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一次性使用系統(tǒng)(SUS)已成為生物制藥產(chǎn)品商業(yè)化前生產(chǎn)的主導模式。據(jù)估計，現(xiàn)在超過85%的商業(yè)化前的上游生物加工主要或完全使用一次性使用設備進行制造。而SUS在大規(guī)模商業(yè)制造中的應用剛剛起步。未來幾年，用于商業(yè)化生產(chǎn)的一次性使用系統(tǒng)的應用數(shù)量將呈現(xiàn)很大的增長。

SUS的現(xiàn)狀和趨勢

一次性使用系統(tǒng)(SUS) 是專為一次性使用或單一產(chǎn)品制造而設計的生物加工設備，SUS中所有與產(chǎn)品發(fā)生接觸的部件，均采用經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的塑料材料，如聚乙烯或聚碳酸酯。這些一次性系統(tǒng)通常由制造廠商以貝塔射線或伽馬射線進行滅菌，可以隨時投入使用。

多年來，人們對使用一次性系統(tǒng)的接受度已經(jīng)得到極大的提升。尤其對所有涉及到動物細胞培養(yǎng)物的流程，需要快速開發(fā)和高效生產(chǎn)中小批量的產(chǎn)品時，如治療性抗體、激素、酶和疫苗時，人們對一次性系統(tǒng)的接受度尤其之高。

例如, 在預臨床和臨床樣品生產(chǎn)過程中，一次性過濾器、塑料貯存袋、一次性攪拌器和一次性生物反應器等上游處理（USP）部分是最為常用的部件。但是，生物制藥行業(yè)也在更深入地將一次性系統(tǒng)應用于下游處理（DSP）、配方和填裝。其中，一次性攪拌釜式生物反應器是當前行業(yè)優(yōu)先發(fā)展方向之一。此外，處理干細胞和T 細胞的一次性設備也是本行業(yè)所需。

形成這種趨勢的原因是與傳統(tǒng)的不銹鋼固定設備相比，SUS展現(xiàn)出很多優(yōu)點。
● 可以降低前期資本投資和運營成本，系統(tǒng)安裝、調(diào)試和投運所用時間更少；
● 提供了更大的靈活性，包括快速實現(xiàn)產(chǎn)品切換，以及增強產(chǎn)品安全性，將產(chǎn)品交叉污染風險降至最低；
● 能更快形成生產(chǎn)能力免去了不銹鋼設備的清洗、消毒和(再)驗證。
然而，SUS也存在一些影響其應用范圍的限制。
● 需要大量的經(jīng)常性費用；
●面臨缺乏標準化、溶出/析出驗證等挑戰(zhàn)。



析出物和溶出物(L&E)是一次性系統(tǒng)的主要缺點，L&E是一些在處理條件下或在最差條件下，從塑料當中遷移出來的物質(zhì)，這些物質(zhì)會導致產(chǎn)品品質(zhì)降級。其中最大的缺點是，此系統(tǒng)缺乏用于檢測L&E 的標準化測試規(guī)程，同時還缺乏適合的分析試驗規(guī)程。業(yè)界針對這一限制，進行了大量的研究，也取得了一些成果，并加快了適用于貯存袋、攪拌器袋和生產(chǎn)反應器袋的更堅固且最優(yōu)化薄膜的開發(fā)工作。除了L&E 問題之外，與一次性生物反應器的完整性、供應商資格、材質(zhì)和部件可更換性以及流程特性描述方面的問題也正在得到解決。



所以如果選用了正確的設備并且正確使用，一次性系統(tǒng)的優(yōu)勢非常明顯。隨著更多創(chuàng)新SUS設備的推出，過去十多年中，采用基于SUS的工藝線來取代不銹鋼設備的情況迅速增長，使得SUS工藝線在上游商業(yè)前生物制藥生產(chǎn)中占據(jù)主導地位。但是，在下游生物加工中，SUS的應用程度較少。因為，實現(xiàn)大部分SUS下游加工仍然非常困難、昂貴和罕見，因為目前色譜和其他凈化技術(shù)抵消了SUS使用的成本有效性。雖然一次性使用系統(tǒng)在下游加工中已經(jīng)有了進步。

而且，SUS幾乎完全被用于哺乳動物的細胞培養(yǎng)應用；微生物處理應用不理想。因為與哺乳動物相比，微生物加工需要更高的溫度、壓力、特殊的環(huán)境，以及更強有力的攪拌和回旋。一些微生物SUS產(chǎn)品線現(xiàn)在已經(jīng)上市，但似乎沒有獲得很好的市場吸引力。

另外，規(guī)模也是一次性工藝應用的主要限制之一，因為后期的臨床和商業(yè)制造需要更大的生產(chǎn)能力。而如今一次性反應器已經(jīng)達到2000L的規(guī)模，足可以滿足多數(shù)情況的需要。同時，一些供應商正在突破規(guī)模限制，例如，ABEC現(xiàn)在可提供4000升的SUS生物反應器。但是，如果SUS的容量超過2000 L，會有些笨重，安裝和移動困難，不太實用，或?qū)υS多設施不具有成本效益。因此，不銹鋼仍然在商業(yè)制造中占據(jù)主導地位，在生物加工能力方面完全占據(jù)主導地位；商業(yè)前的制造只是在需要時進行，所涉及的數(shù)量遠遠小于全球商業(yè)市場所需的數(shù)量。

