近日，姚明生物科技首席技术官、执行副总裁周伟昌博士在专业期刊发表观点文章，介绍了连续生产工艺、一次性生物反应器等新兴技术在推动未来生物技术发展中的作用，分享前沿见解。以下是一些绝妙的想法：

自1986年首个单克隆抗体(OKT3)获批上市以来，FDA已批准了100多种抗体治疗产品，包括单克隆抗体(mAb)、融合蛋白、抗体偶联药物(ADC)和双特异性抗体(bsAb)。

尤其是2014年以来，获批的抗体药物暴增。市场上有70多种产品，包括肿瘤坏死因子- (TNF-)、抗PD-1和抗PD-L1抗体等。并且经常使用重型药物。2021年，全球生物制品销售额预计将超过3000亿美元1，2。近年来，生物制品开始在全球药品销售清单中占据主导地位。例如，2021年前9个月，销售额前20名的药物中有13种是生物产品，包括2种mRNA新冠肺炎疫苗和10种抗体产品。

生物制品的结构非常复杂，通常由活细胞产生，需要多个工艺步骤进行纯化。其关键特征，即关键质量属性(CQA)，可能因细胞或后续生产过程中发生的翻译后修饰而有所不同。所以过程决定产品，基本上可以说“产品就是过程”3。

回顾生物制药行业过去几十年的发展，虽然仍面临诸多技术和监管挑战，但该行业在生物制品原液和制剂的生产技术和分析方法开发、满足大量临床需求、挽救众多患者生命等方面取得了巨大成就。

随着创新生物制药的不断涌现，如何在保证质量一致性的前提下加快产品上市，尤其是应对日新月异的新冠肺炎疫情，对行业提出了考验。以下挑战正在推动生物技术的创新，为以经济高效的方式确保产品质量和稳定供应带来新的方向：

加快产品从概念、临床试验到商业化的进程。

新冠疫情爆发以来，行业反应迅速，通过多方合作，加快了多种疫苗(包括两种mRNA疫苗)和生物制药(包括多种抗体)的研发和生产。

新冠肺炎抗中和抗体产品的开发涵盖DNA序列设计、新药临床试验申请和上市审批。为了加快这一进程，业界采用了不影响产品质量安全的一体化革命性技术方法：将从DNA到IND的申请时间缩短至3至6个月，14个月内完成新冠肺炎中和抗体从DNA到紧急使用授权(EUA)的流程。仅在几个月内，就产生了数千公斤的抗体，用于世界各地患者的临床治疗。

最近，新冠肺炎治疗药物的研发达到了前所未有的速度，这可能会拉开生物制品研发改革的序幕，加速开发进度将成为未来生物技术发展的重要特征之一。除了继续应用创新技术缩短研发时间外，生物技术发展还将进一步聚焦于降低生产成本。更新更小的“未来工厂”

——一体化连续生产工艺、一次性生物反应器和高度数字化、自动化的综合应用，不仅将提供更大的灵活性、更高的产量和更有效的空间利用率，还将降低生产成本。

新冠肺炎疫情带来的生物技术变革也将有助于研发其他更复杂的生物产品，如抗体偶联药物和双特异性/多特异性抗体。从新冠肺炎疫苗和生物制品的快速研发中获得的知识和经验也将更直接地应用于其他严重疾病的新疫苗和治疗性生物药物的研发。未来，研发新v

自从治疗性生物产品问世以来，为了提高生产率和效率，生产细胞系的选择策略不断改进。这些最新发展使得该行业有可能在短短三个月内重新制定化学、生产和控制(CMC)战略，并生产用于临床试验的产品。

DNA合成前的密码子优化是实现高蛋白质表达水平的常用方法。该算法基于使用特定宿主细胞系的特殊密码子和密码子对，可能比基于通用密码子数据库的算法更有效，有助于提高蛋白质在特定宿主细胞系中的表达水平。此外，由于该策略对转染细胞系的瞬时转染和稳定表达系统都有效，定制密码子的优化也有助于整个研发过程。

随着CMC多年来的加速发展，从细胞群体中获得的蛋白质材料在毒理学研究中的应用已被世界上越来越多的监管机构所认可。因此，选择CQA的最终克隆非常重要，这是一种类似毒理学研究蛋白的产品。需要强调的是，基于下一代测序(NGS)的cDNA被用于从早期研发中使用的细胞群体中快速筛选出没有任何序列变异的克隆，而不是基于液相色谱-质谱的肽图分析。克隆筛选时，可以同时进行细胞系稳定传代，进一步缩短研发时间。

