單抗藥物發(fā)展趨勢及工程設(shè)計分析

（中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司 江蘇 214072）

單抗是單克隆抗體藥物的簡稱，單克隆抗體藥物在生物技術(shù)制藥中占有重要地位，并逐漸成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。單克隆抗體是由單一B細胞克隆產(chǎn)生的針對單一抗原表位的結(jié)構(gòu)均一、高度特異的抗體。其制備的藥物具備以下優(yōu)勢：

（1）特異性強，可以進行靶向治療；

（2）無限增殖，特性穩(wěn)定，可以進行批量制備；

（3）靈敏度高，副作用小，用藥量少，蛋白質(zhì)類藥物不會額外對肝腎造成負擔(dān)。

近十多年單抗藥物的銷售也一直保持高速增長，如今單抗藥物的銷售額早已突破千億美元大關(guān)。據(jù)SFDA官方報道2016-2017年全球最暢銷的10個藥物銷售統(tǒng)計，其中6個是單抗藥物，由此可見單抗藥物的優(yōu)勢和前景。在2019年全球銷售額前二十的藥品中，其實有13個是生物藥，而單抗藥物更是占據(jù)其中的9席之多，可以說單抗藥物目前是全球制藥市場最重要的細分領(lǐng)域之一。其中單抗藥物阿達木（Humira），最近幾年一直被稱為“藥王”，在2019年阿達木單抗藥物的銷售額高達196億美元。

自1986年FDA批準第一個治療性單克隆抗體藥物以來，單克隆抗體藥物從靶點開發(fā)到技術(shù)改進，從臨床研究到商業(yè)化策略，各個方面均日趨成熟，已經(jīng)成為醫(yī)藥領(lǐng)域的主流新秀。目前，中國抗體藥物市場空間非常巨大，同時國家政策支持力度大，人才不斷聚集，單抗產(chǎn)業(yè)正進入關(guān)鍵的發(fā)展時期，未來隨著醫(yī)保對于單抗藥物的覆蓋加大以及國內(nèi)單抗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場將繼續(xù)維持高速增長。

1.單抗藥物的生產(chǎn)工藝簡介

單抗藥物生產(chǎn)工藝流程大致可以分為三個階段：

（1）上游工藝（從種子到收獲）；

（2）下游工藝（從蛋白捕獲到原液收獲）；

（3）制劑工藝（以凍干制劑為例，從配液到成品儲存）。

整個單抗藥物的生產(chǎn)工藝流程主要包括細胞接種、細胞擴增、細胞培養(yǎng)、收獲、純化、超濾濃縮以及無菌制劑。

(1)上游工藝

主要工藝步驟包括：

①細胞接種。從種細胞庫中取出工作種子，然后在生物安全柜中水浴復(fù)蘇，將細胞接入搖瓶進行培養(yǎng)，直到設(shè)定密度。

②細胞培養(yǎng)。接種區(qū)細胞接入搖袋式反應(yīng)器，隨后在各級生物反應(yīng)器中進行逐級放大培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中不斷地檢測反應(yīng)器中溫度、壓力、溶氧量、pH等，在抗體滴度到達目標值后進行收獲。

③收獲。通過碟片離心機和深層過濾系統(tǒng)棄掉細胞和細胞碎片，收獲細胞培養(yǎng)液。

上游工藝最核心的部分就是細胞培養(yǎng)。加大細胞培養(yǎng)的規(guī)模是企業(yè)降低成本提高利潤的有效手段。國內(nèi)動物細胞的大規(guī)模細胞培養(yǎng)技術(shù)還在起步階段，相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)和裝備制造技術(shù)有待提高。目前國內(nèi)最大的細胞培養(yǎng)罐在6000L左右，相對國外動輒過萬的培養(yǎng)罐，國內(nèi)流加培養(yǎng)規(guī)模較小。

(2)下游工藝

主要工藝步驟包括：

①粗純。收獲后的料液進行高效捕獲目標蛋白，主要工序為層析純化，低PH病毒滅活，常見的親和層析系統(tǒng)，陰離子層析系統(tǒng)，陽離子層析系統(tǒng)等，過程需要嚴格進行溫度，PH等工藝參數(shù)的控制。

