在一次性生產(chǎn)解決方案初次發(fā)布后不久，一次性技術(shù) （SUT）就被行業(yè)接受。從市場(chǎng)的角度來(lái)看，單克隆抗體(mAb)代表了一個(gè)重要的產(chǎn)品類(lèi)別，該等實(shí)體的生產(chǎn)平臺具有高度一致性的特點(diǎn)。因此，設備供應商最初專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)用于制造該產(chǎn)品組的設備和相關(guān)一次性組件。因此，設備供應商最初專(zhuān)注于用于生產(chǎn)該產(chǎn)品組的設備和相關(guān)一次性組的開(kāi)發(fā)。
在過(guò)去十年中，抗體偶聯(lián)物藥物（ADC），在廣義上也稱(chēng)為生物偶聯(lián)物，采用了一次性制造技術(shù)。這一趨勢是由產(chǎn)品安全考慮(避免交叉污染)和職業(yè)暴露限制(OEL)要求驅動(dòng)的。盡管最初在臨床上遇到了挫折，但ADC代表了一個(gè)不斷增長(cháng)的細分市場(chǎng)，有70多種產(chǎn)品處于臨床開(kāi)發(fā)階段，并推出了4種產(chǎn)品，即Kadcyla™（羅氏基因泰克），Adcetris™（西雅圖遺傳學(xué)），Mylotarg™和Besponsa™（輝瑞）。
從作用方式的角度來(lái)看，ADC被認為是化療藥物，因為它們結合了小分子的細胞毒性或細胞抑制活性與mAb的選擇性?？贵w單元特異性地識別腫瘤抗原，因此，有效載荷可以傳遞到所需的靶標。這些有效載荷的全身毒性太高，無(wú)法在沒(méi)有靶向功能的情況下使用。一個(gè)關(guān)鍵的生產(chǎn)步驟是在mAb和高效有效載荷（即活性藥物成分（HPAPI））之間形成共價(jià)化學(xué)鍵，也稱(chēng)為“彈頭"或“毒素"。常見(jiàn)的有效載荷是美登素類(lèi)化合物（DM1和DM4），奧利他?。∕MAE和MMAF）和吡咯苯二氮卓類(lèi)（PBD）衍生物，后者顯示出最高的效力。有效載荷通過(guò)不同復雜性的連接子與mAb偶聯(lián)。在大多數情況下，這些連接子與mAb恒定結構域中的半胱氨酸或賴(lài)氨酸殘基結合。半胱氨酸基和賴(lài)氨酸基偶聯(lián)示意性地顯示在圖1中。有關(guān)ADC結構和功能方面的更多詳細信息，我們向感興趣的讀者推薦Hoffmann等人的評論論文。
除上述ADC外，術(shù)語(yǔ)生物偶聯(lián)物還包括其他化學(xué)修飾的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)通常不被歸類(lèi)為HPAPI，例如：
● 聚合物（例如聚乙二醇、淀粉和聚唾液酸）偶聯(lián)mAb，其中聚合物單元的功能是改變mAb的藥代動(dòng)力學(xué)
● mAb與抗生素偶聯(lián)，可有效靶向治療細菌感染
● mAb與結合放射性核素的螯合劑偶聯(lián)，用于向靶向癌細胞遞送細胞毒性輻射（放射免疫療法）
● 弱抗原（例如細菌多糖）與蛋白質(zhì)性質(zhì)的強抗原的結合疫苗，可引發(fā)針對弱抗原的更強免疫應答
雖然選擇性通常通過(guò)使用完整的單抗來(lái)保證，但該功能可以由工程抗體(如片段抗原結合(Fab)、單鏈可變片段(scFv)、單域抗體(sdAb)或另一種抗體模擬支架(affbody、DARPin、anticalin、alphabody等)來(lái)替代。 生物偶聯(lián)物的結構復雜性，加上ADC的高效能，使得這些產(chǎn)品的生產(chǎn)成為一項具有挑戰性的任務(wù)。
