我国的生物制药上游研发技术与世界先进水平相差不大，然而下游生产技术却差距明显，传统药品生产模式已不能适应生物制药的需求。由于生物制药项目往往耗资巨大，项目初期设计应注意哪些关键点？如何更好地优化生产工艺，实现高效生产？一次性使用技术是否会为生物制药带来革命性变化……这些问题是业内关注的焦点。本期“生物制药”专刊特设置了“生物制药工程大家谈”栏目，邀请业内专业人士，结合中国生物药企的实际情况，对生物制药工程设计、建造和运营方面进行技术指导，分享成功经验，为读者解惑答疑。
PROCESS： 相比于传统化学药项目，您认为生物制剂项目在厂房设计、工艺验证、质量管理等方面有哪些突出的特点？
刘明力：对于生物制品来说，一般原液和制剂是不分家的，原液没有文号（胰岛素除外），只有制剂有文号，GMP认证也是只对品种说话，原液和制剂是一个不可分割的整体，无论厂房设计、工艺验证还是质量管理，原液和制剂都需要合并考虑。生物制品厂房设计的突出特点主要体现在以下几个方面：
由于生物制品的特殊性，在设计之前应对该品种进行充分的评估，包括生物安全评估、质量风险评估和工艺风险评估；
生物制品生产车间的平面布局一般宜采用单向流设计，并在人流、物流、设备流、产品流、废物流等方面充分考虑预防污染和交叉污染；
图1 “在生物制剂生产中，人、机、料、法、环各大系统都必须保持验证状态，并遵循严格的无菌保证措施，应从系统的层面去考虑，不得有遗漏，不得有盲区，做好每一个细节。”
——刘明力，浙江海正药业股份有限公司生物药质量总监
生物制品生产配套的设施设备宜采用模块化设计，如发酵系统模块、培养基配制系统模块、纯化系统模块、废液灭活系统模块等等，并配套监控系统对工艺参数进行连续监控；
生物制品的生产过程一般对温度控制要求较高，在设计时应充分考虑各个步骤对温度的控制；
由于生物制品生产的可变性以及其副产物的可变性，给预防污染和清洁验证带来了巨大的挑战，可考虑一次性使用技术的应用。
生物制品工艺验证的突出特点主要体现在以下几点：
由于生物制品生产工艺的可变性，从小试到中试再到商业化生产规模，其可变性非常大，工艺控制难，那么就要求在工艺验证前必须对工艺研究非常透彻，所以，前期工艺研究的工作量是巨大的；
由于生物制品的特殊性，验证前对工艺及质量的风险评估就必须非常充分；
工艺参数控制的精确性和连续性显得尤为重要；
要充分考虑到蛋白质的特性，以及工艺参数如温度、pH、电导等对产品的影响；
加强取样的管理，包括取样计划的制定、取样过程的控制、样品的存放条件及时限要求、检测时对样品的处理、检测后对样品的处理等等；
生产及取样过程中还应高度重视产品生物学活性的保持。
图2 “‘药品生命周期验证’的理念需要得到推广，验证是研发、项目设计、调试、验证和生产维持中的关键环节。”
——徐文勤，制药工程领域专家
生物制品质量管理的突出特点主要体现在以下几点：
由于生物制品的复杂性，质量管理最好向前延伸到研发阶段，这对后期的质量管理策略的制定奠定了基础；
厂房设计及建设过程中的质量管理应关注产品的特性及生物安全性；
生产过程中的质量管理必须从原材料（包括菌、毒种或细胞库）、中间产品、原液、半成品、成品到贮存条件等进行全程的质量控制；
工艺验证和清洁验证需要依据产品的特殊性进行额外考虑，质量分析应全面，包括结构确证、杂质、纯度和生物学活性等；
由于生物制品的异质性，其检测方法开发及方法验证难度较大。
PROCESS：您认为对于生物制剂项目，应用欧美风险评估方法需要注意哪些关键点，采取哪些措施可以控制和降低生产过程中的风险？
刘明力：对于生物制品来说，其风险评估应以产品质量为核心进行风险点的识别，从安全性、有效性两个方面进行考虑，影响药品的安全性主要就是杂质，有的杂质是外来的，我们称之为外源性杂质，有的杂质是药品自身变化产生的，我们称之为内源性杂质；与药品的有效性有关的因素主要有含量和生物学活性。
