淺析新冠病毒疫苗研發(fā)技術(shù)路線及工藝解決方案

為什么人們會(huì)選擇一次性產(chǎn)品？

歸根結(jié)底，是因?yàn)?strong>快速，靈活和安全。

關(guān)于快速性，可以做個(gè)簡(jiǎn)單的比較：

不銹鋼配儲(chǔ)液工藝，從設(shè)計(jì)到施工、驗(yàn)收，一般需要一年半到兩年時(shí)間，甚至更長(zhǎng)。而一次性工藝，只需3～6個(gè)月。只要廠房水電可用，一次性設(shè)備的硬件到貨，把袋子組裝完成后便可以立即進(jìn)行生產(chǎn)。尤其在目前新型冠狀病毒全球爆發(fā)的情況下，能夠快速的進(jìn)行疫苗生產(chǎn)就顯得尤為重要。

在靈活性上，假設(shè)工廠里已經(jīng)有一條一次性的生產(chǎn)線，這時(shí)如果要生產(chǎn)其他的疫苗，只需改一些管路，袋子設(shè)計(jì)，接口等，就能生產(chǎn)新的產(chǎn)品。從生產(chǎn)的角度說(shuō)，設(shè)備轉(zhuǎn)換更為靈活。除此之外，采用病毒滅活工藝制備的新冠疫苗，是在P3廠房進(jìn)行的，采用一次性產(chǎn)品可以減少清洗容器具廢水產(chǎn)生，大大降低了，排廢處理的時(shí)間和成本。

至于安全性則更加直觀。一次性產(chǎn)品完全在密閉容器內(nèi)，進(jìn)行溶液的傳輸，這些溶液中就包括滅活前，大規(guī)模發(fā)酵的病毒收獲液，各步驟含大量病毒純化中間體。將這些溶液控制在密閉容器中，大大降低了病毒泄漏對(duì)操作人員威脅，提高了生物安全。

在一般的疫苗生產(chǎn)過(guò)程中，一次性工藝可以應(yīng)用在培養(yǎng)基的配制、下游緩沖液的配制，制劑灌裝環(huán)節(jié)，還可以進(jìn)行輔料佐劑的配制以及一次性的制劑灌裝線的設(shè)計(jì)。整個(gè)上游到下游，包括無(wú)菌的連接和斷開，都可以通過(guò)一次性技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

由于上下游的緩沖液和培養(yǎng)基的配制應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單（攪拌、過(guò)濾、存儲(chǔ)）所以本文會(huì)重點(diǎn)分享制劑灌裝環(huán)節(jié)中一次性產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。

一般半成品配制后就是分裝環(huán)節(jié)。其中會(huì)涉及到不同的儲(chǔ)藏方式：有的蛋白需要凍存，有的蛋白則是常溫儲(chǔ)存或2～8攝氏度儲(chǔ)存。制劑灌裝時(shí)，可以把每個(gè)單價(jià)原液蛋白拿出來(lái)。

由于每個(gè)單價(jià)原液的蛋白含量所用的量不一樣，可以通過(guò)加一步稱重從而得到每個(gè)單價(jià)原液蛋白精確的含量。再將不同價(jià)的蛋白分別通過(guò)無(wú)菌焊接的方式進(jìn)入半成品配制的袋子里，加上佐劑，就可以進(jìn)行半成品配制。配制完成后，可以采用OPTA無(wú)菌對(duì)接方式，跟灌裝機(jī)里的設(shè)備管路進(jìn)行對(duì)接，然后進(jìn)行灌裝。這是多價(jià)疫苗制劑灌裝的一條線。另一個(gè)是4價(jià)疫苗，工藝就是通過(guò)每個(gè)單價(jià)，4條線下來(lái)，分別過(guò)濾后到混勻設(shè)備里。第4個(gè)單價(jià)下來(lái)后再匯到總的混勻袋里，跟制劑灌裝線灌裝機(jī)進(jìn)行對(duì)接。整個(gè)對(duì)接工藝都可以采用無(wú)菌接頭的方式。對(duì)接完成后，便可以進(jìn)行灌裝。

因此整個(gè)流程涉及四類設(shè)備，分別是混勻，無(wú)菌連接和斷開，無(wú)菌傳輸系統(tǒng)，以及灌裝系統(tǒng)。

1. 混勻

就混勻攪拌系統(tǒng)而言，目前市面上比較常見(jiàn)的有三大類：

■ 上攪拌
■ 磁力攪拌
■ 磁懸浮攪拌

上攪拌有個(gè)較為突出的問(wèn)題就是放大性不是很好：例如在3000L的時(shí)候，這種方式無(wú)論是操作性還是封閉性，都有很大問(wèn)題，所以逐漸被淘汰了。