2007 年，龍沙是投資專(zhuān)用生物偶聯(lián)設施的合同制造組織之一，當時(shí)的重點(diǎn)是 ADC。在調試后的 10 年中，該設施發(fā)布了來(lái)自 30 多種不同產(chǎn)品的 500 多個(gè)臨床和商業(yè)批次。玻璃和不銹鋼多用途設備用于初始生產(chǎn)，一次性技術(shù)的采用僅限于無(wú)菌過(guò)濾器、轉移管、取樣裝置和儲物袋。2014年，推出了一個(gè)一次性的生產(chǎn)平臺，該平臺包括 50-200L一次性混合袋技術(shù)和切向流過(guò)濾 （TFF） 撬塊，適用于高達3 m2 的膜面積。從那時(shí)起，大多數臨床項目都是在更大規模的端到端SUT生產(chǎn)設置中執行的。這一發(fā)展是由以下好處推動(dòng)的：
● 降低操作人員接觸有毒化合物的風(fēng)險
● 避免了每個(gè)HPAPI的生產(chǎn)都需要專(zhuān)用設備，這在項目周轉率高的情況下是一個(gè)重大缺陷
● 由于消除了交叉污染問(wèn)題，縮短了生產(chǎn)中的實(shí)施時(shí)間;從清潔風(fēng)險評估開(kāi)始，擴展到執行試樣研究、開(kāi)發(fā)特定產(chǎn)品的清潔程序和清潔驗證的清潔計劃已經(jīng)過(guò)時(shí)
● 考慮到ADC的穩定增長(cháng)正在挑戰現有分析方法的檢測和量化極限，減少清潔監測的分析工作
● 減少清潔過(guò)程中有毒廢物流的數量。
本章下一節將討論使用基于聚合物的生產(chǎn)設備的缺點(diǎn)，描述ADC制造中一次性解決方案的開(kāi)發(fā)進(jìn)展。
在A(yíng)DC工藝中使用一次性產(chǎn)品挑戰
有機溶劑的使用
一個(gè)挑戰是產(chǎn)品接觸表面暴露于有機溶劑中，這可能會(huì )對物理穩定性產(chǎn)生負面影響，并可能導致可浸出物水平升高。美國食品和藥物管理局和歐洲藥品管理局的法規明確規定，包括一次性使用系統在內的加工設備不應對產(chǎn)品安全和質(zhì)量造成任何危害。典型的親脂性負載通常溶解在有機溶劑中，極性非質(zhì)子溶劑如二甲亞砜，二甲基甲酰胺，或二甲基乙酰胺是常用的。另外化學(xué)反應通常在含有10-25%有機溶劑的緩沖水溶液中進(jìn)行，以便在偶聯(lián)步驟中保持小分子的溶解度。隨后的純化步驟應設計為清洗溶劑、可浸出物、偶聯(lián)試劑（即活化劑）、非偶聯(lián)有效載荷和淬滅劑。與工藝溶液接觸的一次性材料應仔細評估在所選溶劑濃度和工藝條件下的相容性。Weibing Ding[8]指出了在基于科學(xué)的風(fēng)險評估中需要考慮的以下方面：（i）工藝流體和一次性系統之間的化學(xué)相容性，（ii）產(chǎn)品成分，（iii）材料接觸面積，（iv）接觸時(shí)間，（v）工藝溫度，（vi）預滅菌方法，以及（vii）與最終容器封閉系統的距離。
幸運的是，大多數生物工藝容器和一次性混合袋的產(chǎn)品接觸層由聚乙烯組成，聚乙烯與溶劑含量低于25%的水溶液相容。然而，一次性組件，如由聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯或聚偏二氟乙烯制成的連接器可能對類(lèi)似的水溶劑混合物的抵抗力較低，這可能導致化學(xué)品浸出增加，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，與25-100%的溶膠排放含量相關(guān)的問(wèn)題也帶來(lái)了挑戰，這可以通過(guò)在一次性使用模式下使用玻璃瓶和不銹鋼連接器來(lái)解決。