风险评估及风险降低措施的制定，前提是对风险点的识别，对于生物制品来说，其风险点就来自于生产过程中影响产品杂质、含量和生物学活性的所有因素。
我们先说杂质，上面谈到分为内源性和外源性，内源性杂质包括氧化产物、降解产物、相关物质等等，对于内源性杂质的产生因素，不同产品其发生条件不同，我们可根据产品的自身性质进行分析，比如说该产品对氧化敏感，易产生氧化产物，我们就需要在整个生产过程中有氧接触的环节进行控制，采取惰性气体保护等措施进行风险降低。外源性杂质包括微生物、微粒、内毒素等，对于这些外来的杂质，我们应从分析、预防、去除三个方面进行考虑，以微生物控制为例，首先分析整个生产过程中哪些地方可能会污染微生物，找出风险点，然后制定预防措施，如采用密闭系统或层流保护等等，同时还要考虑一点有污染或滋生风险，后续步骤如何去除，如采用除菌过滤方式等等。
另一个重点考虑的方面是含量，药品含量的不足或超出范围对患者来说都是有害的，从法规的角度讲都是劣药，同样我们也是要从整个生产过程去分析哪些因素会导致产品含量不合格，并制定预防措施，比如说灌装精度不好可能会导致含量不合格，那么就要对灌装精度进行确认；比如说发酵表达量达不到要求导致含量不合格，那就就需要对发酵生产过程进行严格的控制，并通过后续的纯化和超滤工艺进行回归性处理。
图3 “一次性使用技术在生物制药领域中的应用已越来越广泛，一次性的概念也越来越多地被国内外药厂认可和接受，并已经应用到了生物制药生产的整个工艺过程中。”
——顿昕，中国医药质量管理协会顾问
最后一个重点考虑的方面是生物学活性，对生物制品来说是非常重要的指标，需要根据产品的自身特性及工艺特点，对整个生产过程进行分析哪些因素会导致生物学活性的降低，蛋白变性或空间结构改变的时候都会影响到产品的生物学活性，而导致蛋白变性或空间结构发生改变的因素又很多，就需要我们逐个步骤逐个因素进行分析，根据分析结果制定分析降低措施，比如说过滤的时候压力过大会使剪切力增加导致蛋白变性，那么就需要对过滤过程的压力参数进行研究，确定最适合的压力并对过滤过程的压力进行严格的控制；比如说调节pH的时候局部浓度过高会引起局部的蛋白变性，那么就要对pH调节操作进行优化，采取更温和的方式进行该步骤操作。
GMP强调确保药品的安全性、有效性和质量可控性，安全性和有效性是目的，质量可控是手段，风险评估要紧紧围绕这一核心进行分析和控制，通过质量控制的手段来消除或降低影响安全性和有效性的负面因素。
PROCESS：生物制剂生产工艺在微生物监测与控制、无菌保证方面有哪些成功的技术措施和经验可供分享？
刘明力：这里只能谈一下大概的思路。生物制品比较典型的工艺大致分为四个阶段，种子扩增培养阶段、发酵培养阶段、蛋白纯化阶段和制剂阶段，其微生物控制或无菌保证可从这几个阶段逐一进行分析。
在种子扩增培养阶段，这一阶段非常重要，一般采用无菌操作，所用的工器具都是经过灭菌且在有效期内的，也可用一次性的，如一次性吸管、培养瓶、摇瓶等；所用的培养基经过灭菌和空培养确认；接种过程严格执行无菌操作，在生物安全柜中进行，及时做好各项消毒工作，并注意清场及废弃物处理。
在发酵培养阶段，染菌是重大的质量事故，导致的损失也非常大，所以此阶段一般都采用密闭系统，可能导致微生物污染的环节很多，需严格控制，如培养基灭菌环节，如果灭菌不彻底会导致染菌；接种环节，一般采用无菌接种手段；取样时一般使用取样瓶无菌对接的方式；发酵培养过程中的补料也是一个比较大的风险点，应确保管路的无菌连接，并在补料过程中确保管路的完好性；在使用前对罐体及各个管路的密封性应得到确认；对于通气管路，其老化、破裂、气膜破损等通常也是导致染菌的原因，应确保整改发酵培养过程密闭完好。
