一次性技术在生物工艺:他们能走多远?

一次性的影响或“一次性”的生产设备已经不可磨灭的,广泛的疫苗和治疗性蛋白质。严格地说,一次性生物工艺(子)是指船舶、管道和活跃的消耗品,过程流体接触一次,然后丢弃。在最纯粹意义上子取代不锈钢或玻璃与塑料。在实践中,一次性哲学已经将一些产品的完全可用的形式或bioprocessors雇佣数而不是一个。

“最进步的一次性生物制造,充分采用,显然已经被上游,”罗恩·雷德指出BioPlan高级主管、技术研究协会(马里兰州罗克维尔市)。“除了大微生物发酵和规模超过2000公升上游处理可以实现完全与一次性设备,和很多选择在不同的技术,生物反应器设计和供应商。但下游净化仍有许多空白,一次性设备不适合或最优”。

“单位过程继续拖延最落后的采用一次性系统填写并完成操作。几乎没有任何复杂的硬件用于生物制药fill-finish是一次性的,和有可能一次性fill-finish设备,即使只有有限的产品接触表面,可能永远不会实用。如果有什么区别的话,机器用于fill-finish,如新一步无菌blow-fill-sealing,越来越高科技和机械复杂。”

采用增量

子出现在认真在1990年代末,当生物技术公司,认识到广泛使用的血液制品和药品塑料包装,开始实施聚合物对低风险为操作,比如缓冲容器准备和举行。创业公司开发了生物工艺包,更换玻璃或较大的不锈钢器皿,后来引发了行业用于无菌连接器、阀门、管材。

事实上,最大的一次性产品成功,产品市场占有率最高,油管和过滤器,现在几乎总是一次性品种。塑料管材也普遍用于不锈钢设备,而现在几乎所有的过滤器是一次性,没有选择回收。

到2000年代早期尺度从台式上升到试点全面生产,2000升容量。大型供应商获得一次性创业开始强调整合一次性生物反应器与其他单元操作的初期(和仍然有用)“混合动力系统”词汇出现。同时,实际产品单克隆抗体滴度尤其是上升约10倍,从而使生物工艺包的大小限制争议对于大多数产品,至少到中试规模。

子的成功,及其未来发展的制造技术,源于其near-elimination没有附加值的活动,包括色谱柱填料但特别特别繁琐,费时,昂贵的,高度管制的清洗和清洁验证fixed-tank生物反应器和饲料。产品交叉污染变成了一个过去的事情和病原体的威胁时,大大降低设备使用一次,然后丢弃。

为一次性生物反应器的经济学use-and-toss而使用,清洁,验证,和重用已经充分证明,现在被广泛接受的。多产品设施的崛起,合同制造和外包产品开发另外创建了一个环境,速度和灵活性,难以实现fixed-tank设备——溢价。

鉴于一次性处理的证明经济和运营效益,几个唠叨问题仍然存在,设备供应商和最终用户:我们能走多远?单元操作的一次性塑料仍然是一个问题吗?我们期望进一步大幅在哪里可以改进吗?哪些流程步骤对一次性绝望的原因?

价值的因素

高级副总裁斯蒂芬·施密特博士过程科学和生产性质Biotechnologie (Laupheim、德国),将一次性的操作组件分解成成本、质量、时间,和安全。可以设想一个模型,“价值”比施密特的最高一级的四个因素。

虽然明显提倡一次性,施密特通知一些能力差距。“我们还没有达到完全满意反应堆微生物过程,”施密特告诉技术网络。188金宝搏备用与曝气”问题仍然存在,混合和散热。但也许这并不是完全相关,随着微生物过程比哺乳动物的流程和时间要短得多的选项与胞内表达系统包括包涵体。”

发酵持续天,细胞培养需要几周。连续的细胞培养——一个操作,在很大程度上依赖于一次性设备可能会好几个月了。

施密特还在继续:“其他需要改进的区域下游单元操作。这里仍然不是所有几何图形、维度和树脂的列可以在更大的规模。色谱打滑和切向流过滤设备,两个名字,也不可用体积感兴趣的尺度。“另一个不足是生物处理传感器,在可支配格式,缺乏测量范围、精度和鲁棒性。

主管Andrew Bulpin过程解决方案战略营销和创新,MilliporeSigma,评论另一个不足,传感器用于监视和控制生物反应器,作为启用一个重要的“重大差距”一次性趋势:“作为我们的工业走向连续加工,灌注生物反应器系统,包括一次性细胞保留设备集成控制和自动化,”将“创新”的区域和重点MilliporeSigma。“一次性仍然是一个相对年轻的技术,所以我们相信这些需求,将可以解决。”