總之，全面的可浸出物風(fēng)險評估和仔細選擇一次性使用的設備組件相結合，可以將最終產(chǎn)品中的可浸出物濃度降低到可接受的水平。
HPAPI的安全性和處理
ADC生產(chǎn)需要處理具有細胞抑制或細胞毒性特征的高效成分。因此，需要特別注意職業(yè)安全和健康以及避免交叉污染。因此，保護雇員或合同工人不因接觸在制造過(guò)程中處理的化學(xué)品而對健康產(chǎn)生任何負面影響是至關(guān)重要的?；ば袠I(yè)已經(jīng)為化合物（包括藥物中間體和藥物）制定了分類(lèi)系統，該系統基于定義OELs，即工作區域空氣中定義的化學(xué)品的最大可接受濃度。隨著(zhù)時(shí)間的推移，建議的分類(lèi)系統已經(jīng)演變成SafeBridge標準，該標準有四個(gè)類(lèi)別。用于A(yíng)DC生產(chǎn)的化學(xué)品的典型OELs范圍在100到1ng/m3之間。
在工人保護和職業(yè)健康方面的圣杯是“封閉式制造"，與固定不銹鋼管道互連的不銹鋼設備是封閉式生產(chǎn)的經(jīng)典解決方案。然而，近年來(lái)，我們已經(jīng)能夠證明，從職業(yè)安全和交叉污染控制的角度來(lái)看，商用一次性設備是一個(gè)不錯的選擇，并且可以得出結論，一次性工藝解決方案非常適合封閉、無(wú)菌的處理。所選溶液工作可靠，能夠承受偶聯(lián)過(guò)程所需的相當溫和的反應條件（溫度、壓力和溶劑濃度），因為更具腐蝕性的工藝條件也對mAb有害。
許多公司細分為六個(gè)產(chǎn)品類(lèi)別（安全橋1和2為三個(gè)類(lèi)別，安全橋3和4為3類(lèi)）。這允許工作標準定義具有更高的粒度。下表總結了中概述的信息。
用萘普生模擬典型接合過(guò)程的替代研究經(jīng)常進(jìn)行，以驗證遏制。生產(chǎn)區域的表面拭子和空氣中顆粒的監測為生產(chǎn)設備和設施的適用性提供了證據。
關(guān)鍵單元操作
1 攪拌罐中的反應
除了轉移，在生產(chǎn)生物偶聯(lián)物時(shí)需要考慮的關(guān)鍵單元操作是攪拌槽、TFF、柱層析、在線(xiàn)過(guò)濾和凍融循環(huán)中的反應。
傳統的生物制藥生產(chǎn)主要使用一次性的攪拌槽來(lái)保持中間產(chǎn)品溶液的均勻性，而生物偶聯(lián)物的生產(chǎn)涉及在一次性攪拌槽中進(jìn)行化學(xué)反應。這些例子包括（i）mAb的還原（半胱氨酸偶聯(lián)），（ii）選擇性再氧化，以及（iii）連接子有效載荷與mAb的偶聯(lián)。對于某些試劑添加步驟，所得反應溶液的快速均質(zhì)化對于獲得所需的產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量屬性以及獲得多個(gè)批次的可重現產(chǎn)品曲線(xiàn)至關(guān)重要。由于試劑可充注于有機溶劑中，因此一次性設備應保證在適當短的時(shí)間范圍內將水相和有機相混合到均勻的溶液中。
2 切向流過(guò)濾
在A(yíng)DC生產(chǎn)中，TFF用于（i）清除溶劑，（ii）去除小分子反應物，如氧化劑和還原劑或過(guò)量的連接子有效載荷，（iii）緩沖液的交換，（iv）（中間）產(chǎn)物的濃度。根據藥物特性和目標藥物濃度，產(chǎn)品溶液可能變得非常粘稠。在我們的設施中引入端到端一次性生產(chǎn)ADC時(shí)，市售TFF設備和相關(guān)流量組的設計只能承受2.5 bar（g）的壓力。因此，龍沙團隊不得不重新設計和調整流量組，以抵抗更高的壓力。重新設計的一次性 TFF 歧管可在高達 4 bar（g） 的進(jìn)料壓力下運行。最初可用的 1/2“ TFF 撬塊僅限于 3 m2 膜面積，這將批量大小限制為 100-200 g 蛋白質(zhì)。最近推出的 1“ 一次性 TFF 撬塊可容納高達 10 m2 的膜面積，典型批量大小可達 1 kg，從而擴大了 SUT 在 ADC 制造中的應用范圍。使用后處理與產(chǎn)品接觸的材料（包括膜和歧管）大大減少了處理受污染設備所需的時(shí)間，并將清潔過(guò)程中產(chǎn)生的有毒廢物和需要特定處理的廢物的數量降低。