②精純分裝。將粗純收獲液經(jīng)過超濾濃縮和緩沖液交換后，加入蛋白穩(wěn)定劑和賦形劑制成原液，分裝入儲存袋或者儲存桶內(nèi)待檢。

下游工藝的分離純化為抗體制備的關(guān)鍵工藝，純化工藝效率直接影響單抗產(chǎn)業(yè)化成本。純化工藝效率一方面體現(xiàn)在雜質(zhì)是否分離徹底，另一方面也體現(xiàn)在各個純化步驟所用時間，特別是過層析柱所用的時間效率。

(3)制劑工藝

單克隆抗體制品屬于生物制品，為了保證其藥效和便于儲存使用，單抗制品的制劑形式常見的有：凍干粉針、安瓿瓶、預(yù)充式水針。以凍干粉針為例，主要工藝步驟包括了洗瓶，配液，灌裝及半加塞，凍干，軋蓋等。

2.單抗藥物的廠房設(shè)計

(1)主工藝區(qū)特點分析

根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)需求，主要的功能分區(qū)緩沖液/培養(yǎng)基配制區(qū)、緩沖液暫存區(qū)、種子擴培、細胞培養(yǎng)區(qū)、收獲區(qū)、純化區(qū)、超濾間等。

①緩沖液、培養(yǎng)基配制區(qū)域。一般這兩個輔助區(qū)域都設(shè)置為D級區(qū)，也有將緩沖液配置定為C級，主要根據(jù)配制工藝以及操作風(fēng)險來判定級別。該區(qū)域主要設(shè)備為各類罐體，一般需要設(shè)置鋼平臺，此外還需要配套機械間、稱量室、清洗間、滅菌間、CIP站。工業(yè)化生產(chǎn)的配制系統(tǒng)一般采用全封閉系統(tǒng)防范微生物等風(fēng)險。

②緩沖液暫存區(qū)域。由于需要大量使用緩沖液，在工業(yè)化生產(chǎn)時一般需要設(shè)置緩沖液暫存區(qū)。一般為CNC區(qū)域，主要靜置的貯存罐體，該區(qū)域設(shè)計重點為工藝管道，特別是管廊架的設(shè)計與施工，緩沖罐區(qū)域。

③種子擴培。一般為C級區(qū)，確保生物安全及防止微生物污染，有生物安全柜，建議獨立設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)。種子擴培操作一般在的生物安全柜下操作，設(shè)置安全柜獨立排風(fēng)，排風(fēng)經(jīng)過高效過濾器進行過濾處理。

④細胞培養(yǎng)及收獲間。細胞培養(yǎng)與收獲為核心工藝區(qū)，一般設(shè)置為D級區(qū)，主要設(shè)備為細胞生物反應(yīng)器（不銹鋼罐或一次性設(shè)備）。細胞生物反應(yīng)器需要進行嚴格的工藝控制，確保細胞增殖處于穩(wěn)定的環(huán)境。此生產(chǎn)區(qū)需要配套鋼平臺、種子間、清洗、滅菌、CIP站等功能間。目前細胞培養(yǎng)都在追求規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)都希望通過更大的規(guī)模來換取更大的利潤空間。多級細胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

⑤層析純化。該區(qū)域同樣是單抗藥物生產(chǎn)的核心工藝區(qū)，一般設(shè)置為C級區(qū)，主要設(shè)備為各類罐體和層析柱。區(qū)域內(nèi)需要配套裝柱間、清洗間、滅菌間、CIP站等功能間。純化工藝一般采用全封閉式管道系統(tǒng)，因為純化工藝都是直接和藥液接觸，需要確保工藝過程的無菌。純化工藝主要需要追求規(guī)模化、連續(xù)性和高效率。純化間層析系統(tǒng)。

⑥超濾與分裝。該區(qū)域一般為C級區(qū)，主要為超濾系統(tǒng)、層流系統(tǒng)、產(chǎn)品儲罐，需要配備清洗間、滅菌間、CIP站等功能間。超濾系統(tǒng)及原液分裝的層流系統(tǒng)。

(2)人物流設(shè)計

①盡量實現(xiàn)單向流

分別設(shè)計清潔物料和污染物料的進入口，人員進出通道和物料進出通道分開，不同區(qū)域的入口盡量分開設(shè)置，主要人流通道和物料通道盡量分開設(shè)置。人作為制藥廠房內(nèi)最大的污染源，我們需要格外關(guān)注人流通道的設(shè)計。