在复杂生物制药分子的研发过程中，通常会发生重组蛋白的截断或切割，这也给下游的纯化过程带来了挑战，也可能导致产量的下降。在细胞系选择的早期，通常使用分批补料来选择剪切较少的克隆。这再次证明了在研发初期对产品和工艺进展的深刻理解；d有助于后期节省大量的时间、成本和精力。

更广泛使用的连续生产工艺和一次性生物反应器。

未来，连续生产技术将逐步广泛应用于单克隆抗体、双抗体、融合蛋白、重组蛋白等各类生物药物的生产。这一应用也反映了行业的发展趋势——满足人们对更高质量、更高产量、更易获取的生物产品的日益增长的需求。

在上游技术方面，灌注培养已广泛应用于临床和商业批量生产。与流加培养相比，灌注培养在产量、质量、灵活性和性价比方面具有明显优势。由姚明生物自主研发的先进灌注培养系统——如超高效连续生产技术平台(WuXiUP)——可以将几种技术结合起来

乎所有类型生物药生产中的细胞密度和产量较流加培养提高 5 至 10 倍。此外，连续收获可缩短产物在生物反应器中的停留时间，从而改善产品质量。

药明生物超高效连续生产技术平台 WuXiUP (TM)

随着一次性生物反应器、流穿层析和单向切向流过滤等技术的进步，连续生产技术已经在小试或中试规模成功实现连续下游工艺。然而，全行业在大规模应用上的投入却略显滞后。

采用自动化稳态灌流培养、不含细胞的连续收获和延长产物收获周期等技术，使连续生产上游工艺在产物表达水平方面取得了巨大进步。相应地是，在大规模生产中还需提高连续生产下游工艺产量 5。

人用药品技术要求国际协调理事会（ICH）发布了一份关于原液和制剂连续生产的指导原则（Q13）草案 6，目前正在对这份草案进行评审。业界普遍认为该草案将鼓励连续生产工艺在生物制品研发和生产中的应用，而连续生产工艺很大程度上取决于部分或完全一体化的下游工艺单元操作。

对于这两种连续生产下游工艺方案，一个可预见的瓶颈是缺乏高性价比的现成或定制的过程分析技术（PAT）工具以及用于过程监测和实时控制的自动化系统。在仪器和自动化控制解决方案供应商、学术界、工程师及整个生物制药行业的协作努力下，该技术瓶颈有望在不久的将来得到突破，从而让完全一体化连续生产下游工艺得到更广泛的应用。

细胞系开发策略日趋先进，细胞培养基不断优化，因此细胞培养产物表达水平得以不断提高，占地面积较小的生物反应器的需求也随之增加。再加上连续生产工艺，这些将进一步促进一次性生物反应器的普及。

扩大一次性技术在其他环节操作中的使用，如引入一次性切向流深层过滤系统和一次性离子交换膜层析装置，可实现完整的一次性生产工艺。一次性技术也使得生产工厂的新型设计成为可能，例如采用模块化生产单元，从而提供灵活的产能，缩短产品上市时间，不同产品间的灵活转换，同时也可最大限度减少交叉污染。

目前，强化型连续生产技术已经成为显著发展趋势，这将有望提高采用这些技术所实现的产量。完全连续生产工艺可通过整合和协调不同单元操作工艺来实现，以最大限度缩短间隙时间和提高产能。采用连续生产工艺，也将减少大批量生物制品生产所使用设备的占地面积，并降低整体资本投入。

其他生物工艺进步还包括在大规模生产工艺中实施自动进料、自动采样和最小化管路装配，以实现更大规模的工艺控制，从而获得更稳健的性能和产品质量。大规模生产中采用过程分析技术（PAT），如拉曼光谱，以及其他在线检测方法，可实现重要工艺参数和性能的实时检测和控制。

与毛细管电泳（CE）和高效液相色谱（HPLC）相比，基于多肽的多属性方法（MAM）等其他新型分析技术具有更高的灵敏度和产物选择性。此外，表面等离子体共振（SPR）和生物层干涉（BLI）等新兴技术可加强产品放行中的工作流程。

应用 PAT 工具有两项主要优势：快速决策和先进的过程控制。现在行业内已开发多种 PAT 平台，可用于在线监测连续性生物工艺过程中的产物聚集化和碎片化度 7，以及自动控制活细胞密度 8，这有助于开发更好的工艺，并加快 CMC 开发进度。

