时最重要但通常被忽视的决策之一：连接技术。连合适的连接技术有助于实现一次性到非一次性步骤的无菌连接，同时保持完全封闭的系统。选择错误的连接技术会对工艺的可扩展性、可重复性和安全性产生严重影响。

2. CGT制造的商业化挑战

目前， 用于CGT的许多技术和设备最初是专门为其他目的而设计的。因此对于CGT后期的临床阶段和商业生产来说，这类设备和系统可能在技术和手续方面不足以支持CGT的全部需求。

为了让一项制造工艺从开发阶段进入商业生产，我们会面临以下几个问题：

·溶出物和析出物数据

·有限的化学、热或γ射线稳定性

·供应链稳定性的不足或缺失

·制造可重复性的缺乏

·产品可扩展性的不足或缺失

·生产操作未经验证

·可重复性能的缺乏

以CAR-T开发流程为例，下图的外圈注释为流程步骤，内圈注释为可用于各流程步骤的技术示例。虽然在这里列出的某些技术与大规模生物工艺中所使用的非常相似，但如果没有提前对以上列出的问题进行规划，则后果会很严重。

图1 CAR-T 工艺

想象一下，如果在已经进入了后期临床试验的情况下才发现某个SUT部件出现了停产、缺乏可扩展性、供应链问题或验证问题，很可能会使整个流程陷入停滞，从而导致上市时间延迟、再验证成本增加等后果。在制造过程中使用的其他技术也可能会面临监管调查。

CGT的商业化制造也必须考虑成本效益。在最近的一次情景演示中，我们根据以下现有条件模拟了使用劳动密集型工艺制造单一疗法的成本。

模拟条件：

·用CAR-T 疗法治疗急性髓样淋巴瘤

·每年 20,000 名患者

·每名患者的流程为 14 天

·每天开始和完成 55 个新患者流程

·770 名患者同时接受治疗

·使用传统工艺、技术和设备

估计的运转费用为每年 4 亿美元，包括：

·一个面积为 70,000 平方英尺（约6,500平方米）的专用场所

·一支由大约 3,700 名受过培训的技术和科研人员组成的队伍

由于人工密集，流程失败的风险较高，进而使能接受治疗的患者数量显著减少，并使每次有效治疗的费用大幅增加。显然，这不是一个长期、可持续、高成本效益的选择。

3. 一次性流体通路的规划

一个细胞疗法工艺中需要多少次连接？ 答案完全取决于工艺、 产品使用和可扩展性。

图2展示了基于图1 中 CAR-T流程的一套细胞疗法工艺，由基于柔性薄膜材料的SUT组成。流程中每个袋子的尺寸在50ml到5L不等，具体取决于应用和每个步骤要处理的液体体积。图中阐明了这一流程所需的连接数量和位置。

图2 使用 SUT 的 CAR-T 工艺

另一个需要考虑的因素是，连接系统应该采用开放式还是闭合式？通常，开发所处的阶段会对系统设计和所使用的部件产生很大影响。

临床或学术实验室中的产品开发与在生物制药公司中非常不同。他们不仅技术不同，长期目标也不同。生物制药公司通常从长远角度看待某种产品和工艺的开发，最终目标是将疗法商业化。

对于这种长期应用，SUT（比如一次性无菌连接器）能满足对更稳健、更可靠工艺的需求。相比重组疗法生产中使用的完善的自动化工艺，细胞疗法生产则具有自动化程度低、人工密集、开放性等特点，使其更容易受到操作过程的影响，受污染风险更高。因此，出于无菌性考虑，SUT在细胞疗法中的使用也是必然的。

以下为几个在规划流体通路的连接布局时需要重点考虑的事项：

易用性

连接过程有多简单直观？连接越复杂，需要的步骤越多，操作人员出错的风险就越高。不同的无菌式连接器具有不同的操作复杂度，少至3个简单步骤即可完成连接，多则10个步骤才能完成连接。总之，越简单越好。