第二類是磁力攪拌，是目前行業(yè)里使用最廣泛的方案，但它同樣存在問(wèn)題——由于下面有軸封，攪拌的時(shí)候會(huì)有顆粒物釋放，密封性有時(shí)候也有問(wèn)題。而最優(yōu)方案，就是磁懸浮攪拌。完全的磁耦合懸浮形式因?yàn)闆](méi)有摩擦，顆粒物幾乎可以忽略，同時(shí)由于攪拌比較溫和，所以剪切力也比較低。

這里要介紹一下賽多利斯新的攪拌系統(tǒng)。我們最新一代的攪拌系統(tǒng)Flexsafe® Pro Mixer由三個(gè)部分構(gòu)成：

1. 外框架，主要起到支撐袋體的作用。支持50L到3000L的體積（涵蓋了生物制藥的全部規(guī)模）。

2. 驅(qū)動(dòng)，通過(guò)磁懸浮技術(shù)實(shí)現(xiàn)混勻驅(qū)動(dòng)，但不同于以往的磁懸浮——是高扭矩高轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)。它的轉(zhuǎn)速最大可以達(dá)到750rpm，同時(shí)還不需要充磁。用過(guò)磁懸浮攪拌系統(tǒng)的人都知道：老式的磁懸浮的系統(tǒng)都需要充磁——使用前要先充半個(gè)小時(shí)。ProMixer則無(wú)需這個(gè)步驟。

3.內(nèi)部的攪拌袋膜材，強(qiáng)大的Flexsafe膜材——賽多利斯最新的膜材。袋體上還可以整合一次性的PH電機(jī)和電導(dǎo)電極，可以實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)監(jiān)測(cè)。

Flexsafe® Pro Mixer 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

攪拌系統(tǒng)需要足夠強(qiáng)勁的攪拌效率才能保證在上游使用時(shí)的攪拌效果。賽多利斯對(duì)自己的攪拌系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)的流體力學(xué)模擬，能夠驗(yàn)證攪拌的時(shí)候袋體內(nèi)部情況以及流體動(dòng)作能否確�；靹虻男Ч�。同時(shí)我們還會(huì)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試以保障性能。

除此之外，混勻的過(guò)程可能對(duì)蛋白活性造成影響。其中主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自剪切力。賽多利斯能夠模擬剪切力在攪拌過(guò)程中的強(qiáng)度并評(píng)估對(duì)是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成影響。通過(guò)對(duì)攪拌槳的獨(dú)特設(shè)計(jì)——鈍角設(shè)計(jì)且槳葉高度低，ProMixer能夠在保證混勻效果的同時(shí)將剪切力完全控制在可接受范圍內(nèi)，從而保證蛋白在混勻的時(shí)候不會(huì)受到影響。

2. 無(wú)菌連接/斷開

無(wú)菌連接/斷開不僅在制劑環(huán)節(jié)非常重要，整個(gè)上下游都會(huì)涉及到這部分的技術(shù)——例如狂犬疫苗就是從上到下全無(wú)菌的工藝。由于產(chǎn)品蛋白不能過(guò)濾，整個(gè)環(huán)節(jié)從上游接種開始直到最后制劑灌裝的所有過(guò)程都會(huì)使用到無(wú)菌連接/斷開。賽多利斯對(duì)于無(wú)菌連接有兩個(gè)解決方案：接管機(jī)和無(wú)菌接頭。

賽多利斯接管機(jī)的工作原理是將兩根管子放到設(shè)備里，啟動(dòng)后會(huì)有一個(gè)加熱刀片將管子切斷，再采用旋轉(zhuǎn)的方式，將兩根切斷的管子對(duì)接上，冷卻，就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)菌焊接。整個(gè)過(guò)程中，無(wú)需任何環(huán)境限制，就能夠進(jìn)行全自動(dòng)的無(wú)菌連接。整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)化，無(wú)需擔(dān)心人為操作的失誤。能夠應(yīng)用在上游的接種和培養(yǎng)基的轉(zhuǎn)移，補(bǔ)料，以及下游的全無(wú)菌工藝。

另外就是無(wú)菌接頭的對(duì)接方式。OPTA無(wú)菌對(duì)接頭是抽紙式連接器，需要預(yù)先安裝在管路的出口再進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)無(wú)菌對(duì)接。同樣對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何要求。但相對(duì)前面還多了兩個(gè)應(yīng)用點(diǎn)：一個(gè)就是制劑灌裝時(shí)候的無(wú)菌對(duì)接——制劑灌裝的時(shí)候會(huì)盡量避免選擇加熱的方式，因?yàn)榧訜釙?huì)導(dǎo)致一些析出的風(fēng)險(xiǎn)。

疫苗行業(yè)還好，因?yàn)槭褂玫牧亢苌�，一個(gè)人接種0.5ml，所以可以采用熱力式的連接方式。但單抗用于治療，病人整個(gè)療程下來(lái)可能要打多至幾百毫升的藥物進(jìn)去——這個(gè)時(shí)候使用機(jī)械式的連接更為安全。第二是可以進(jìn)行硅膠管的連接。熱力式的連接只能是熱塑管連接，無(wú)菌對(duì)接頭可以連接普通硅膠管。

