國家工程實(shí)驗(yàn)室疫苗工程技術(shù)平臺建設(shè)與管理

孫 博, 谷鐵軍, 張喜珍

(1. 吉林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130012；2. 吉林大學(xué) 艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室, 吉林 長春 130012)

生物疫苗領(lǐng)域的快速發(fā)展以及國家加大對科研實(shí)驗(yàn)室投入力度,使得產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合成為生命科學(xué)發(fā)展的必然趨勢[1]。國家發(fā)改委批準(zhǔn)建設(shè)艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室,該實(shí)驗(yàn)室是吉林大學(xué)負(fù)責(zé)籌建的第一個疫苗領(lǐng)域的國家工程實(shí)驗(yàn)室。國家工程實(shí)驗(yàn)室以產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展對工程技術(shù)研發(fā)的重大需求為出發(fā)點(diǎn),在推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研發(fā)及工程化應(yīng)用方面發(fā)揮承上啟下的創(chuàng)新鏈接作用,在整合產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢資源進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新方面發(fā)揮著平臺集聚作用[2]。艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室的主要任務(wù)之一是解決艾滋病疫苗研制中的重大關(guān)鍵技術(shù)難題,并將所獲得的新技術(shù)、成果推廣應(yīng)用到其他現(xiàn)代疫苗的研制中。在艾滋病疫苗和其他現(xiàn)代疫苗的研制中都存在著如何解決疫苗產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)難題、提高免疫應(yīng)答、建立新產(chǎn)品的質(zhì)量檢測方法等一些制約現(xiàn)代疫苗生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)共性與關(guān)鍵性技術(shù)[1]。對于上述問題的解決,必將加快整個現(xiàn)代疫苗研制的進(jìn)程,加速其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因而建設(shè)一個設(shè)計(jì)科學(xué)、布局合理、功能完善的工程技術(shù)平臺,能夠充分地為實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)科研的課題成果向?qū)淼膽?yīng)用轉(zhuǎn)化搭建一個恰當(dāng)?shù)臉蛄?是實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的重要保障。下面就針對艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)與管理疫苗工程技術(shù)平臺過程中的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做簡單探討。

1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

1.1 工程技術(shù)平臺設(shè)計(jì)原則

針對艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室自身特點(diǎn),設(shè)計(jì)了不同種類的工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)其使用的功能又有各自的需求,還需要考慮相關(guān)設(shè)備對周圍環(huán)境的影響。例如根據(jù)昆蟲細(xì)胞、哺乳細(xì)胞生物反應(yīng)器室自身特點(diǎn),參考GMP廠房相關(guān)的車間布局,設(shè)計(jì)了換鞋區(qū)、外更衣室、內(nèi)更衣室、緩沖區(qū)、潔凈區(qū)等功能分區(qū),整個框架為彩鋼板結(jié)構(gòu),鋪設(shè)環(huán)氧自流平地面,無衛(wèi)生死角、便于清潔。例如原核發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室配置有高速管式離心機(jī)。該設(shè)備安裝需要放置于加固的水泥臺面,同時(shí)該設(shè)備運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生較大噪音和振動,因此在設(shè)計(jì)中將原核發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室放在一樓減少對周圍環(huán)境的影響[3]。

1.2 工程技術(shù)平臺配套設(shè)施的考慮

完善的配套設(shè)施是工程技術(shù)平臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)的有效保障,其涉及給排水、通排風(fēng)、供電、凈化空調(diào)、廢液處理等方面。既要考慮實(shí)驗(yàn)室的整體需求,又要兼顧各個功能實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)。

(1) 給排水方面。原核發(fā)酵室需要配備獨(dú)立的純化水循環(huán)管道來滿足罐培養(yǎng)、清洗發(fā)酵罐及高壓蒸汽發(fā)生器用水的需求。

(2) 供電方面。工程技術(shù)平臺所運(yùn)行的設(shè)備通常有大功率、不間斷供電的需要。例如哺乳細(xì)胞生物反應(yīng)器需要連續(xù)運(yùn)行,最長可達(dá)30天。因此為了應(yīng)對突發(fā)停電等情況,設(shè)計(jì)安裝了大功率UPS不間斷電源和滿足連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的柴油發(fā)電機(jī)組。發(fā)酵罐滅菌用的電加熱高壓蒸汽發(fā)生器功率可達(dá)72 kW,需要獨(dú)立配備380 V動力電源。

