為什麽現在改用一次性係統是值得的

一次性生物工藝最近在生物製藥製造方麵經曆了巨大的份額增長,並享受了從(cong) 材料特性到工業(ye) 4.0實施的技術進步。

與(yu) 傳(chuan) 統的生物工藝相比,依靠耐用的不鏽鋼設備,現代一次性係統(SUS)采用一次性組件的一次性使用。這種方法有望提高生產(chan) 力、降低商品成本、提高產(chan) 品質量以及簡化個(ge) 性化醫療供應鏈的潛力。

在本文中,我們(men) 將提供有關(guan) 一次性係統的關(guan) 鍵概念、其優(you) 點和缺點以及它們(men) 是否可以兌(dui) 現承諾的背景信息。

一次性係統在生物製藥行業的作用是什麽?

 一次性生物工藝是生物製藥生產(chan) 中相對較新的概念。所有活性藥物成分必須無菌才能給藥。因此,它們(men) 必須在無菌條件下生產(chan) 。與(yu) 一次性係統相比,使用不鏽鋼設備的傳(chuan) 統生產(chan) 通常價(jia) 格昂貴,因此需要高度的維護才能重複使用,因此幾年的運營支出很高。

 依賴不鏽鋼設備的製造過程的缺點是靈活性低(即單個(ge) 產(chan) 品或製造步驟的專(zhuan) 用生產(chan) 線)以及確保設備準備就緒的時間和勞動力支出大。這需要原位清洗(CIP)和原位滅菌(SIP)程序,以及對重複使用的生物工藝設備的最終驗證,這些設備既耗時又具有約束力。

 一次性設備必將改變生物製藥公司設施中的絕大多數生物製造工藝步驟。由於(yu) 生物工藝技術的幾個(ge) 方麵的簡化和定製以及降低商品成本,使工藝更具成本效益的潛力很大。

一次性技術在生產生物製藥時的六大優勢

以下是與(yu) 傳(chuan) 統生物工藝硬件相比,一次性設備的六個(ge) 主要優(you) 勢,與(yu) 經濟因素、產(chan) 品安全和質量以及商業(ye) 模式可行性有關(guan) 。

1. 降低成本

 與(yu) 生物反應器係統相反,一次性設施更易於(yu) 維護。使用一次性技術時,清潔 (CIP) 和滅菌 (SIP) 等複雜生產(chan) 階段的成本變成零,從(cong) 而節省了成本和資源。

 在材料和勞動力成本方麵的直接節省是一次性係統的主要優(you) 勢之一。安裝的直接人工成本以及水和化學品的成本可以降至較低。此外,這些設施不需要清潔和消毒,這反過來又延長了使用壽命並進一步降低了總擁有成本。

 此外,一次性係統有助於(yu) 減少初始投資和研發成本,鑒於(yu) 對生物製藥的需求不斷增加,這是一個(ge) 巨大的優(you) 勢。初始投資成本比同類不鏽鋼設施的價(jia) 格低約40%。

2. 提高生產力

 對於(yu) 生物製藥公司來說,使用一次性技術可以提高生產(chan) 力。自動化的成本和複雜性顯著降低。可以省略不同生產(chan) 階段之間的清潔和驗證等複雜步驟。

 傳(chuan) 統上,生物製藥的生產(chan) 需要鋼基生物反應器。這些需要清潔和消毒以生產(chan) 無汙染的生物產(chan) 品,從(cong) 而增加製造商的成本。

3. 簡化處置

 處理用過的一次性設備比處理不鏽鋼設備相對容易。一次性係統不需要任何精心的清潔和消毒,而是可以在使用後立即處理。

 相比之下,不鏽鋼的回收涉及熔化過程,是一個(ge) 非常耗能的過程。

4. 減少能源和介質消耗,實現可持續製造工藝

 傳(chuan) 統生物技術工廠的運行需要大量能量將不鏽鋼設備加熱到工作溫度,並在運行之間和運行期間消耗各種介質:加壓空氣、從(cong) 去離子到滅菌的多種質量的水(注射用水、WFI)、廢氣、廢水等。

 與(yu) 基於(yu) 不鏽鋼設備的工廠相比,一次性組件可以大大減少介質消耗(水約為(wei) 46%)。總而言之,與(yu) 不鏽鋼相比,碳排放(包括減少水、能源、化學品等)的平均減少量為(wei) 40%!