3 色譜法
雖然早期的ADC產(chǎn)品避免了色譜步驟，但臨床開(kāi)發(fā)中許多產(chǎn)品的過(guò)程包括精純步驟，通常用于去除大分子產(chǎn)品相關(guān)雜質(zhì)。從操作的角度來(lái)看，最好使用預填充柱，因為這些可以在不打開(kāi)的情況下處理，從而避免操作員接觸高效化合物，這種風(fēng)險在多用途色譜柱的拆包過(guò)程中特別高。
4 過(guò)濾和轉移
在生物制藥生產(chǎn)的情況下，0.2毫米過(guò)濾操作基本上服務(wù)于生物負荷控制的目的。深度過(guò)濾偶爾用于去除加工過(guò)程中形成的骨料。蠕動(dòng)泵與生物丁橡膠管相結合，適用于標準輸送和過(guò)濾步驟。由于其接觸面積大，工藝過(guò)濾器在可提取物和可浸出物風(fēng)險評估中需要高度關(guān)注。
5 原液凍融
根據藥品生產(chǎn)場(chǎng)所的工藝量和能力，生物偶聯(lián)原料藥(BDS)在-20℃或-65℃以下冷凍和儲存之前被釋放到冷凍容器、二維 (2D) 袋、大瓶或瓶子中。從操作角度來(lái)看，冷凍容器和袋子比瓶裝解決方案更受青睞，因為它們可以進(jìn)行密閉分裝，而無(wú)需“A 級"潔凈室環(huán)境。
使用2D袋作為5-20升體積的冷凍容器已經(jīng)變得非常流行。其原因是（i）溶液的一次性使用性質(zhì)，（ii）使用配備無(wú)菌連接器和斷開(kāi)器的歧管的封閉分裝能力，（iii）提高可擴展性，（iv）開(kāi)發(fā)用于安全運輸的保護殼，（v）對低溫濃縮效應和袋子儲存的良好控制，以及（vi）更高的冷藏室儲存密度。上述保護殼的開(kāi)發(fā)有助于克服諸如在低于-65°C的溫度下袋脆性增加等弱點(diǎn)。需要考慮聚合物的玻璃化轉變溫度以及端口和管道在運輸過(guò)程中承受機械應力的情況。另一個(gè)可取的特點(diǎn)是與凍融設備解決方案的連接性和靈活性，例如板式凍融裝置和靜態(tài)或具有主動(dòng)空氣再循環(huán)的鼓風(fēng)冷凍機，以避免投資購買(mǎi)額外的設備。由于凍融速度會(huì )影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此控制凍融的趨勢也很明顯。
半胱氨酸偶聯(lián)過(guò)程–ADC生產(chǎn)工藝案例研究
半胱氨酸偶聯(lián)過(guò)程在龍沙ADC設施中的一次性設備中端到端運行，每批提供數百克ADC。這種一次性的生產(chǎn)設置使內毒素控制到某些治療適應癥所需的非常低的濃度。偶聯(lián)和滲濾步驟在一次性混合袋中進(jìn)行，混合袋的處理體積在 10 至 200 L之間，含有 200g API。
