小奕说药 | 连续生产技术大幅降低早期临床阶段生产费用案例分享

奕安济世生物药 · 发表于 2024-4-16 10:15:23

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本帖最后由奕安济世生物药于 2024-4-16 10:16 编辑

随着生命科学基础研究的日益深入和生产技术的不断进步，以单抗、双抗和ADC等不同药物类型为代表的生物创新药研发，在过去的20多年里发展迅速，每年获批的新药中约三分之一为此类药物，并在肿瘤、自免、眼科和神经疾病等领域不断取得突破，发展前景十分广阔。

然而，抗体类生物创新药研发过程漫长而坎坷。科学家通过无数次筛选优化、精心挑选出候选蛋白分子后，接下来要进行临床试验的申报准备，包括工艺和质量研究、临床前药理毒理研究和临床试验样品制备。在临床试验样品制备环节，为了满足GMP监管要求和临床用量需求，通常要花费上百万资金采购昂贵的层析填料为1批GMP生产做准备。这些层析填料在产品商业化生产阶段可以使用100多次，但在早期临床阶段，由于生产批次只有1批次，利用率严重不足。此外，临床试验的成功率不到10%，也就是大部分项目的填料在1批生产结束后就不会继续使用，这是非常可惜的；少数有继续生产的项目，由于临床开展的时间较长，待生产再启动时填料也很可能因过期而无法使用。

总之，如何有效降低昂贵的填料费用是一个困扰行业多年的难题。曾经有研究人员尝试在不同项目间混用层析填料，但这个方案必然会增加受试者的安全风险，很难被监管机构认可。奕安济世通过多年对下游连续化生产制造技术的持续投入，不仅能够开发出高效、稳健的下游连续工艺，而且可以在符合GMP条件下实施连续生产。特别在IND和早期临床这个需求高度不确定的时期，连续纯化生产具备的小体积和高灵活性的优势，能够直接大幅降低填料采购的成本，实现了技术创新对行业实践的提升，从而更好地服务于创新型药物研发工作。

为什么说连续生产技术可以减少投入?

对于连续生产，尤其是工艺中引入连续层析步骤的半连续或全连续生产工艺，究竟能带来多大的经济效益，已经有不少文献有过报道[1-3]。这里以2015年发表的一篇文献为例[4]给大家具体介绍连续生产的经济效益。

图1. 完全连续抗体纯化过程

图2. 传统批次抗体纯化过程

表1. 不同工艺的运营和资本支出估算

为了了解连续工艺的潜在优势和劣势，将其与传统、成熟的生物处理平台进行比较。在该研究中，将500L反应器与连续捕获操作相结合，抗体生产的整个过程都是完全连续的，具体流程如图1所示。而传统抗体通常是在大型生物反应器和大批量纯化操作而建造的设备中生产的，因此传统平台使用10,000 L不锈钢反应器，然后是大直径色谱柱，具体流程如图2所示。应用专业的成本分析软件，估算了所有加工平台的设施费用包括运营支出和资本支出。结果如表1所示。通过比较同一分子在不同平台上的COGs，发现在转向ICB平台的过程中节省了大量成本。ICB设备可将运营和资本支出分别降低23%和47%。这些结果也与其他模型和实际经验相吻合，表明连续加工为生物制造带来了显著的优势。

图3. 连续流生产工艺和批生产工艺的运营(左)和资本(右)费用对比

为进一步了解ICB平台节约成本背后的主要驱动因素，我们将运营支出和资本支出分为上游和下游进行分析。结果如图3所示。就ICB平台的抗体生产而言，上游过滤器和培养基成本的增加主要是由于灌流系统的培养基消耗高于补料批次系统。然而，ICB平台的特有优势轻松抵消了这些增长。连续执行的单元操作可以大大缩小设备规模，比如：

