上海2022年1月19日电/美通社/--近日，姚明生物技术首席技术官、执行副总裁周伟昌博士在专业期刊上发表观点文章，介绍了连续生产工艺、一次性生物反应器等新兴技术在推动生物技术未来发展中的作用，并分享了前沿见解。以下是一些精彩的观点:
自1986年第一个单克隆抗体(OKT3)获准上市以来，FDA已经批准了100多个抗体治疗产品，包括单克隆抗体(mAb)、融合蛋白、抗体偶联药物(ADC)和双特异性抗体(bsAb)。
特别是2014年以来，获批的抗体药物已经有超过70种产品上市，包括肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、抗PD-1和抗PD-L1抗体等，而且重毒品频频出现。2021年，生物制品的全球销售额预计将超过3000亿美元。1，2近年来，生物制品开始主导全球药品销售清单，例如，2021年
生物制品的结构非常复杂，通常由活细胞产生，需要多个技术步骤进行纯化。它们的关键特征，即关键质量属性(CQA)，可能因细胞或后续生产过程中发生的翻译后修饰而不同。所以过程决定产品，基本上可以说“产品就是过程”3。
回顾生物制药行业在过去几十年的发展，尽管仍面临许多技术和法规挑战，但该行业在发展生物制品原液和制剂的生产技术和分析方法方面取得了巨大成就，满足了大量临床需求，挽救了许多患者的生命。
随着创新生物药物的不断涌现，如何在保证质量一致性的前提下加快产品的营销，尤其是应对不断变化的新冠肺炎疫情，对行业提出了挑战。以下挑战正在推动生物技术创新，并为以经济高效的方式确保产品质量和稳定供应带来了新的方向:
加速产品从概念、临床试验到商业化的进程。
自新型冠状病毒疫情爆发以来，业界反应迅速，通过多方协作，加快了多种疫苗(包括两种mRNA疫苗)和生物药物(包括多种抗体)的研发和生产。
新冠肺炎的抗中和抗体产品开发包括DNA序列设计、新药临床试验申请和上市批准。为了加快这一进程，该行业在不影响产品质量和安全的情况下，采用了集成的革命性技术方法:将从DNA到IND的申请时间缩短至3至6个月，并在14个月内完成了从DNA到新冠肺炎紧急使用授权(EUA)的流程。短短几个月，就生产出数千公斤的抗体，用于全世界患者的临床治疗。
最近，新冠肺炎治疗药物的研发达到了前所未有的速度，这可能会启动生物产品研发的创新。加快开发进度已成为未来生物技术发展的重要特征之一。除了继续应用创新技术以缩短研发时间，生物工艺开发还将进一步专注于降低生产成本和更新，以及更小的“未来工厂”——综合应用一体化连续生产工艺、一次性生物反应器、高度数字化和自动化，这不仅将提供更大的灵活性、更高的产量和更有效的利用率空，还将降低生产成本。
新冠肺炎疫情带来的生物技术变革也将有助于其他更复杂生物产品的研发，如抗体偶联药物和双特异性/多特异性抗体从新冠肺炎疫苗和生物制品快速研发中获得的知识和经验，也将更直接地应用于其他重症新疫苗和治疗性生物药物的研发。未来新疫苗和生物药物的研发会打破传统，不需要再10年。
自治疗性生物制品问世以来，为了提高生产率和效率，生产细胞系的选择策略不断得到改进。这些最新的发展使该行业有可能重新制定化学、生产和控制(CMC)战略，并在短短三个月内生产出用于临床试验的产品。
DNA合成前的密码子优化是实现高蛋白质表达水平的常用方法。其算法基于使用特定宿主细胞系的特殊密码子和密码子对，可能比基于通用密码子数据库的算法更有效，有助于提高蛋白质在特定宿主细胞系中的表达水平。此外，由于该策略对瞬时转染和稳定转染细胞系表达系统都有效，定制密码子的优化也有助于整个研发过程。
