由于大量人口負擔不起處方治療，藥物的高成本多次成為醫(yī)療保健行業(yè)的主要瓶頸。在分子水平上，許多創(chuàng)新正在進行，包括各種重組單克隆抗體(mAB)、抗體偶聯(lián)藥物(ADC)和基因療法。在靶向基因治療的情況下，目標藥物應該個性化且對各種個體有效，這一點至關重要且具有挑戰(zhàn)性。由于被稱為biobetter的藥物的創(chuàng)新和改進，醫(yī)療保健行業(yè)正在瞄準特定的患者群體，并在需要時提供持續(xù)的供應。此外，我們必須能夠應對醫(yī)療保健行業(yè)產(chǎn)品管線的動態(tài)環(huán)境，以管理由于公司之間的競爭而導致的產(chǎn)能不確定性，當我們進入市場時，產(chǎn)能規(guī)劃變得非常困難。為了解決昂貴的生產(chǎn)基礎設施的問題，最好選擇合同制造組織（CMO），這樣可以節(jié)省設施建設成本，因為無論產(chǎn)品的生產(chǎn)如何，都會存在設施運行成本和折舊成本。然而，與此同時，與CMO相關的監(jiān)管和其它挑戰(zhàn)值得深思熟慮。因此，通過工藝強化來生產(chǎn)產(chǎn)品在經(jīng)濟上是有利的，通過這種工藝強化可以運行重復批次，以使用相同的設施有效地大量生產(chǎn)材料。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)設計相比，即使通過工藝強化使整體產(chǎn)量增加幾個百分比，也是對整體利潤的補充。隨著上游工藝越來越精煉，下游工藝也在采用新一代的成本效益更高、效率更高的層析填料。為了與連續(xù)上游相匹配，下游也正在努力進行連續(xù)工藝，以減少過程中的中間保持時間。此外，在工藝中添加一次性技術帶來了治療藥物生產(chǎn)的革命，與傳統(tǒng)的不銹鋼技術相比，它具有更大的優(yōu)勢，因為這可以降低系統(tǒng)的清潔、在線滅菌(SIP)和維護成本，也節(jié)省了潛在的時間。當生產(chǎn)設施占地面積較小時，工藝強化和一次性技術更有助于降低產(chǎn)能不確定性的風險。例如，為了滿足需求，降低初始階段的資金風險，建議橫向擴展而不是縱向放大。在橫向擴展中，較小的設施將努力生產(chǎn)越來越多的劑量。如果生產(chǎn)商對市場需求和供應有把握，那么建造一座傳統(tǒng)的大型生產(chǎn)設施是一個不錯的選擇。但是，它也有投資大的缺點。另一方面，如果目標是不確定的需求、短期供應或需求有限的特殊產(chǎn)品，那么占地面積更小的一次性技術是更好的選擇。為了在不斷變化的市場中取得成功，一次性技術可以在短時間內(nèi)以更少的資本投資靈活地處理操作。隨著人口的增加，一些藥物對許多人來說變得昂貴。因此，為了降低價格，生物制藥公司正在采取具有成本效益的措施。自動化、工藝集成和數(shù)字化是從批次工藝模式轉換為連續(xù)模式必不可少的工具，因為這些是未來設施設計的基礎，而工藝強化是連續(xù)生產(chǎn)的重要組成部分，它們消除了困難并提供了節(jié)省成本和時間的優(yōu)勢。Part1、上游和下游工藝的狀態(tài)

為了應對當今競爭激烈的生物仿制藥/生物藥市場，各行業(yè)必將開發(fā)可集成到大部分生物藥產(chǎn)品管線中的先進技術?，F(xiàn)在，是時候建立能夠滿足小規(guī)模生產(chǎn)要求的良好生產(chǎn)規(guī)范(cGMP)設施了，其需能處理多種產(chǎn)品。如今，生物技術行業(yè)的每個功能都在經(jīng)歷一個進步的步驟，無論是設備、上游工藝培養(yǎng)基，還是下游介質(zhì)/填料。由于設備、技術和工藝設計的不斷進步，大型生物反應器可以被小型和完全一次性的技術所取代。當我們將其與1982年至2004年產(chǎn)品的生產(chǎn)力范圍進行比較時，生產(chǎn)力/滴度增加了8到10倍，并且許多生物仿制藥和生物藥達到了5g/L以上。灌流生物反應器在生產(chǎn)力方面表現(xiàn)出了顯著的成果，比批次培養(yǎng)高出25倍以上。