(3) 凈化空調(diào)方面。在生物反應(yīng)器室配置了高效過濾系統(tǒng)及臭氧發(fā)生器,設(shè)計(jì)了萬級區(qū)潔凈房間內(nèi)含局部百級區(qū)域,來滿足生物反應(yīng)器培養(yǎng)細(xì)胞對環(huán)境的要求。

(4) 廢液處理方面。本實(shí)驗(yàn)室疫苗研究項(xiàng)目均為基因工程疫苗和DNA疫苗,經(jīng)過滅活后無活病毒存在,實(shí)驗(yàn)中使產(chǎn)生的廢液經(jīng)過高壓滅菌處理后再進(jìn)行污水處理,故不存在病毒污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

2 技術(shù)平臺與功能實(shí)驗(yàn)室的配置

根據(jù)自身實(shí)驗(yàn)室的研究特點(diǎn)和未來發(fā)展方向,配置了上游表達(dá)平臺、下游純化平臺、質(zhì)量檢測平臺、制劑平臺等工程技術(shù)平臺。針對這些技術(shù)平臺,在建設(shè)工程中設(shè)計(jì)了一系列與平臺相對應(yīng)的功能實(shí)驗(yàn)室。

(1) 上游表達(dá)平臺。配備中試規(guī)模全自動發(fā)酵罐、高速管式離心機(jī)來滿足大規(guī)模大腸桿菌、酵母細(xì)胞培養(yǎng)的原核發(fā)酵室,酵母發(fā)酵室。配備WAVE生物反應(yīng)器、NBS生物反應(yīng)器、安普生物反應(yīng)器等不同類型的生物反應(yīng)器,可對細(xì)胞培養(yǎng)或發(fā)酵液中的營養(yǎng)成分、代謝產(chǎn)物進(jìn)行快速分析檢測分析的多參數(shù)生化分析儀及全自動細(xì)胞計(jì)數(shù)儀來滿足昆蟲、哺乳動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)不同需求的生物反應(yīng)器室。

(2) 下游純化平臺。配備有超速離心機(jī)、連續(xù)流離心機(jī)及臺式離心設(shè)備的離心機(jī)室,配備有高壓均質(zhì)機(jī)、超聲破碎儀、中空纖維中試裝置、中試規(guī)模膜包超濾器的細(xì)胞破碎室,以及配備有多種類型層析柱、層析系統(tǒng)可滿足中試規(guī)模的層析純化室。

(3) 質(zhì)量檢測平臺。配備有核酸電泳、蛋白電泳、雙向蛋白電泳、流式細(xì)胞儀、高效液相色譜系統(tǒng)、多功能微孔板檢測系統(tǒng)、納米粒度ZETA電位儀等儀器功能室,上述儀器可完成多種疫苗特異性檢測方法的建立。

(4) 制劑平臺。高壓微射流均質(zhì)機(jī)、擠出儀、凍干機(jī)、馬爾文凝膠色譜儀、馬爾文納米粒徑儀、馬爾文微米粒徑儀、高效液相分析系統(tǒng)、博勒飛流變儀等制劑所必需的儀器設(shè)備。其中高效液相分析系統(tǒng)配備有紫外陣列檢測器、熒光檢測器和蒸發(fā)光檢測器。以上硬件設(shè)備可協(xié)助完成多種疫苗制劑的工藝條件優(yōu)化,以及制定和建立相關(guān)質(zhì)量控制方法和鑒定方法。

3 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化

艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向以艾滋病疫苗的研制為主線,解決艾滋病疫苗研制過程中存在的重大科學(xué)和工程技術(shù)難題。同時(shí)將在艾滋病疫苗研制中所取得的技術(shù)成果應(yīng)用到其他新型疫苗的研制中。近些年來,圍繞以上方向建立了DNA疫苗生產(chǎn)工藝平臺、腺病毒疫苗生產(chǎn)工藝平臺、病毒樣顆粒疫苗生產(chǎn)工藝平臺等多個新型疫苗生產(chǎn)平臺[4-6]。同時(shí)解決了一些與新型疫苗研發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵共性技術(shù)，如昆蟲細(xì)胞無血清大規(guī)模懸浮培養(yǎng)技術(shù)、昆蟲細(xì)胞特異殘余物質(zhì)檢測方法、填充床生物反應(yīng)器灌流培養(yǎng)技術(shù)、病毒樣顆粒表征技術(shù)、大腸桿菌雙順反子可溶表達(dá)技術(shù)[7-8]。上述生產(chǎn)工藝平臺和關(guān)鍵共性技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是以研發(fā)項(xiàng)目為導(dǎo)向,通過實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)共同組建研究團(tuán)隊(duì)、共同承擔(dān)任務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)、共享技術(shù)研究成果,實(shí)現(xiàn)技術(shù)輸出與成果商業(yè)化的雙重目標(biāo)。不僅為本實(shí)驗(yàn)室的艾滋病疫苗、腫瘤疫苗研究提供有力的技術(shù)支撐,也在本領(lǐng)域?yàn)槠髽I(yè)提供了相關(guān)新型疫苗的技術(shù)解決方案。