（1）上游反应器减少；

（2）减少澄清步骤；

（3）中间储罐的缩小；

（4）连续捕获色谱的效率更高，直径大的色谱柱可由多个小的色谱柱取代；

（5）精纯过程膜层析取代柱层析等。

这些都直接有助于减少纯化设施占地面积，从而降低资本支出。上述运营和资本节省情况详细说明了连续生物工艺架构带来的效益。从根本上讲，这些效益与连续生产是密不可分的。

奕安济世的下游连续生产技术平台有什么特色？

杭州奕安济世生物药业有限公司（HJB）经过多年的摸索和沉淀，在连续生产技术开发和实施方面已经走在了行业前列，我们的优势包括：

近30年海外工作经验的科学家团队领导

持续多年、坚持不懈的投入和发展

数个实验室规模连续化下游生产工艺的开发

数十批GMP规模连续化生产的实施

特别是在抗体的亲和捕获方面，依托GMP级别的MCC设备（详见图4），我们可以稳健地实施连续化捕获➕批次式精纯。通过针对性的设计开发，该技术可以在大部分抗体项目上落地实施，从而将连续生产技术的成本优势带给更多客户。图5是该设备连续捕获生产期间MCC紫外运行曲线，该设备可实现连续上样，稳定运行。并且MCC连续捕获层析可以获得和传统批次层析质量可比的结果。同时奕安济世还开发了有效的清洁消毒程序，连续运行期间微生物可以得到有效控制(0 CFU/10mL)

图4. 一次性多柱连续层析设备Mobius®MCC

图5. MCC紫外捕获曲线(AI005/AI010/AI015柱后UV)

通过GMP连续亲和捕获生产，能够节省多少成本？

临床样品的生产量与预估临床剂量、临床计划密切相关，并需考虑工艺规模的可实现性和连续性。一般在IND申报和早期临床阶段，使用200L~1000L规模生物反应器进行生产，表达量约为5~10 g/L。我们假设上游500L规模，5g/L表达量，2500g待处理蛋白量（若更高将意味着更多的填料需求和成本投入），亲和层析载量为50g/L，对两种生产方式进行评估。使用常规的批次处理模式，需要1根直径40cm的色谱柱，柱高16cm，共需20L填料，每次进行3个循环亲和层析。而使用Mobius® MCC在灌流收获的同时不间断进行捕获仅需3根直径10cm的色谱柱，柱高12cm，共2.8 L填料就能处理所有的蛋白。每次捕获3根层析柱各进行18个循环亲和层析。相对于批次处理模式节省填料约17L。假设填料单价为10万/升，那么可以节约填料成本约170万元。

表2. 传统批次生产和连续流捕获生产对比

如表2所示，相比于传统批次捕获，连续捕获层析带来了如下的优势：

（1）节省86%的蛋白A层析填料。一般产品的早期临床生产批次相对较少，传统批次生产模式可能会导致树脂的使用时间只达到其功能寿命的一小部分。连续捕获层析相较于与传统批次捕获可以极大的提高填料的利用率，其循环次数是传统批次的6倍。

（2）减少HCCF储存时间。对于纯化稳定性较差的蛋白，缩短的工艺时间有助于确保蛋白的稳定性，连续捕获层析可以很好的处理这类产品。

（3）节省亲和捕获填料成本上百万。采用亲和连续工艺进行生产规模的抗体药物生产，在IND申报和早期临床样品制备时，可以大大节省填料成本，避免不必要的资金消耗。

总结

连续化生产工艺必然成为未来生产模式的重要选项，具有提高质量、降低产品成本、投资少、灵活的优势。杭州奕安济世生物在亲和连续流工艺研究方面已经建立了成熟的平台，并成功运用到生产规模，将多个项目由批次改为连续生产，积累了丰富的放大经验。并且正在推进连续化工艺在生产中更广泛的应用。

参考文献

[1] Zydney L Andrew. Perspectives on integrated continuous bioprocessing opportunities and challenges, Current Opinion in Chemical Engineering 2015, 10:8–13

[2] Schembecker, et al. "Cost evaluation of antibody production processes in different operation modes." Chemical Engineering Science (2016).

[3] Mahal Hanna et. al, End‐to‐end continuous bioprocessing: Impact on facility design, cost of goods, and cost of development for monoclonal antibodies, Biotechnol Bioeng. 2021; 118:3468–3485

[4] Walther Jason et. al, The business impact of an integrated continuous biomanufacturing platform for recombinant protein production, Journal of Biotechnology 213 (2015) 3–12