抗体药物国家重点实验室数据最新发布:国产“激流”反应器规模生产批蛋白表达量较进口反应器成熟工艺提高近40%


 

 

近日,浙江金仪盛世生物工程有限公司联合抗体药物与靶向治疗国家重点实验室合作完成了一项研究,对比研究了CUR激流式生物反应器和传统搅拌式反应器在抗体药物生产中的性能差异。结果显示,激流式培养模式较传统搅拌模式在项目上细胞密度提高了50%以上,蛋白产量提高了40%以上,拥有良好的线性放大一致性,使抗体药物规模生产成本大幅降低。该研究数据近期公布后,迅速引起了国内国际生物制药产业界的极大关注。美国、俄罗斯、印度等国家的客户陆续来金仪盛世洽谈合作及验厂审计,美国客户当即签署了金额达数千万的采购订单。

 
 
 

 

 

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数据说话

国家级实验室的合作研究

 

此次研究项目的起源,可以追溯到2007年。那一年金仪盛世成立,CUR激流式生物反应器立项研发。经过三年的努力,收获了累累硕果——申请了3项发明专利、多项实用新型专利,获得了浙江省的“科学技术成果鉴定证书”、国家首台套认定,专家组认为CUR激流式生物反应器的整体技术水平处于国际先进,其中在用于疫苗的生产方面处于国际领先的地位。随后,CUR激流式生物反应器陆续开始了在动物疫苗,治疗性蛋白、抗体药物,CGT等领域的应用,进军CDMO市场,服务于生物制药的规模化生产。

 

早在2010年,金仪盛世就与华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室合作,对CUR激流式生物反应器进行了剖析研究,包括对CUR的工作机理,以及与传统的搅拌式、平底型、椎底型生物反应器在典型细胞株培养中的传质、混合、剪切等进行了对比研究。“研究得到了明确的数据,证明了CUR各方面的优势,研究的结果发表于《华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室学报》。

 

提起那次研究,金仪盛世研发副总裁胡福林、CUR发明人之一依然记忆犹新,“这些科学详实的数据,让CUR获得了业内的认可。”当时的研究做到了300L的中试规模,而随着金仪盛世的发展以及CUR的升级迭代,目前CUR已经可以提供2.5L、5L、50L、300L、500L、1200L、2000L规格,可满足抗体药物、疫苗、细胞与基因治疗领域的客户从小试工艺开发、中试放大到商业化规模生产全过程的需求。

 

 

自2020年以来,受新冠疫苗以及国际形势影响,产业链供应链安全问题受到前所未有的重视。越来越多生物药企业开始思考以国产替代构建更安全可控的供应链。因金仪盛世的激流式反应器具有完全自主的知识产权,也有新冠疫苗这样的典型应用案例,在CDMO企业表现出了很好的降本增效表现,自然引起了国内外客户的广泛关注。为了更好的服务于生物制药客户,提供更科学、公允、客观的研究数据,为客户提供参考,在张江生物抗体药物与靶向治疗国家重点实验室的支持下,双方启动了本次研究工作。

 

 

 

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罕见

较成熟工艺蛋白产量提高近40%

 

此次研究十分大胆地选择了一个已经商业化生产的单抗项目进行对比,该项目使用的是进口的传统搅拌式生物反应器。

 

“已经商业化的生产工艺,意味着工艺已经稳定,开发到了极致。”胡福林解释。如此一来,和CUR对比的就是这种工艺的“天花板”状态。敢如此进行对比研究,是金仪盛世对自己产品有十足的信心。

 

在传质、混合以及剪切力这几个反应器影响细胞生长的关键因素方面,得益于区别于传统的工作机理,CUR表现优良。首先,CUR通过机械振荡产生激流,使培养液反复冲刷培养袋内,使氧迅速溶解,通过培养液冲刷拖带气体,制造纳米级可溶解微气泡,并使气泡不断地混合,充分传递,从而使每个细胞都能得到充足的氧及养分,维持细胞正常生长代谢。

 

其次,与传统搅拌式反应器相比,激流式的CUR从结构上就有两大明显区别——无搅拌桨和鼓泡装置。少了这两个装置,使得CUR的设计更为简约,成本更低以外,更关键的是有效地避免了传统机械搅拌对细胞形成的剪切力以及鼓泡式气泡破裂时对细胞形成的剪切力,而且培养时产生的泡沫少,不需要额外添加消泡剂,非常有利于细胞生长。

 

研究培养的是CHO-K1细胞,分别完成了CUR5L、50L、500L的培养。结果显示,在相同工艺下,CUR系列较传统搅拌式反应器,在活率相当的情况下,细胞密度上提高了50%,继而目的蛋白产量提高了40%。

 
CUR5/50L 密度与活率

 

目的蛋白表达量
 

“这种幅度的提高在行业内是比较少见的。”胡福林表示,蛋白产量的大幅度提高,就意味着利润的大幅增加。

 

我们来算一笔经济账,“在培养基、人力、物力等相同资源的投入下,产量能提升40%,成本能节约将近30%。”他强调,“实际上,CUR由于设计简约,设备及耗材的成本还会更低。”以此次研究的已商业化的抗体药物生产为例,在2000L产线规模下将传统搅拌式反应器替换成CUR激流式生物反应器后,2000L规模的产线每年可多收获的原液价值约4500万人民币,这部分可以视为企业的净利润。

 