随着CMC多年来的快速发展，从细胞群体中获得的蛋白质材料在毒理学研究中的应用已经被全世界越来越多的监管机构所认可。因此，在毒理学研究中，选择与蛋白质相似的CQA的最终克隆是非常重要的。需要强调的是，基于下一代测序(NGS)的cDNA用于从早期研发中使用的细胞群体中快速筛选出没有序列变异的克隆，而不是基于LC-MS的肽图分析。
在复杂生物制药分子的研发过程中，通常会发生重组蛋白的截短或切割，这也给下游的纯化过程带来了挑战，同时也可能导致产率的降低。细胞系选择前期通常采用分批补料，筛选出剪切较小的克隆，再次证明研发前期对产品和工艺进度的深入了解，可以为后期节省大量的时间、成本和精力。
广泛应用于连续生产过程和一次性生物反应器。
未来，连续生产工艺将逐步广泛应用单克隆抗体、双抗体、融合蛋白、重组蛋白等各类生物制药。这种应用也反映了行业的发展趋势——以更高的质量、更高的产量和更易获得性来满足日益增长的生物制品需求。
在上游技术方面，灌注培养已经广泛应用于临床和商业批量生产。与流加培养相比，灌注培养在产量、质量、灵活性和性价比方面具有明显优势。先进的灌注培养系统，如姚明生物自主研发的超高效连续生产技术平台WuxiUP，几乎可以将各类生物药物的细胞密度和产量比流加培养提高5至10倍。此外，连续收获可以缩短产品在生物反应器中的停留时间，从而提高产品质量。
药物生物学超高效连续生产技术平台
随着一次性生物反应器、流通色谱和单向切向流过滤技术的发展，连续生产技术已经成功实现了小规模或中试规模的连续下游过程。而全行业大规模应用的投入略显滞后。
通过采用自动稳态灌注培养、无细胞连续收获、延长产品收获周期等技术，连续生产的上游工艺在产品表达水平上有了很大的进步。相应地，连续生产的下游过程的产量需要增加5。
人类药物技术要求国际协调委员会(ICH)发布了一份关于储备溶液和制剂连续生产的指南草案(Q13) 6，目前正在审核中。人们普遍认为，草案将鼓励在生物制品的研发和生产中应用连续生产技术，连续生产技术在很大程度上取决于部分或完全集成的下游工艺单元的操作。
对于这两种连续生产的下游工艺方案来说，一个可以预见的瓶颈是缺乏现成的或定制的高性价比的过程分析技术(PAT)工具和用于过程监控和实时控制的自动化系统。在仪器和自动化解决方案供应商、学术界、工程师和整个生物制药行业的共同努力下，这一技术瓶颈有望在不久的将来被打破，从而使连续生产的全集成下游工艺得到更广泛的应用。
随着细胞系的发展策略越来越先进，细胞培养基的优化，细胞培养产品的表达水平不断提高，对占地面积更小的生物反应器的需求也越来越大。再加上连续的生产过程，这些将进一步推动一次性生物反应器的普及。
扩大一次性技术在其他操作中的使用，如引入一次性切向流深层过滤系统、一次性离子交换膜色谱装置等，可实现完整的一次性生产流程。一次性技术还使得设计新的生产工厂成为可能，例如采用模块化生产单元，从而提供灵活的生产能力，缩短产品上市时间，不同产品之间的灵活转换，并使交叉污染最小化。
目前，集约化连续生产技术已成为一个显著的发展趋势，采用这些技术有望提高产量。通过整合和协调不同的单元操作过程，可以实现完整的连续生产技术，从而最大限度地缩短间隙时间，提高生产能力。采用连续生产技术还将减少大量生物制品生产中所用设备的占地面积，降低整体资金投入。
其他生物技术进步包括在大规模生产过程中实现自动进料、自动取样和最少的管道组装，以实现更大规模的过程控制，从而获得更稳健的性能和产品质量。在大规模生产中，过程分析技术(PAT)如拉曼光谱和其他在线检测方法可用于实现重要过程参数和性能的实时检测和控制。
与毛细管电泳(CE)和高效液相色谱(HPLC)相比，其他新的分析技术如基于肽的多属性方法(MAM)具有更高的灵敏度和产物选择性。此外，表面等离子共振(SPR)和生物层干涉(BLI)等新兴技术可以加强产品发布的工作流程。
