小奕说药 | 连续下游工艺的应用实现降本增效

奕安济世生物药

在生物制药行业，稳健的下游纯化工艺是生产过程中产品回收率和质量的重要保障。但随着生产规模的放大，上游灌流细胞培养技术的成熟，抗体产量的激增，下游纯化的压力越来越大，纯化工艺的一次性投入显著提高，尤其是早期在大规模的生产设备和层析填料的成本。而且传统的批次纯化工艺工序多，持续时间长，生产效率低。因此，实施连续或半连续的下游工艺来进行工艺强化，可以显著降低成本并提高生产效率。

   

图1. 连续流生产工艺和批生产工艺的运营和资本费用对比

杭州奕安济世生物药业有限公司（HJB）和默克展开了战略技术合作，双方共同开发了行业首创的、支持GMP生产的一次性连续流穿精纯设备（Flow Through Polishing，FTP），同时结合默克开发的一次性多柱连续层析设备（-Mobius® MCC）以及层析膜，有效实现了连续化纯化工艺的放大应用。

图2. 奕安济世连续流整体工艺路线

一、Mobius® MCC的优势和应用

与传统的批次工艺相比，多柱连续层析技术（MCC）采用多根层析柱，通过上样、淋洗、洗脱、再生之间交替进行纯化。多根层析柱的使用实现了不间断上样，柱子过载后，饱和的料液流入下一根柱子上，可以大大提高层析填料的载量，减少层析介质和缓冲液的用量，缩短工艺时间，节约生产成本。

图3. 一次性多柱连续层析设备Mobius® MCC

奕安济世的上游灌流平台具有极高的产能，产率可达7 g/L/天，300L规模反应器持续收获20天，使用常规的批层析模式，即使每4天进行一次亲和捕获，至少需要32L填料进行5次独立的亲和层析捕获，每次处理近16小时，收集袋的切换导致的硬件占用与袋子的损耗，操作和运营压力较大。而使用Mobius® MCC在灌流收获的同时不间断进行捕获仅需3*3L填料就能及时处理所有的蛋白，在提高产品稳定性的同时提高生产效率。对于单批次灌流生产，MCC模式下循环次数是传统批模式的3.5倍，能够显著地提高填料使用率。更低的一次性投入以及更高的填料使用率更加适合现代生物制药工厂灵活的生产周期。

表1. 300L灌流下传统批次生产和连续流捕获生产工艺对比

表2可见，在下游纯化过程中，与传统批次生产模式相比，MCC模式下的整体收率，与所得产品SEC纯度，HCP和蛋白A残留也均是可比的。如果是对于细胞澄清收获液不稳定的产品，MCC能及时地处理收获液，缩短其中间品储存时间，更好地保证产品质量。

表2. 传统批次生产和连续流捕获生产质量数据对比

*以Batch模式的参数为基准。

二、Natrix® Q膜层析的应用

阴离子交换层析是单克隆抗体(mAb)病毒清除的重要流程。传统的精纯填料层析柱由于通量限制通常容易过量放大，提高运营成本，不适合灵活的放大生产。Natrix® Q是一款阴离子层析膜，其高官能团密度和开放式结构克服了病毒清除方面的这些限制，每批使用合适尺寸的层析膜具有更高的成本效益，也更加贴合连续流纯化工艺的设计需求。

奕安济世对阴离子步骤进行工艺优化，从传统填料改为使用Natrix® Q膜，由于载量从200 g/L提高到至少10 kg/L，使得原本需要15L阴离子填料只需要两个0.115L的层析膜便能实现。虽然层析膜的使用寿命要短于填料，但是由于其一次性投入低，即使其商业化成本会有所提高，仍然远低于同规模层析填料的成本。