4 工程技術(shù)平臺的管理

行之有效的管理是以制度為基礎(chǔ)的,工程技術(shù)平臺的管理同樣是通過相關(guān)的規(guī)章制度的制定與實(shí)施來實(shí)現(xiàn)的,但它又有其自身的特點(diǎn)。

4.1 制定管理制度

為規(guī)范技術(shù)平臺的管理,制定了一系列嚴(yán)格的規(guī)章制度,包括人員準(zhǔn)入制度、培訓(xùn)考核制度、衛(wèi)生清潔制度和安全管理制度等,督促實(shí)驗(yàn)人員嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度；為規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,制定了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作手冊、儀器設(shè)備使用手冊等,通過監(jiān)督檢查,督促實(shí)驗(yàn)人員養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。從人員管理入手,所有需要進(jìn)入技術(shù)平臺相關(guān)功能實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的人員,均需在相應(yīng)的管理教師處預(yù)約登記,經(jīng)過管理人員批準(zhǔn)后,方可進(jìn)入平臺所屬功能實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)開始前需進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)操作與安全教育培訓(xùn),經(jīng)考核合格者方準(zhǔn)許到相應(yīng)的功能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并承擔(dān)維護(hù)本實(shí)驗(yàn)區(qū)域的衛(wèi)生安全職責(zé)。

4.2 加強(qiáng)日常管理

由于工程技術(shù)平臺的特殊性,需指定專門的管理人員負(fù)責(zé)各技術(shù)平臺的日常管理。例如生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)室對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高,是按照萬級凈化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝的,需定期檢測實(shí)驗(yàn)室空氣潔凈度、溫濕度、壓力差等相關(guān)指標(biāo),保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。其他平臺也要專門的教師負(fù)責(zé)日常的人員培訓(xùn)、衛(wèi)生安全、實(shí)驗(yàn)操作及儀器設(shè)備的使用管理等。

4.3 完善信息化管理

在部分重點(diǎn)功能實(shí)驗(yàn)室安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)和門禁系統(tǒng),并建立各平臺的微信群、QQ群等。在網(wǎng)絡(luò)上交流實(shí)驗(yàn)技術(shù)及平臺使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,力爭做到發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。也可以做到集思廣益,及時(shí)解決技術(shù)難題,通過信息交流,拓展和提高技術(shù)人員的理論水平及實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平。

5 結(jié)語

綜上所述, 艾滋病疫苗國家工程實(shí)驗(yàn)室的疫苗工程技術(shù)平臺在建設(shè)過程中借鑒部分高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成果和經(jīng)驗(yàn),將基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)平臺與管理運(yùn)行機(jī)制建設(shè)相結(jié)合,以系統(tǒng)性和可操作性為設(shè)計(jì)方向,考慮了實(shí)現(xiàn)方便的升級擴(kuò)充與功能轉(zhuǎn)換,能夠滿足實(shí)驗(yàn)室后續(xù)發(fā)展的需要[9-16]。目前疫苗工程技術(shù)平臺已建立完整的疫苗上下游研發(fā)平臺,擁有多個新型疫苗生產(chǎn)工藝平臺和關(guān)鍵共性技術(shù)，已與多家生物制藥企業(yè)開展合作,為企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)和相關(guān)人員培訓(xùn)。通過疫苗工程技術(shù)平臺的建設(shè)與發(fā)展,可以實(shí)現(xiàn)生物疫苗領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,為企業(yè)提供技術(shù)支持,提高企業(yè)的技術(shù)水平,力爭為生物疫苗產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展注入強(qiáng)大動力[1]。