Cytiva技术总监专访：提高上游工艺开发效率的见解和方法

　　近期，特邀Cytiva 战略性上游技术总监 Andreas Castan 博士回答了一些关于工艺开发和放大的问题。

Ashok Mishra 博士

Cytiva 战略性上游技术总监

　　问：工艺开发的工作流程是什么样的，工艺开发人员应该关注哪些重要的领域？

　　答：工艺开发为可持续生产工艺奠定了基础。工艺开发的起点是对产品特性的了解。

　　比如对细胞是稳定的，不稳定的，还是有毒的？这些知识将帮助您在两种主要工艺模式之间做出选择：补料培养开发或连续培养开发。

　　工艺开发工作从细胞系开发开始。良好的高产细胞系应能够保持稳定，并且生产出所需质量属性的产品，这对于工艺至关重要。

　　让我向您介绍一个典型的工作流程，从细胞系开发到工艺开发，再到毒理学研究材料的中试生产（毒性供应）。图1说明了执行了什么活动、分析焦点、有多少克隆可以进入工艺开发的下一阶段，以及应用了多少培养量。

　　单细胞克隆后，主要以微量滴定的形式评估克隆的滴度。最好的克隆被转移到深孔板的下一阶段。还可能筛选产品质量。

　　接下来，将相关数量的克隆转移到小规模补料培养开发中，以评估平台适合性，例如乳酸盐特性、补料兼容性和剪切耐受性。该阶段可以在微型生物反应器中进行。只有少数克隆会进一步进入完整工艺开发，在搅拌罐生物反应器中评估全部产品质量。在完整工艺开发阶段，研究p H值、补料和补糖策略、通气策略等参数。

　　图 1：细胞系开发和上游工艺开发中的工作流程。

　　您应该在开发的早期阶段考虑工艺强化。工艺强化应该关注工艺中的瓶颈。工艺强化的例子有N-1灌流、高细胞密度和高容量细胞库，以及生产生物反应器中的混合工艺。您的目标是始终提高工艺的容积生产率，即在更小的生物反应器中，在更短的时间内生产更多的产品。

　　完整工艺开发的结果是一个完全开发的克隆。该克隆用于生产主细胞库(MCB)，并放大到中试规模以生产用于毒理学研究的材料。

　　除了细胞系和工艺开发，细胞培养基和补料的选择也是高产工艺的关键。

　　我的建议是，将工艺开发活动集中在来自目标分子的要求上，并利用平台技术，例如，用于补料培养和灌流的培养基平台，以加速开发。

　　问：从小规模培养转移到更大工艺的主要目标是什么？以及应该考虑哪些挑战？

　　答：当开始小规模的开发活动时，应始终牢记自己想要实现的结果。在早期阶段，需要获得关于试点、药品生产质量管理规范 (GMP) 和商业工厂的信息。这些信息与工厂设备和员工相关。还应该尽早了解生产策略，例如，生产是在内部进行还是外包给合同制造组织 (CMO)？图2展示了产品从早期研发到工艺开发再到生产的过程。

　　图 2：在从产品开发到商业生产的所有项目中，工艺放大是一个给定的步骤。

　　当从工艺开发转向中试或临床生产时，无论运行的是补料培养工艺还是灌流工艺，都存在巨大差异。培养基准备能力也是一个需要考虑的重要因素。此外，还需要计划上游工艺如何连接到下游。例如，需要知道收获材料是以何种节奏生产的。了解预计的材料需求将有助于确定临床和商业生产的规模。

　　在工艺开发中设计工艺时，应该考虑的其他事项包括：

• 　　在工艺开发中做出的战略选择将长期影响可生产性。

• 　　工艺设计的复杂性应该与员工的技能相适应。尽可能简单地设计工艺。

• 　　传感器技术和自动化在GMP环境中的可扩展性和可移植性非常重要。选择适用于生产的技术。

• 　　应考虑影响可生产性的因素，例如补料量、工艺持续时间和工厂调度因素。

• 　　细胞培养基系统的质量，例如稳定性和易于制备和储存，也是易于生产的重要因素。

　　问：您会考虑用什么策略和工具来放大到生物反应器？

　　答：对于生物反应器，需要为更大的规模找到合适的操作参数，以确保充分转移氧气并去除 CO2 。这一工艺被称为工艺放大战略。应考虑工艺开发过程中需要考虑的大型生物反应器的能力和局限性。在工艺开发中，需要考虑的大型生物反应器的能力和局限性是什么？换句话说，如何在一个与更大规模的设计空间重叠的设计空间中开发一个小规模工艺？若要确保小规模和大规模设计空间的重叠，需要建立一个按比例缩小的模 型（图 3）。

　　图 3：使用已建立的扩展模型有助于放大规模和缩小规模。

　　放大和缩小模型都需要在多维设计空间中进行研究，多维设计空间由搅拌、喷洒器几何形状和气体流速来描述。需要工具来确保在不同规模间充分传输氧气和去除 CO2。一些公司根据经验制定缩放策略。其他公司则使用基于电子表格的工具来指导他们。Cytiva开发了一种生物反应器定标器，可帮助您建立合理的缩放策略。

　　问：您对开发新工艺的人有什么建议？

　　答：再次强调，牢记最终目的（即最终的生产工艺）非常重要。

　　首先，需要了解您拥有的产品类型的含义，以及您的工厂或CMO可以运行什么类型的工艺。细胞系决定了总生产力，在细胞系开发工艺中，应在此方面进行投入，并准备一些克隆进入最后的工艺开发。尽可能使用平台技术，例如培养基和补料、一次性生物反应器和自动化解决方案。在早期阶段考虑工艺强化选项，这对工艺和工厂都有意义。开发一个工艺并建立缩小规模的模型，以便于以后放大规模。记住所有这些，您就会处于开发成功生产工艺的有利位置。