稳定性

流体通路不仅要满足预期中的用途，也要能抵抗预料之外的情况。连接器最常见的问题之一就是侧压。比如：当两条管路的连接处于悬空状态，管路和管路内液体的总重量会对连接器产生过多的压力，如果连接器无法应对较高的侧压，则会导致部件变形，有损连接的安全性。

密封性

密封设计是防止流体泄漏和防止微生物侵入系统的最后一道防线。高新能的密封圈可以确保密封在整个流程中完整且不移位，同时承受侧压、挠曲以及张力。最好选择更大、更牢固的密封件，并且覆盖双侧接头，而不是选择较小且只覆盖单侧接头的密封设计。

辅助设备

在理想情况下，连接器应不需要三角夹具、固定件或辅助装置等其他附加设备来进行连接。如果需要附加设备，则可能表示接头不具备流程所需的高性能，同时也增加了操作时间和出错的可能性。

4. 开放式与无菌式连接器的选择

我们通常会接触到两种类型的连接器：开放式和无菌式。开放式连接器需要在受控环境中进行无菌连接，而无菌式连接器则在任何环境中均可实现无菌连接，即使是在高度有菌环境下也一样。

开放式连接器是指任何需要在无菌环境下进行无菌连接的连接器技术。最常见的例子包括鲁尔接头和 MPC 接头。此类接头可安装在一次性系统上，通过塞紧或盖紧的方式来密封接头，并保持无菌状态直至使用，随后将完整组件装入袋中进行伽马辐射灭菌。

开放式MPC连接器的公头（左）和母头（中）

如上图所示，开放式接头有两个不同的部件，因此通常被称为“公母”接头，连接时需将两侧套在一起并进行固定。这意味着在一次性系统的设计阶段，我们必须计划每个接头在每根软管上的方向及与之相连的部件，以确保整个组件的流畅使用。

如果一次性系统的设计阶段出现错误，最终结果可能看起来像下图，两个公头无法匹配。

如果在非受控环境，如一个开放式实验室工作台中使用开放式接头来连接系统，一旦取下接头的盖子或塞子，液体通路便不再处于无菌状态。因此，开放式连接器通常在净化层流罩的无菌环境中使用。

完成连接后的接头相当稳定牢固。操作员必须亲自按下闩扣或转动接头才能将其断开，但这并不能完全避免意外的断开。

开放式接头的一些优势：

·使用直观、性价比高，使一次性系统的整体成本保持低廉；

·丰富的可用型号非常适合使用极少量昂贵材料的行业；

·开放式连接技术不再受专利或知识产权保护，因此有大量的采购方案。通常，不同供应商的开放式接头均可互相兼容。

无菌式接头在 21 世纪初首次面世。终端用户可以用它们在非受控环境以及受控环境下进行无菌连接，这是连接技术科学领域的一大进步。

目前，所有无菌式连接器的工作方式是将接头的两个部分连在一起，然后同时移除组件上的两层多孔无菌屏障（通常是膜），从而打开无菌液体通路。

不同无菌连接器的组装、连接和操作机制不尽相同。某些采用3个步骤就可轻松使用，其他的则更加复杂，需要完成多达 10 个步骤才能进行连接。

在为CGT市场开发一次性系统时，我们必须考虑到连接器的功能和操作存在较大差异。通常，易于使用、只需少许操作步骤、以及可兼容各种不同管路类型和尺寸的接头会给使用者提供更大的灵活性。

在完整的文章中，您还可以看到：

·如何在非灭菌环境中实现无菌连接

·无菌式连接器的类型及其优缺点

·焊管机和连接器的优劣分析

·CGT 的前进道路

作者介绍

Derek Pendlebury博士是CPC生物工艺全球市场总监。他在生物制药行业已从事超过 32年的 SUT 开发和供应工作,拥有产品管理和开发、销售管理和企业管理的丰富经验。Pendlebury 博士著有许多篇文章和专著章节，曾在 20多场会议上发表 SUT 演讲。他是 BPSA、PDA 和ISPE 的活跃成员。他持有英国考文垂大学生物学理学学士学位、英国利兹大学海洋生物学硕士学位以及英国曼彻斯特大学海洋生物学博士学位。

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