同时注意一些一次性的应用程序是如何变成例行公事的设计和采用,Bulpin指出,“仍然有需要改进的地方在标准化和交付这些一次性产品的性能。“MilliporeSigma解决这个需要通过其莫比乌斯®路上,投资组合,它允许用户定制一次性系统从一个组件库和承诺产品交货期仅六周。

总的来说,Bulpin表示乐观。“一次性采用有一些反对者,包括细胞银行需要极低的温度,和操作涉及高压力和流量,例如某些色谱法和超滤过程。改善材料的建筑和一次性泵和系统设计,这些应用程序也可能转换为一次性使用。”

大过程建立在可支配2000升的生物反应器,与适当大小的净化、缓冲和媒体处理系统是常见的。实现更大的能力包括添加额外的2000升生物反应器而不是增加生物反应器的大小。“如果对系统需求开发过程超过2000公升的细胞培养液,一次性技术的创新需要满足流量,过程时间,过滤设备尺寸,和其他工艺参数在这个规模,“Bulpin说。

固有的局限性

微生物发酵是一个一次性的支持者失望。最大氧转移率可实现塑料生物反应器微生物过程是有限的,是最大的可实现的冷却能力。”也在这种情况下,大多数供应商都没有可靠的科学证据当问及氧转移速率时,或者当他们的系统经验最大摄氧率,同时测量控制溶解氧高于零,”迭戈Schmidhalter说,博士,微生物生物制药研究与技术主管Lonza制药和生物技术(瑞士巴塞尔)。

Schmidthalter指出,“供应商把大量精力一次性路径色谱系统的发展。“但是,由于纯化树脂的高成本,色谱法将可能是最后一个应用程序,其中一次性捕获任何伟大的程度。用户传统更新列和重用,这本身就是一个昂贵,耗时的运动。

下游蓝调

从Schmidthalter的角度来看,一些单元操作已达到一个舒适的现状对一次性塑料。这些包括细胞培养接种体扩张和产品/缓冲袋,这表明“小改善随着时间的推移,虽然内置(一次性)传感器将是一个优势。”

但下游生物工艺的性质和要求,再加上色谱媒体的高成本,阻碍了一次性净化技术。十年前一个小数量的供应商提出一个想法,elute-and-toss可能具有成本效益的在某些情况下甚至对昂贵的凝胶,蛋白亲和捕获树脂等运行大约€15000 / l。这个想法从真正的一次性“单一的活动,”扩展树脂使用几个生产相同的产品,与很多之间的清洁。

连续色谱法,特别是变化模拟移动床(SMB)概念,方法的目标利用树脂几乎饱和一次性通过,因此降低总体树脂消费。

Schmidthalter也看到一些潜在的死角。“Reasonably-performing一次性离心目前只能限制哺乳动物生物工艺能力,和一次性离心细菌细胞是不见了。“同样,高性能过滤系统缺乏对哺乳动物和微生物发酵超过一定的生物量。Schmidthalter甚至说“没有迹象表明1000 - l规模一次性生物反应器处理高细胞密度微生物重组生物制药的生产。“此外,现有油管的刚性限制可行流,可支配泵头的技术不能被利用。

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材料一次性的建筑材料——可滤取的和可榨出的值得单独治疗成为限制因素对产品涉及更多经典有机化学,如抗体药物配合。聚合物薄膜之间的吸引力及亲脂性的媒体组件如胆固醇成为进一步限制。

营销计划领袖垫Gruvegard下游生物工艺在通用电气医疗集团(乌普萨拉,瑞典)对下游人们更多的希望,尤其是对色谱法和过滤。”列是扩大为各种过程的尺度,提供灵活性和现代色谱树脂提供更高的约束力的容量和流量吞吐量,因此更大的生产力。“大列格式,他说,“将使biomanufacturers端到端一次性过程列车1000和2000升的生物反应器的尺度,使高效的生产批量制备以及总体流程时间。”

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此外,色谱系统一次性flowpaths已经存在好几年了,和改善了与梯度等增强功能。“自动过滤系统一次性flowpaths也在市场和将进一步使biomanufacturers端到端一次性流程培训。”的例子是通用电气的ReadyToProcess色谱柱和AKTA色谱系统。

Gruvegard预计持续改进收获和病毒失活。通用电气拥有最大的标准自动化市场上一次性混合器,据该公司使收获的2000升生物反应器细胞培养在一个一次性混合器代替几个搅拌机。