但是，目前1000升和2000升的SUS生物反應器正在逐步成為新的大規(guī)模和商業(yè)化生產(chǎn)的工業(yè)標準，最終將取代更大的不銹鋼單元和設施。如果需要的話，可多個生物反應器并行使用。到目前為止，這類設施還很少，但建立SUS商業(yè)制造設施的趨勢已經(jīng)開始，商業(yè)化生產(chǎn)采用SUS的數(shù)量將在今后幾年內(nèi)急劇增加，盡管是從一個非常低的基線來看。但是，許多商業(yè)制造，特別是在最大的規(guī)模上，使用大型的、固定的不銹鋼設備的工藝線/設備仍然具有更高的成本效益。從新設備和總產(chǎn)能來看，大多數(shù)商業(yè)制造至少在未來五年內(nèi)將繼續(xù)以不銹鋼為基礎。

現(xiàn)在呈現(xiàn)的是混合式生產(chǎn)形式。一次性過濾器、塑料貯存袋、一次性攪拌器和一次性生物反應器與不銹鋼設備同時得到了使用。由一次性系統(tǒng)市場領(lǐng)導者設計的各種處理平臺，例如，介質(zhì)生產(chǎn)、發(fā)酵、生物質(zhì)分離、病毒分離和滅活、配方和填裝平臺都在這些工廠當中得到了廣泛采用。事實上，對于容量大于500 L的應用，如一次性離心限制、一次性使用蛋白質(zhì)A 層析、缺少傳感器系統(tǒng)，其應用空間仍然存在瓶頸。不論如何，一次性工藝在生物藥物生產(chǎn)中的應用日益廣泛，藥企需要根據(jù)自身需要，確定選擇何種工藝。



國內(nèi)抗體藥物一次性工藝應用廣泛

如今一次性工藝在國內(nèi)頗受歡迎，抗體新藥企業(yè)、CMO對于速度更快、靈活性更高的一次性工藝更是青睞有加。藥明康德安裝多條2000L一次性生物反應器生產(chǎn)線，百濟神州、金盟生物（信立泰子公司）、康方生物分別安裝GE FlexFactory靈活工廠生產(chǎn)線，喜康生物直接采用了GE的模塊工廠。

與制造商相比，合同制造組織(CMO) 廣泛采用了基于SUS的生物加工技術(shù)，CMO生物加工在工藝路線、設備和產(chǎn)品的數(shù)量方面，特別是在臨床規(guī)模上，現(xiàn)在主要是以SUS為基礎。CMOs更多地使用SUS是完全預期的，通過使用一次性使用系統(tǒng)，CMO可以節(jié)省設備、運營成本以及資本投資，同時獲得所需的靈活性，包括快速的生產(chǎn)線周轉(zhuǎn)，使更多的產(chǎn)品能夠更快地在不同的規(guī)模上生產(chǎn)。但是，高昂的成本；可使用性和可提取性問題；缺乏符合工藝要求的一次性設備等有關(guān)SUS的一些問題仍然阻礙了它的使用。
在一系列一次性使用生物反應器商業(yè)化應用中，絕大多數(shù)用戶都偏好采用配備機載驅(qū)動裝置的攪拌釜式生物反應器。波浪袋式反應器主要用于細胞擴增( 也有一些例外)，其中的生物反應通常在攪拌釜式生物反應器內(nèi)發(fā)生。近年來，有一些波浪袋式和攪拌釜式一次性反應器經(jīng)過了重新設計，簡化了操作，將應用范圍擴展到動物細胞培養(yǎng)物之外。用于微生物處理的攪拌釜式一次性反應器的開發(fā)值得探討。這些一次性生物反應器所使用的傳感器、控制器以及監(jiān)測和控制軟件都進行了修改和升級，確保了更出色的數(shù)據(jù)采集和流程監(jiān)測。一次性生物反應器的開發(fā)工作仍在繼續(xù)深入當中，并且業(yè)內(nèi)已經(jīng)開展了一系列合并。
一些流程開發(fā)商和合同制造組織(CMO)已經(jīng)將切線流過濾(TFF)視為一種有效工具，用于提升那些用于動物細胞的一次性生物反應器時間空間產(chǎn)量，或者用于克服一些可擴容性受限的問題。這些組織采用攪拌釜式和波浪袋式一次性生物反應器，并組合了交叉流微過濾系統(tǒng)。

總結(jié)和展望

在所有涉及到動物細胞培養(yǎng)物的生物制藥處理領(lǐng)域，一次性系統(tǒng)正在成為得到業(yè)界接受的技術(shù)。研究人員正在集中研究克服現(xiàn)有局限，如標準化、增強型傳感器技術(shù)、改進自動化解決方案和大規(guī)模一次性使用層析技術(shù)。市場分析指出，預計SUS在商業(yè)化生產(chǎn)和微生物處理方面的應用將會增多。除了新建各種用于生產(chǎn)生物治療藥物和生物仿制藥的靈活模塊化設施之外，現(xiàn)有工廠當中的可重用設備也正在為一次性系統(tǒng)所取代。考慮到細胞、基因和免疫治療應用方面成功水平的不斷提升，對用于處理干細胞和T 細胞的一次性設備的需求將更大。