②合理的物流設(shè)計

大規(guī)模單抗生產(chǎn)車間中物料在車間內(nèi)主要以液體形式存在。培養(yǎng)基、緩沖液的配制、儲存和使用會涉及大量物料的轉(zhuǎn)運，如何合理組織物料運輸是物流設(shè)計的重點。為了充分利用重力流，我們在進行工藝布局的時候可以將工藝區(qū)域按照前后順序自上而下地進行布置。比如可以將緩沖液和培養(yǎng)基配制設(shè)置在3層，然后將細胞培養(yǎng)區(qū)域設(shè)置在2層，將純化超濾設(shè)置在1層。這樣物料的流向就可以保持從高往低處流動，不僅減少了阻力也減少了管道內(nèi)的料液殘留。如果平面設(shè)計是大平層設(shè)計，我們還可以考慮壓縮空氣壓料的方式進行轉(zhuǎn)運。通過合理的物流運輸途徑和物料方式選擇可以最大化的提高生產(chǎn)效率和節(jié)約能源。

③恰當(dāng)?shù)娜宋锪鞴芸卮胧?/p>

人物流的管控主要通過各類門禁、互鎖裝置來實現(xiàn)。為防止不同區(qū)域人員的交叉污染以及保證不會發(fā)生混淆差錯，門禁系統(tǒng)是必須使用。此外合理的互鎖設(shè)計可以有效的保證功能區(qū)避免外界污染。物流通道上可以設(shè)置電動門，由于物流通道經(jīng)常伴隨著小推車等出入，使用電動門可以很好的實現(xiàn)自動閉合而不影響通行，電動門還可以很方便的配合門禁系統(tǒng)使用。通過門禁系統(tǒng)的密碼管制，實現(xiàn)符合要求的操作人員進入關(guān)鍵區(qū)域，并可以追溯操作痕跡，限制非工藝人員進入。互鎖系統(tǒng)的控制面板可以安裝在門框上或者是在彩鋼板上嵌入式安裝，該面板可以顯示互鎖解鎖的倒計時時間以及對應(yīng)互鎖門的通行狀態(tài)。

(3)空調(diào)系統(tǒng)及公用工程系統(tǒng)設(shè)計

①空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計需要充分考慮風(fēng)量平衡（考慮工藝排風(fēng)的需求）、壓差梯度設(shè)置、氣流組織，不同功能區(qū)劃分為不同空調(diào)系統(tǒng)，有生物活性或者風(fēng)險較大的工藝區(qū)單獨劃分空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)房間內(nèi)布置生物安全柜時，還應(yīng)該特別注意生物安全柜的布置位置，生物安全柜應(yīng)安裝于排風(fēng)口附近，不應(yīng)安裝在氣流激烈變化和人走動多的地方，不應(yīng)安裝在門口。生物安全柜應(yīng)處于空氣氣流方向的下游?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計時還應(yīng)考慮不同的運行模式，例如工作模式、值班模式、消毒模式等。

②公用工程設(shè)計。單抗生產(chǎn)廠房所需的公用工程是比較復(fù)雜的，常見的公用工程系統(tǒng)包括：給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、采暖與空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等。生物制品車間一般需要設(shè)計地下室，用于放置廢水消毒滅活設(shè)施。公用工程的設(shè)計的重難點在于不僅要考慮當(dāng)下的車間需求還需要為以后產(chǎn)品擴能或者車間改建做好充分的預(yù)留。此外，在進行公用工程設(shè)計時盡量考慮采用管廊的設(shè)計方案，不僅美觀整齊，還便于施工和后期檢修。

3.總結(jié)

隨著單克隆抗體生產(chǎn)規(guī)模的急速擴大，生產(chǎn)技術(shù)也正在不斷完善，國內(nèi)很多領(lǐng)先的生物制藥企業(yè)已經(jīng)具備了國際一流的單抗生產(chǎn)線。但是，目前我國大規(guī)模單抗生產(chǎn)車間的設(shè)計和施工經(jīng)驗依舊欠缺，隨著生產(chǎn)設(shè)備的持續(xù)改進，自動化程度的不斷提高，產(chǎn)量不斷放大，對于廠房設(shè)施也提出了更高要求。我們應(yīng)該隨著產(chǎn)業(yè)進步，不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)，助力我國的單抗事業(yè)的蓬勃發(fā)展。