如此显著的降本增效的情况下,CUR培养的单抗收获液SEC主峰比例与传统搅拌式反应器相比有提高,IEX酸性变异体比例也有一定降低,即在高表达量的同时,产物质量属性表现亦呈现提高。

 

 

 

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线性放大

更快更简单

 

研究还探索了CUR50L到500L的放大工艺。与传统搅拌式反应器相比,CUR的放大策略比较简单,只需要结合CUR传质机制,依据恒定费劳德数进行搅拌速度工艺放大。又因为CUR采用表层通气,简化了工艺设计,降低通气模式的放大难度,只需要根据等体积气体流速(VVM)确定通气相关参数即可。

 

便捷的放大确保了产品放大的连续性,降低研发到生产过程的结果偏差和工艺放大的失败,也为放大工艺摸索节约了大量的时间与物料成本。

 

“因为CUR激流式生物反应器的设计简约,放大时需要考量的点没有传统搅拌式反应器多,因此只要进行简单的换算就可以得出工艺窗口。”胡福林解释。在产品工艺一定的情况下,放大往往需要做许多摸索,而CUR便捷的放大过程,使得这个摸索着将工艺开发到最优的过程变得更为简单,“只需要做少量工作。”胡福林回忆了一下此次研究,从细胞种子准备、场地准备开始,CUR只用了两个多月就完成了从5L到50L、再到500L的放大,一次性放大成功。“这还是在5L时我们做两批的情况下的耗时。”他补充道。而使用传统反应器,这个过程往往需要半年左右,需要进行更多批次的工艺研究,这过程中会产生大量的时间和物料成本。

 

在放大摸索研究时,对比了CUR5L、50L、500L的活细胞密度积分(IVCC)和抗体比生成速率(Qp),发现CUR较传统搅拌式反应器的IVCC有较大幅度提升。CUR5L、50L、500L的收罐IVCC分别提高了41%、53%和49%。同时,CUR的Qp值与传统搅拌式反应器械维持在同等水平(10~11pg/cell/day)。这也意味着,CUR培养过程中,细胞累计数量增多,同时单个细胞的蛋白产量与搅拌式在同一水平。

 

在维持同等Qp值条件下,提高IVCC,最终表达量就能大量提高,CUR5L、50L、500L分别提高了45%、45%和37%。

 

 

IVCC和Qp数据和分析

 

与5L、50L时不同,放大到500L时,研究延长了培养时间,从16天延长至18天。结果发现,CUR500L培养后期,细胞密度和活率依然保持稳定,产物取样分析后质量表征符合原工艺质量要求,那么意味在CUR反应器上蛋白表达的时间延长,在最终收获的蛋白质量不变前提下,产量显著提高。

 

产品质量

 

 

 

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成功商业化

经受住各国监管的考验

 

抗体药物与靶向治疗国家重点实验室此次的研究从5L放大到了500L,而实际生产中,CUR激流反应器已有1200L的商业化使用案例——某生物制药公司客户的重组新型冠状病毒疫苗(腺病毒载体)(Ad5-nCoV)。

 

该客户对重组新冠疫苗进行了饱和式工艺开发,对比了贴壁和悬浮两者培养模式,试用了四家国内外反应器产品,包含搅拌式、激流式、蓝式和固定床式。经过实验比较,激流式反应器灌流培养细胞+批次培养病毒模式脱颖而出,该模式工艺放大简单稳定,该客户在中国国际疫苗创新峰会上分享:较搅拌式反应器,单细胞产毒提高5倍,单位体积产毒提高50倍。

 

 

随着该客户新冠疫苗在国内外的上市使用,先后在天津、上海和江苏建厂,金仪盛世配合客户接受监管部门的核查,为该客户提供相应的质量文件。“无论是欧美的监管部门,还是国内的监管部门,对我们提供的质量文件没有提出异议和询问。”这证明了CUR激流反应器的产品质量及合规方面经得起各国监管部门的考验。

 

无论是自身的实验,还是第三方国家重点实验室的研究数据,及商业化规模的应用,都证明了金仪盛世的CUR激流式生物反应器是生物制药领域国产替代的优选项。“我们坚信在这个领域,无论是横向比较还是纵向比较,CUR激流式生物反应器都是一个明智,理性的选择。”在沟通的过程中我们了解到,CUR激流式反应器除了在单抗领域有很高的应用价值,在细胞与基因治疗领域也有许多成功的案例,可为CGT领域的细胞培养提供更具性价比的本土化的解决方案。

 

关于质量,胡福林直言:“质量没有最好,只有更好!”金仪盛世在质量管理上,将继续对标国际先进的生物制药设备供应商,不断地优化,提高自身产品质量。

 

关于价格,他则希望充分利用中国制造业大国的优势,不断打造、完善供应链,提质降本,为客户提供更具有竞争力的产品与服务。

 

默沙东公司创始人George W. Merck讲过一句话,“我们应当永远铭记:药品是为人类健康而生产,不是为追求利润而制造的。只要我们坚守这一信念,利润必将随之而来。”金仪盛世管理层也是将这句话做为了公司的核心价值观在日常工作中自省的。

 

 

“无论是解决被国外‘卡脖子’,保障产业链供应链安全可控;还是国家医保谈判、国家集中采购等大背景下的降本增效要求,生物制药装备及相关耗材的国产替代都是大势所趋,持续为客户提供有价值的服务,做赢一个优秀的民族品牌是金仪盛世发展的核心定位。”

 

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