PAT工具的应用有两个主要优势:快速决策和先进的过程控制。现在业界已经开发了多种PAT平台，可用于连续生物过程中产物聚集和破碎程度7的在线监测，活细胞密度的自动控制8，有助于开发更好的工艺，加快CMC的发展。
新一代抗体药物技术的发展趋势
由于分子结构的复杂性，双抗体和抗体偶联药物等新型生物药物的技术开发具有挑战性。随着全球抗体偶联药物产品线的快速增长，行业对全集成抗体偶联药物技术平台服务的需求变得更加强烈。支撑生物偶联药物从DNA到IND过程的研发和生产，不仅需要这些完全集成的抗体偶联药物技术平台，还需要抗体、接头、偶联技术等相关服务。除了缩短从DNA到IND的时间，集成的抗体偶联药物技术平台还具有降低开发过程中风险的优势。对这些技术平台的需求也反映出RD企业更加关注偶联过程的稳健性和药物抗体比(DAR)的控制。
偶联技术涉及各种接头机制和不同的有效载荷、偶联化学物质、偶联位点和药物-抗体的多样性。与各方面相比，还增加了生产过程中的可变性，使得纯化过程和抗体偶联药物的结构和效价的分析过程变得复杂。在过去的几年中，抗体偶联药物RD企业在提高这些复杂药物的可开发性、可生产性和功能性能方面取得了巨大进展，但在将这些药物模型推向更简化的RD工艺的过程中，他们仍然面临着应对这些困难的一定挑战。
在双抗体生产过程中，链错配、链表达不平衡和组装不完全过程中产生的相关副产物对下游纯化过程构成相当大的挑战。为了帮助制造商处理不同类型和含量水平的副产物，研究人员提出了基于试剂盒的双抗体纯化方法9。
除了为双抗体定制的下游方法之外，灌注细胞培养可以显著提高双抗体的质量(例如，通过增加单体的百分比，这通过电聚焦分析如测径器或毛细管来确定)。因此，与传统的补料分批培养相比，灌注细胞培养是更好的选择方法。10本文中讨论的用于研发双抗体的下游和上游策略也可应用于研发多特异性抗体。
尽管在生物产品的研发中仍然存在相关的挑战，特别是新的和复杂的药物分子，如抗体偶联药物和双抗体，但行业已经通过新的分析工具和高通量基质驱动的实验设计来应对这些挑战。与多年前相比，得益于以姚明生物为代表的更加全面、综合、单一来源的生物技术赋能平台，以及针对新冠肺炎疫情的生物药物研发知识和经验，企业将更快实现性价比更高的治疗性生物药物和疫苗的研发。
参考
1.商业研究公司。全球药品市场机会与策略报告。可从以下网址获得:。
2.研究和市场。2020年全球生物制品市场机会与策略报告:新冠肺炎影响与复苏-2023年、2025年及2030年预测:2021.可从以下网址获得:。
3.生物。药物和生物制品有什么不同？
4.重塑细胞系发展与快速应对疫情疫情的CMC策略。生物技术。Prog。2021;37(5): e3186。
5.周宏，方敏，郑旭，周伟。生物制品生产中强化集成连续生物过程平台的改进。生物技术。Bioeng。2021;118: 3618–3623
6.欧洲药品管理局。ICH关于原料药和药品连续生产的指南Q13。草案版本于2021年7月27日通过。
7.刘志，张志，秦勇，等。拉曼光谱在灌注细胞培养中监测产品质量属性的应用。生物化学。英语。J. 2021173: 108064.
8.陈刚，胡军，秦勇，周伟。原位拉曼光谱辅助灌注式细胞培养中活细胞密度的在线自动控制。生物化学。英语。J. 2021172: 108063.
9.纯化类IgG双特异性抗体的路线图。In:亚光A，ed。基于抗体的治疗的纯化、分析和表征方法。爱思唯尔；2020: 167–179.
10.应用强化灌注细胞培养提高双特异性抗体的产量和质量。未公布数据，2021年。