新一代抗体类药物工艺发展趋势

由于分子结构的复杂性，双抗和抗体偶联药物等新型生物药的工艺开发具有一定挑战性。随着全球抗体偶联药物研发产品线快速增长，业界对完全一体化的抗体偶联药物技术平台服务的需求愈发强烈，以支持从 DNA 到 IND 过程中的工艺开发和产品生产等环节。生物偶联药物的研发和生产不仅需要这些完全一体化的抗体偶联药物技术平台，也需要抗体、连接子和偶联技术等相关服务。除缩短 DNA 到 IND 的时间，一体化的抗体偶联药物技术平台还具有降低开发过程中的风险等优势。对这些技术平台的需求，也反映出研发企业对偶联工艺稳健性和药物-抗体比（DAR）控制的更多关注。

偶联技术涉及各种连接子机制以及不同的有效载荷、偶联化学品、偶联位点和药物-抗体比。所有方面的多样性也增加了生产过程中的可变性，使纯化工艺和对抗体偶联药物结构和效价的分析过程变得复杂。在过去数年里，抗体偶联药物研发企业在改善这些复杂药物的可开发性、可生产性和功能性能等方面取得了重大进展，但在将这些药物模式推向更精简的研发过程中，仍然面临一定挑战。为应对这些困难，生产企业需要采用更高水平的分析方法。

在双抗生产过程中，链错配、链表达不平衡和组装不完全等工艺过程中产生的相关副产物对下游纯化工艺提出了相当大的挑战。为帮助生产企业处理不同种类及含量水平的副产物，研究人员提出了一种基于工具箱的双抗纯化方法 9。

除了为双抗量身定制的下游方法外，灌流细胞培养还可以显著提高双抗的质量（例如，通过提高单体的百分比，其以 Caliper 或者毛细管等电聚焦分析确定）。因此，相比传统的补料分批培养，灌流细胞培养是更好的选择方法 10。本文所讨论用于双抗研发的下游和上游策略也可应用于多特异性抗体研发。

尽管生物制品研发仍然存在相关挑战，尤其是抗体偶联药物和双抗等新型和复杂的药物分子，但业界已通过新型分析工具、高通量矩阵驱动的实验设计来应对这些挑战。相对于多年以前，得益于以药明生物为代表的更加全面、一体化和单一来源的生物技术赋能平台，以及吸取抗击新冠疫情中生物药研发的相关知识经验，企业将更快实现研发出性价比更高的治疗性生物药和疫苗。

参考文献

1. Business Research Company. Global Pharmaceuticals Opportunities and Strategies Market Report. Available at:https://www.thebusinessresearchcompany.com/report/pharmaceuticals-market.

2. Research and Markets. Global Biologics Market Opportunities and Strategies Report 2020: COVID-19 Impact and Recovery—Forecast to 2023, 2025 & 2030; 2021. Available at: https://www.prnewswire.com/news-releases/global-biologics-market-opportunities-and-strategies-report-2020-covid-19-impact-and-recovery---forecast-to-2023-2025--2030-301223015.html.

3. BIO. How do Drugs and Biologics Differ? https://archive.bio.org/articles/how-do-drugs-and-biologics-differ.

4. Zhang Z, Chen J, Wang J, et al. Reshaping cell line development and CMC strategy for fast responses to pandemic outbreak. Biotechnol. Prog. 2021; 37(5): e3186.

5. Zhou H, Fang M, Zheng X, Zhou W. Improving an intensified and integrated continuous bioprocess platform for biologics manufacturing. Biotechnol. Bioeng. 2021; 118: 3618–3623

6. European Medicines Agency. ICH guideline Q13 on continuous manufacturing of drug substances and drug products. Draft version endorsed on 27 July 2021.

7. Liu Z, Zhang Z, Qin Y, et al. The application of Raman spectroscopy for monitoring product quality attributes in perfusion cell culture. Biochem. Eng. J. 2021; 173: 108064.

8. Chen G, Hu J, Qin Y, Zhou W. Viable cell density on-line auto-control in perfusion cell culture aided by in-situ Raman spectroscopy. Biochem. Eng. J. 2021; 172: 108063.

9. Li Y, Wang Y, Shen K, Zhou W. A roadmap for IgG-like bispecific antibody purification. In: Matte A, ed. Approaches to the Purification, Analysis, and Characterization of Antibody-Based Therapeutics. Elsevier; 2020: 167–179.

10. Qin Y, Ma R, Li Y, et al. Productivity and quality improvement for a bispecific antibody through the application of intensified perfusion cell culture. Unpublished data, 2021.