此外，為了應對這種高滴度，下游工藝已開始包括新出現(xiàn)的工具，比如以用高通量膜層析代替層析填料?，F(xiàn)在，即使對于像ProteinA填料這樣的親和層析，也可以提供基于膜的形式，與常用的ProteinA填料相比，這將具有高流速、高生產(chǎn)率和純度的額外優(yōu)勢。通過這種方式，可以使用新穎和先進的工藝技術生產(chǎn)出負擔得起的生物治療藥物。下游生產(chǎn)過程中的一些操作是對上游的補充，它給人一種連續(xù)的“錯覺”，但事實并非如此。由于下游包含多個層析步驟，連續(xù)模式下的操作很少見，并且通常僅限于一個或兩個步驟。實際的連續(xù)生物工藝需要工藝強化，而不是批次間的重復循環(huán)運動。與以前的模式相比，只有降低了復雜性，使工藝變得“輕松”，才可以稱為連續(xù)工藝。Part2、調(diào)整上游工藝

在上游，當補料分批工藝規(guī)模放大時，有兩種方法可以提高生產(chǎn)率。其中之一是使用更大的生物反應器罐，這將需要擴大工廠，另一種方法是使用多個定期收獲的生物反應器。然而，這最終將導致對下游施加高壓。為了與上游相匹配，將需要使用多根柱子和多套過濾設備，以匹配多個生物反應器收獲的頻率。例如，對于商業(yè)規(guī)模的mAb生產(chǎn)，傳統(tǒng)的補料分批生物反應器通常在10,000-25,000L不銹鋼罐中培養(yǎng)細胞7-21天，產(chǎn)品產(chǎn)量為2-6g/L。上游工藝領域的新興趣正在增長，以在較短的培養(yǎng)時間內(nèi)獲得更高的滴度。為了實現(xiàn)這一目標，在開發(fā)高產(chǎn)量和穩(wěn)定的細胞系方面不斷取得進展，從而提供高滴度，可以顯著減少設施占地面積。灌流生物反應器通常運行較長時間，并且可以達到比補料分批反應器高10-30倍的細胞密度。在固定的時間間隔內(nèi)，連續(xù)取出部分收獲液，并為其提供新鮮培養(yǎng)基。通過這種方式去除不必要的副產(chǎn)品，并定期添加新的生長促進劑物質(zhì)。通過這種方式，與具有相同反應器體積的補料分批裝置相比，使用灌流生物反應器可以提高>4倍的生產(chǎn)率（以mg/l/d計）。因此，在有限的空間和資金成本內(nèi)，可以連續(xù)生產(chǎn)相同數(shù)量的產(chǎn)品。灌流反應器的實施已成功商業(yè)化，從大型生物制藥公司，如輝瑞、基因泰克、夏爾和健贊/賽諾菲到小公司和創(chuàng)新疫苗生產(chǎn)商，如CMCBiologics和Crucell。盡管該技術仍然存在挑戰(zhàn)，例如由于操作的復雜性和強度，需要進行大量的中、高水平操作員培訓，但來自小型罐和設施的經(jīng)濟收益對工藝考慮具有關鍵影響。Part3、調(diào)整下游工藝

下游工藝是繼上游工藝之后的第二個復雜且昂貴的步驟?，F(xiàn)在可以在純化/下游進行連續(xù)操作。主要的純化步驟，如澄清、親和層析，以及中間和精純步驟可以結合起來，設計成包括用于連續(xù)操作的一次性技術。在澄清中使用離心機難以擴大規(guī)模，并且在更大或商業(yè)規(guī)模下操作復雜。作為離心的替代方法，一次性連續(xù)工藝已成功證明可用于(Humira?)的大規(guī)模商業(yè)化工藝，并使用靈活且多功能的一次性深層過濾系統(tǒng)，如Stax(Pall)。Millipore的兩級深層過濾器（Clarisolve、D0HC和X0HC吸附式深層過濾器）也可以直接用于生物反應器，也可以在添加絮凝劑后使用，以沉淀培養(yǎng)物或細胞收獲物中存在的雜質(zhì)。這些深層過濾器通過減少宿主細胞蛋白(HCP)和DNA雜質(zhì)并去除細胞碎片，最大限度地提高后續(xù)層析柱的上樣載量。在某些工藝中，可以將硅藻土添加到細胞培養(yǎng)液中，以防止深層過濾器堵塞，從而以一次性形式最大效率地澄清較大的批次體積，如SartoclearDynamics(SartoriusStedimBiotech)所示。