 在可持續性方麵,與(yu) 多用途不鏽鋼產(chan) 品相比,一次性產(chan) 品具有更多優(you) 勢:如前所述,一次性係統主要由塑料製成,可以以其他塑料物品的形式回收利用,或者焚燒以釋放其儲(chu) 存的化學能用於(yu) 發電或供熱。一般來說,研究表明,實施一次性係統可以顯著減少生物製藥製造商對環境的影響。

5. 有效利用時間和資源

與(yu) 前兩(liang) 點相關(guan) ,采用一次性生物反應器等一次性技術可以將時間和資源從(cong) 清潔和滅菌重新分配給生產(chan) 任務。

隨著 CIP 和 SIP 變得不必要,這些程序的專(zhuan) 職人員被騰出時間從(cong) 事其他活動,例如立即處理下一批的設置或處理二手設備。通常,以前用於(yu) 準備和清理每批產(chan) 品後的大部分時間和勞動力都可以從(cong) 製造工廠的計劃中剔除,從(cong) 而顯著提高工廠單位時間的產(chan) 量。

 此外,一次性設備的設置可以設計得更節省空間、更快速、更簡單,從(cong) 而更保守地使用時間和資源,最終使製藥產(chan) 品的價(jia) 格更具競爭(zheng) 力。

6. 交叉汙染風險最小化

 生物技術公司在重複使用設備時關(guan) 注的一個(ge) 問題是批次和產(chan) 品之間交叉汙染的風險。盡管已采取措施降低最終用戶的風險,但仍可能發生罕見的錯誤。

 一次性解決(jue) 方案幾乎不可能發生交叉汙染,因為(wei) 當批次轉移到下一個(ge) 製造步驟時,整個(ge) 裝置就會(hui) 被處理掉。

常用材料

生物工藝設備一般用於(yu) 上遊和下遊的加工步驟。上遊無菌耗材包括生物反應器、一次性混合器、培養(yang) 基袋等。流行的下遊組件是無菌連接器、過濾器和管道組件、分離塔。

 一次性組件通常由高性能聚合物材料製成。最重要的6個(ge) 是:

• 聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) – 透明,對水性介質具有化學惰性,PP 的材料性能可以在比 PE 更廣泛的範圍內(nei) 進行調整

• 聚醚碸 (PES) – 耐熱、耐衝(chong) 擊的塑料,非常適合高溫工藝,經批準可用於(yu) 嬰兒(er) 用品

• 聚四氟乙烯(PTFE) – 稱為(wei) 特氟龍;化學惰性很強,經FDA批準用於(yu) 製藥和食品應用,在機械應力下較弱;當使用更具腐蝕性的       材料時,適用於(yu) 內(nei) 層

• 醋酸纖維素 (CA) – 硬質材料,由纖維素與(yu) 乙酸酯化製成,是過濾濾芯的常用一次性材料

• 聚酰胺 (PA) – 尼龍是聚酰胺示例,PA 具有很強的機械耐受性和耐用性,是複合材料部件外層的良好材料

• 聚碳酸酯 – 聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET 可能是最著名的代表;廣泛用於(yu) 食品容器和瓶子,雖然對強酸和強堿的抵抗力不是很強

   

 由於(yu) 這些材料中的每一種都具有特別的性能,優(you) 點和缺點,因此高性能一次性組件通常由多種塑料材料組成。例如,生物反應器通常是層壓箔袋,具有多層,具有不同的功能:

• 惰性內(nei) 層,用於(yu) 容納腐蝕性化學品或溶劑,或保護內(nei) 容物免受外層增塑劑的影響

• 氣密層以包含特定氣氛(內(nei) 部二氧化碳升高,將氧氣拒之門外。

• 外層賦予抗撕裂、抗衝(chong) 擊等機械阻力(總共最多六層)。

   