該過(guò)程從使用還原劑解凍和還原mAb開(kāi)始；常用的還原劑是三（2-羧乙基）膦（TCEP）的水溶液，可將mAb的分子間二硫鍵還原為兩個(gè)硫醇基團。標準的一次性混合袋非常適合此操作。第一代半胱氨酸偶聯(lián)過(guò)程直接進(jìn)入偶聯(lián)步驟，這通常導致統計學(xué)分布的藥物抗體比（DAR）為0-8。ADC藥物具有特定的平均DAR，通常在2-4范圍內.如表4.所示，第二代半胱氨酸與工程抗體的偶聯(lián)過(guò)程引入了選擇性再氧化步驟（通常使用脫羥基抗壞血酸），該步驟只保留選定的硫醇功能，并恢復mAb中確定位置的二硫鍵。這種還原后選擇性再氧化的過(guò)程是位點(diǎn)選擇性結合的先決條件。在偶聯(lián)步驟之后，這導致具有相同兩個(gè)硫醇偶聯(lián)且DAR為2的單產(chǎn)物物種。 在選擇性再氧化之前，過(guò)量的還原劑通過(guò)在單次使用的TFF設備中進(jìn)行透析過(guò)濾來(lái)去除。然后對還原的mAb進(jìn)行選擇性再氧化。
在下一步中，mAb中剩余的硫醇功能與一定量的連接子有效載荷分子偶聯(lián)，并在反應完成后淬滅過(guò)量的藥物連接子（N-乙酰半胱氨酸已被確定為合適的淬滅試劑）。然后在TFF操作或隨后的精純色譜步驟中清除工藝雜質(zhì)。后者使用預填充柱在一次性色譜撬塊上運行，以提供數百升規模的高純度產(chǎn)品。在A(yíng)DC生產(chǎn)中使用預填充柱與一次性設備結合使用被證明特別有益，因為：
● 對色譜柱填料和拆包設備沒(méi)有要求
● 節省了包裝和拆包色譜柱的時(shí)間;色譜柱還可以在一次性模式下靈活使用，也可以清潔和儲存以進(jìn)行多次使用和
● 職業(yè)暴露風(fēng)險降低；HAPI污染樹(shù)脂的開(kāi)放式處理需要采取重大的密閉措施，以確保操作人員的安全并控制交叉污染風(fēng)險。
然后，精純步驟的產(chǎn)品池通常以10-20倍的倍數濃縮至通常超過(guò)10克/升的目標濃度?？紤]到高濃度因素，還應將設備滯留因素考慮在內。此外，小分子偶聯(lián)伴侶的高濃度和特性會(huì )影響粘度。
濃縮產(chǎn)品最終配制成BDS，過(guò)濾并填充到PETG瓶或2-D袋中，冷凍至-20°C以下或-65°C以下。 必須注意避免低溫濃縮效應，這可能會(huì )對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。
總結和結論
ADC和其他生物偶聯(lián)物的生產(chǎn)要求嚴格，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全的工作條件。此外，有機合成與生物加工中更常用的技術(shù)相結合是相當不尋常的。然而，正是與生物工藝的接近鼓勵了利用SUT制造ADC。許多優(yōu)點(diǎn)包括改善職業(yè)暴露風(fēng)險狀況，降低投資成本，特別是臨床生產(chǎn)方面，顯著(zhù)降低交叉污染問(wèn)題，以及大大減少清潔過(guò)程中的有毒廢物流。與不銹鋼設備生產(chǎn)相比，使用聚合物基接觸材料的一個(gè)缺點(diǎn)是可浸出物風(fēng)險增加。然而，正如許多活動(dòng)所證明的那樣，這種風(fēng)險可以通過(guò)可浸出物風(fēng)險評估和細致地選擇一次性生產(chǎn)解決方案來(lái)管理。根據我們的經(jīng)驗，SUT在A(yíng)DC生產(chǎn)中的利用率在安全性、設備功能和總體項目成本方面是相當或更優(yōu)。 如本文所示，如今可以使用一次性設備成功生產(chǎn)ADC?，F有的規模限制將逐步克服，結合一次性設備方面的進(jìn)展，將確認SUT進(jìn)一步應用的趨勢。此外，目前用于A(yíng)DC生產(chǎn)的技術(shù)解決方案可能為在化學(xué)制造的其他領(lǐng)域實(shí)施一次性設備鋪平道路。
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