图4. Natrix® Q的工艺放大成本分析

对于Natrix® Q在病毒清除方面的能力，奕安济世也在CRO公司进行了spike验证。在pH8.0条件下，随着载量提高至10 kg/L，Natrix® Q膜对于嗜异性小鼠白血病病毒（X-Mulv）的清除能力始终在6LVR以上，证明其病毒清除能力是十分有效且稳健的。

图5. 不同载量下Natrix® Q对X-Mulv的去除能力

三、FTP的设计和连续化精纯的应用

下游纯化精纯步骤较多，涉及中间深层过滤、多步层析、病毒过滤，连续流工艺能使多个步骤同一时间进行,生产效率显著提高。FTP设备通过传感器自动识别上样结束和切换流路连续上样；不同工艺间用缓冲罐反馈调节流速，保障工艺不间断持续运行。FTP应用的另一关键是连续的工艺操作对工艺一致性和稳健性的保证。通过对连续化精纯工艺的缩小验证，工艺表征并确定其工艺操作范围也是重要的一环。

图6. 一次性连续流穿精纯设备FTP

经过详细的工艺确认和反复的设备测试，奕安济世已经能够在FTP设备上熟练运行连续精纯操作，成功地将原本至少需要4天的生产时间缩短至30小时，能释放>50% 的下游精纯能力，同时精纯填料的投入也能减少约40%。图7所示，在显著提高了产能的同时，由连续精纯所得的产品SEC纯度和HCP残留与batch模式相比也基本一致。

图7. FTP连续精纯工艺下与传统批纯化工艺的产品质量

FTP的应用可以实现一条下游精纯管线匹配多个收获-捕获模块的高效生产模式，小巧灵活，产能极高。

四、总结

连续流纯化工艺的应用可以提高工艺自动化水平，减少生物制药的生产成本同时提高生产效率和产能，通过多柱层析捕获提高填料使用率，从而减少填料的一次性投入。通过膜层析工艺的应用替代精纯填料的使用，简化工艺并提高载量；而连续流精纯设备的应用可以将多个纯化工艺步骤串连着同步进行提高生产效率和产能。应用过程中，选择纯化工艺适配连续流设备，并筛选合适的层析/过滤介质、产品可以有效地减少工艺复杂性，并优化工艺开发，进一步提高下游纯化工艺的高通量和收率。

参考文献

[1] Jason Walther, Rahul Godawat, Chris Hwang, Yuki Abe, Andrew Sinclair, Konstantin Konstantinov. The business impact of an integrated continuous biomanufacturing platform for recombinant protein production, Journal of Biotechnology, Volume 213, 2015

[2] Kaiser, Alejandro, A. Ruggiero, Ashley Reeder, et al. Continuous bioprocessing control and connectivity, Biophorum_ June 2023

[3] Tosoh Bioscience. Benefits of Using Continuous Chromatography for mAb Purification, BioPharm International Sponsored eBooks-05-16-2023, Issue 1

[4] Natrix® Q Chromatography Membrane Quick Selection Guide

唐e3phf8pp

霧月星祥 发表于 2023-9-13 10:41
这是卖设备的？

这公司好像是提供技术服务的，类似CDMO

奕安济世生物药

唐e3phf8pp 发表于 2023-9-13 11:10
这公司好像是提供技术服务的，类似CDMO

感谢您的关注

奕安济世生物药

唐e3phf8pp 发表于 2023-9-13 11:10
这公司好像是提供技术服务的，类似CDMO

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奕安济世致力于为客户提供单抗、双抗、纳米抗体、重组蛋白、ADC、siRNA等多种分子开发及生产服务。奕安济世具备细胞系开发、工艺开发、分析和制剂开发、质量标准、稳定性研究、临床前及临床样品生产、商业化生产等全流程能力，并通过技术创新及连续化生产，极大加速开发进程和降低生产成本。目前，奕安济世在杭州拥有工艺研发中心及符合中欧美cGMP标准的生产基地，能够为客户提供从DNA到BLA的完整一站式服务。此外，奕安济世还可以提供siRNA和ADC药物方面的众多服务。