在蛋白纯化阶段，此阶段的产品为原液，因为制剂部分会经过无菌过滤，层析各步也都能起到一定的除菌作用，所以此阶段一般都是非无菌操作，但需控制微生物负荷，尽量采用密闭系统，收集的时候采用自带过滤膜的一次性无菌袋。
图4 “RTU技术将大量被应用，西林瓶、卡式瓶、预灌针、胶塞等已清洗、灭菌，脱包即可使用，大大缩短了批次转换的时间，并且无需CIP、SIP验证。”
——郑金旺，上海东富龙科技股份有限公司副总经理、技术总监
在制剂生产阶段，这一阶段最为重要，一旦有微生物污染，所有工作将前功尽弃，在灭菌系统验证、人员更衣验证、环境监测合格、培养基模拟灌装验证合格的前提下，整个人、机、料、法、环各大系统都必须保持验证状态并遵循严格的无菌保证措施，确保配制系统的密闭性、洗烘灌系统的有效性、过滤系统的完整性等等。这里不是一个点的问题，也不是一个面的问题，而是一个三维立体的系统，从系统的层面去考虑，不得有遗漏，不得有盲区，做好每一个细节。
PROCESS：相比传统化学药项目，您认为生物制剂项目在厂房设计、工艺验证、质量管理等方面有哪些特点？
徐文勤：生物制药项目主要分为两大类，一类是生物制药企业的改造升级，另一类是新兴生物制药技术的应用。一般而言，对于原有设施的改造，传统化学药项目和生物制药项目一样，在厂房设计、工艺验证和质量管理方面都不会面临太大的困难。而对于运用新兴生物制药技术的项目来说，无论从厂房设计还是工艺验证方面来说，情况都完全不同。工艺验证成功与否很大程度上取决于研发数据和设备性能。厂房设计更注重合理性和安全性。质量管理在项目管理中的作用更为显著，成为项目顺利结束的关键环节。
PROCESS：当前生物制剂项目设计存在哪些典型问题？有哪些解决办法？
徐文勤：以下观点，仅就新兴生物制药技术项目而言。生物制剂项目设计一个典型的问题是设计和研发脱节。中外交流的日趋频繁，决定了国内生物制药研发和国际先进水平基本处于同一水准。然而，微弱的差距往往决定了项目的成败。在设计中，我们常常发现，由于研发数据和研发资料的不完备，导致根本无法将实验室研发工艺规模化。应对这种脱节现象，有人采用了一种很有趣的方法，就是把厂房变成很多实验室的集合；而更有效的方法，则是从源头解决问题，注重研发的科学性和稳定性。
另一个典型问题是设计和生产脱节。众所周知，生产工艺应该是研发的放大，然而，由于专业领域的差异，现实中生产工艺设计工程师很难和研发工程师有效沟通。根据以往项目经验进行复制、嫁接，或者是将各种先进设备堆积就成了设计师们必然的选择。这样做的结果自然是导致项目进度的无限拖延，且落成后迟迟无法投产。要根本解决这个问题，需要设计工程师具备深厚的制药研发、生产知识和实际经验。
第三个典型问题是生产和验证脱节。解决这个问题的关键是推广药品生命周期验证理念，把验证看作研发、项目设计、调试、验证和生产维持中的关键环节。
PROCESS：您认为对于生物制剂项目，应用欧美风险评估方法需要注意哪些关键点，采取哪些措施可以控制和降低生产过程中的风险？
徐文勤：项目风险评估一般使用FMEA模式。这种模式的关键是分析故障发生的“可能性”，“严重度”和“可被检测性”。而这3个关键点的确定都需要很丰富的经验。在实际运用中，“严重度”是一个关键指标，假设我们定义“批生产失败”为高严重度事件，若“某事件”发生导致“批生产失败”，则必须对“某事件”进行防范以降低风险至可接受水平。在“严重度”风险水平可被接受基础上，考虑“可能性”和“可被检测性”才有实际意义。
欧美的风险评估方法是一种风险性生产理念，不是说做了评估就可以发现一切风险，也不是说采取了措施就可以化解一切风险。因此，如果我们先采用了先进设备，然后再做评估，那和风险评估的理念是背道而驰的。
PROCESS：针对不同类型的生物药品，如抗体、疫苗、血制品及原料药等，一次性使用技术在哪些工艺中得到了应用？其验证过程与传统工艺有哪些不同?您认为其未来应用趋势如何？？