   

 說到多層:另一種多層複合的產(chan) 品是一次性支持的IRIS 2D袋 - 一次性生物工藝容器旨在保護生物製劑以實現不間斷的供應鏈,並提供不同的尺寸。

 最大的一次性組件製造商是默克-密理博、賽多利斯和賽默飛世爾科技。將一次性組件組裝到定製設計中也由與(yu) 供應商無關(guan) 的公司提供,例如Single Use Support。

一次性生物工藝及其位置

 預計一些工藝步驟仍將是多用途的,例如用於(yu) 單克隆抗體(ti) 純化的色譜柱;大型蛋白A色譜柱的費用為(wei) 10萬(wan) 美元,並且相對容易重複使用(陷阱:交叉汙染風險)。

 然而,使用一次性組件的應用範圍正在不斷擴大,但最近在大流行期間,大量資本湧入醫療保健係統和生命科學,用於(yu) 疫情之後的疫苗相關(guan) 產(chan) 品開發,該領域經曆了急劇激增。查找新型一次性係統的概述:

使用一次性係統進行流體管理

 液體(ti) 管理是生物工藝的一個(ge) 重要方麵,因為(wei) 所有製造步驟都發生在液相中。現代化的集成平台解決(jue) 方案可實現高度自動化的流體(ti) 管理和處理。

 SUS為(wei) 一次性生物工藝市場提供全自動一次性袋灌裝係統RoSS.FILL Bag,該係統允許無菌輸送物料流量高達每小時300升的液體(ti) 。

 流體(ti) 管理的另一端由細胞和基因治療分裝係統RoSS.FILL CGT覆蓋。它能夠滿足細胞和基因治療(CGT)製造的所有要求,從(cong) 最高精度的小體(ti) 積無菌流體(ti) 輸送到與(yu) 冷凍儲(chu) 存溶液的耦合。

準備儲存和運輸

 現代生物製藥通常是在儲(chu) 存和運輸過程中需要特殊條件的脆弱物質。圍繞CGT的生產(chan) 環境對製藥業(ye) 務的大公司來說是一個(ge) 巨大的挑戰,他們(men) 的規模擴大和供應鏈麵臨(lin) 著挑戰。盡管如此,它們(men) 對於(yu) 其他難以治療的疾病非常有效,並為(wei) 無數患者提供了希望,因此努力得到了回報!

 這促使我們(men) 尋找解決(jue) 方案來克服這些麻煩 - 例如,我們(men) 提供保護較小體(ti) 積的原料藥的解決(jue) 方案 - RoSS.KSET - 和一次性袋保護RoSS Shell,提供足夠的保護,防止機械應力,如衝(chong) 擊。

改用一次性生物工藝係統時要考慮的事項

 從(cong) 不鏽鋼設備轉換時,必須考慮一次性係統的幾個(ge) 關(guan) 鍵方麵。

 在選擇材料時,必須考慮特定的應用,因為(wei) 應避免使用可萃取物和可浸出物(例如增塑劑)。使用溶劑時,將選擇具有耐溶劑內(nei) 襯的現代多層組件,而不是更便宜的PVC組件。

 一次性支持可以幫助找到一次性組件平台的理想選項,以確保組件的兼容性和互操作性,從(cong) 而充分利用一次性技術。

光明的未來 – 展望近期發展

 如上所述,幾十年前,一次性係統幾乎不存在,此後經曆了巨大的增長。傳(chuan) 統的不鏽鋼容器仍然主導著最大的商業(ye) 規模生物過程(10.000升規模)。

 一次性生物加工市場規模的巨大增長空間,未來五年的複合年增長率(CAGR)估計為(wei) 兩(liang) 位數。在新冠大流行期間突出的生物製藥瓶頸進一步加速了這一趨勢,吸引了許多政府投資以推動發展。人們(men) 普遍預計這種勢頭將在未來十年繼續下去。