OPTA
 

對(duì)應(yīng)的，賽多利斯也可以提供兩種斷開方案：一種是熱力式的斷開，一種是機(jī)械式的。

熱力式的斷開是使用最新一代的Biosealer  TC，管子放進(jìn)去以后會(huì)對(duì)管子夾緊，加熱從而使熱塑管熔化粘合在一起。拿下來(lái)后用剪刀斷開，輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)菌斷開。賽多利斯最新一代的無(wú)菌封管機(jī)目前可以適配OD 1/4到1英寸的管徑，適配多種品牌管路。同時(shí)都內(nèi)置好了相應(yīng)程序，只需切換程序即可斷開不同品牌的管路。小巧靈活，可以靈活放置使用操作方式為觸屏式。

無(wú)菌連接料液轉(zhuǎn)移完后就可以采用它進(jìn)行斷開。賽多利斯的Clipster無(wú)菌斷開器是全機(jī)械的，配合兩個(gè)斷開器，可以對(duì)管路任意位置進(jìn)行斷開，快捷方便。機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)極高的可靠性。同樣，在制劑環(huán)節(jié)中也可以用Clipster斷開硅膠管路。

Clipster

3. 無(wú)菌傳輸

料液過(guò)濾完成后就是灌裝的步驟，會(huì)涉及到B級(jí)到A級(jí)或C級(jí)到A級(jí)的傳輸工藝——無(wú)菌傳輸系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。無(wú)菌傳輸系統(tǒng)，嚴(yán)格意義上是隔絕兩個(gè)級(jí)別的目的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。賽多利斯有兩種解決方案：一個(gè)是Biosafe，固體和液體都能夠傳輸。內(nèi)部的開放式管路能夠伸到A級(jí)環(huán)境里，跟灌裝管路對(duì)接。外部的管路接頭是無(wú)菌接頭，通過(guò)跟料液對(duì)接，能夠把料液順序傳輸進(jìn)去，保持內(nèi)外隔離狀態(tài)。除此之外，Biosafe還可以用來(lái)傳輸固體：例如膠塞，或是有QC檢測(cè)樣品要取出——向內(nèi)向外都可以進(jìn)行傳輸。

第二套解決方案是SART系統(tǒng)，適用于液體傳輸。SART系統(tǒng)原理與Biosafe類似，能夠在實(shí)現(xiàn)完全隔離內(nèi)外兩個(gè)級(jí)別的環(huán)境的條件下實(shí)現(xiàn)料液傳輸。

4. 罐裝

料液傳輸后還需要被灌裝到西林瓶或者預(yù)充針中。這部分的產(chǎn)品原理上比較簡(jiǎn)單，就是一個(gè)灌裝緩沖袋，下面接上了一根根的灌裝管路，管路最末端還有灌裝針，袋體上方還有進(jìn)液管，把除菌料液通過(guò)進(jìn)液管進(jìn)入袋體，從下面每個(gè)分支管路進(jìn)行灌裝，實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)功能。設(shè)置緩沖袋的目的是為了平衡內(nèi)外的泵差。袋子的設(shè)計(jì)會(huì)有一些技巧。以賽多利斯的袋子為例，是一個(gè)長(zhǎng)方形折疊的袋子——折疊最底部再連接上灌裝管路。其優(yōu)點(diǎn)在于折疊后兩邊會(huì)有一部分的液體被均勻平衡地分到兩邊，從而使得對(duì)下方的壓力持續(xù)保持一致。這種設(shè)計(jì)能夠使得罐裝的精度大大提高，還能保證最后的排空率。

此外，袋子上還有4個(gè)呼吸器，作用在于平衡內(nèi)外壓力。密封狀態(tài)下，灌裝造成的液面變化會(huì)導(dǎo)致壓力的變化，從而影響灌裝精度。這4個(gè)呼吸器則可以保障壓力平衡，提高精度。另外，如果蛋白對(duì)氧氣敏感，呼吸器則可以用于充入氮?dú)饣蚴嵌栊詺怏w來(lái)對(duì)蛋白進(jìn)行保護(hù)。我們還有配套的一次性罐裝針，無(wú)需再清洗、驗(yàn)證。

由于這個(gè)袋子處于整個(gè)流程末尾的最高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)，賽多利斯在生產(chǎn)時(shí)采用最高級(jí)別的質(zhì)檢。袋子生產(chǎn)時(shí)，每批產(chǎn)品，都額外會(huì)生產(chǎn)若干個(gè)用于破壞測(cè)試。只有在各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)完沒(méi)有任何問(wèn)題后，這個(gè)批次產(chǎn)品才會(huì)放行。 

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