各種柱層析技術，如親和層析（AFC）、離子交換層析（IEX）、疏水相互作用層析（HIC）、復合模式層析（MMC）等被用于純化分子。通常，層析柱尺寸是根據(jù)單位體積流速而不是處理量來確定的，以提高生產(chǎn)率。這導致柱子過大，需要在大型柱子、相關設備和空間上進行投資。大型層析柱可能會遇到與規(guī)模相關的裝柱問題，包括滯后、邊緣效應和填料壓縮。作為替代方案，行業(yè)正在使用具有成本效益的膨脹床吸附(EBA)、模擬移動床和膜層析法。在EBA中，所有三個步驟都集成為一個，例如澄清、過濾和捕獲，這在成本、時間和空間要求方面都是有利的。在EBA中，粗收獲液以向上流動上樣至膨脹床。目標蛋白與層析柱結合，而細胞和其它微粒污染物會通過層析柱。松散結合的物料，例如細胞和其它顆粒污染物，會被沖走。隨后，通過反轉流動洗脫捕獲的蛋白質(zhì)。獲得的輸出將經(jīng)過澄清、濃縮和部分純化，可進行進一步純化。盡管EBA具有較低資本支出、緩沖液消耗、時間和空間要求的優(yōu)勢，但其主要缺點是需要再循環(huán)和非特異性吸附，這會影響床的穩(wěn)定性和整體純化性能。第二代EBA穩(wěn)健技術是一種先進的EBA。根據(jù)在BioProcess會議上提供的數(shù)據(jù)，與填充床ProteinA柱相比，RhobustMabDirectProteinA僅需要三分之一的工藝時間，提供高12%的更好收率，并僅使用一半的緩沖液體積，同時在純度和增強的DNA清除率方面沒有妥協(xié)。EBA是一種很有前途的選擇，即使在生物反應器的細胞密度和生產(chǎn)力增加的情況下也能提高產(chǎn)量。EBA的使用消除了對應對粗進料料液導致的污染至關重要的大過濾面積的需求。模擬移動床(SMB)是另一種很有前途的純化技術，它為進行層析提供了一種完全連續(xù)的方法。BioSMB系統(tǒng)提供連續(xù)進樣上樣和連續(xù)洗脫，因為多根ProA柱在不同時間循環(huán)進行上樣、漂洗和洗脫的各個階段加速無縫抗體純化(ASAP)工藝是一種連續(xù)且完全一次性的mAbDSP，它基于AKTA周期性逆流層析(PCC)，包括ProteinA、陰離子交換和混合模式填料柱，這些柱同時循環(huán)。SMB模式的另一個優(yōu)點是層析柱可以串聯(lián)連接，第一根層析柱的任何穿透直接上樣到第二根后續(xù)層析柱上，從而利用主層析柱的全部載量而不會損失任何寶貴的產(chǎn)品。這允許使用較短柱床高度的層析柱，該層析柱可以在更快的保留時間下運行，但可能具有較淺的穿透曲線，從而提高了整體生產(chǎn)率。與批次填料層析法相比，SMB的使用具有多項優(yōu)勢，包括將生產(chǎn)率提高30%，將上樣載量提高40%，并將緩沖液的消耗減少27%。在SMB連續(xù)模式下執(zhí)行程序不僅可以降低由于人為錯誤和過程中斷而造成的高污染風險，而且還可以通過減少填料和緩沖液的量來降低運營成本。填料柱的另一種替代品是納米纖維吸附，即Puridifye的FibroSelect平臺，雖然結合載量低（10mg/ml），但可以在非常高的流速（2400cm/h）下操作，從而在連續(xù)工藝的同時實現(xiàn)高生產(chǎn)率。整體柱平臺也可以證明便于mAb純化，因為它們的高孔隙率結構可為抗體大小的目標物提供有效的傳質(zhì)。此外，由于材料制備容易，生產(chǎn)成本也降低了。整體柱操作尚未從分析規(guī)模很好地轉化至工業(yè)規(guī)模。這些平臺可從各種制造商處購買，包括Millipore、Sepragen、BIASeparations。填料層析法的另一種替代性選擇是膜，現(xiàn)在因其高通量和易用性而廣受歡迎。與依賴擴散的填料基球相比，傳質(zhì)以平流為主，允許在更高的流速下運行。Pall(Mustang)和Sartorius(Sartobind)等多家供應商提供了非常適合流穿(FT)應用的傳統(tǒng)離子交換膜。然而，由于配基密度低，結合和洗脫(B&E)應用受到限制。N