“藥”點筆記 | 淺析新冠病毒疫苗研發技術路線及工藝解決方案 (下)物工藝
為什么人們會選擇一次性產品？
歸根結底，是因為快速，靈活和安全。
關于快速性，可以做個簡單的比較：
不銹鋼配儲液工藝，從設計到施工、驗收，一般需要一年半到兩年時間，甚至更長。而一次性工藝，只需3～6個月。只要廠房水電可用，一次性設備的硬件到貨，把袋子組裝完成后便可以立即進行生產。尤其在目前新型冠狀病毒全球爆發的情況下，能夠快速的進行疫苗生產就顯得尤為重要。
在靈活性上，假設工廠里已經有一條一次性的生產線，這時如果要生產其他的疫苗，只需改一些管路，袋子設計，接口等，就能生產新的產品。從生產的角度說，設備轉換更為靈活。除此之外，采用病毒滅活工藝制備的新冠疫苗，是在P3廠房進行的，采用一次性產品可以減少清洗容器具廢水產生，大大降低了，排廢處理的時間和成本。
至于安全性則更加直觀。一次性產品完全在密閉容器內，進行溶液的傳輸，這些溶液中就包括滅活前，大規模發酵的病毒收獲液，各步驟含大量病毒純化中間體。將這些溶液控制在密閉容器中，大大降低了病毒泄漏對操作人員威脅，提高了生物安全。
在一般的疫苗生產過程中，一次性工藝可以應用在培養基的配制、下游緩沖液的配制，制劑灌裝環節，還可以進行輔料佐劑的配制以及一次性的制劑灌裝線的設計。整個上游到下游，包括無菌的連接和斷開，都可以通過一次性技術實現。
由于上下游的緩沖液和培養基的配制應用相對簡單（攪拌、過濾、存儲）所以本文會重點分享制劑灌裝環節中一次性產品的優勢。
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一般半成品配制后就是分裝環節。其中會涉及到不同的儲藏方式：有的蛋白需要凍存，有的蛋白則是常溫儲存或2～8攝氏度儲存。制劑灌裝時，可以把每個單價原液蛋白拿出來。
由于每個單價原液的蛋白含量所用的量不一樣，可以通過加一步稱重從而得到每個單價原液蛋白精確的含量。再將不同價的蛋白分別通過無菌焊接的方式進入半成品配制的袋子里，加上佐劑，就可以進行半成品配制。配制完成后，可以采用OPTA無菌對接方式，跟灌裝機里的設備管路進行對接，然后進行灌裝。這是多價疫苗制劑灌裝的一條線。另一個是4價疫苗，工藝就是通過每個單價，4條線下來，分別過濾后到混勻設備里。第4個單價下來后再匯到總的混勻袋里，跟制劑灌裝線灌裝機進行對接。整個對接工藝都可以采用無菌接頭的方式。對接完成后，便可以進行灌裝。
因此整個流程涉及四類設備，分別是混勻，無菌連接和斷開，無菌傳輸系統，以及灌裝系統。
1. 混勻
就混勻攪拌系統而言，目前市面上比較常見的有三大類：
■ 上攪拌
■ 磁力攪拌
■ 磁懸浮攪拌
上攪拌有個較為突出的問題就是放大性不是很好：例如在3000L的時候，這種方式無論是操作性還是封閉性，都有很大問題，所以逐漸被淘汰了。
第二類是磁力攪拌，是目前行業里使用最廣泛的方案，但它同樣存在問題——由于下面有軸封，攪拌的時候會有顆粒物釋放，密封性有時候也有問題。而最優方案，就是磁懸浮攪拌。完全的磁耦合懸浮形式因為沒有摩擦，顆粒物幾乎可以忽略，同時由于攪拌比較溫和，所以剪切力也比較低。
這里要介紹一下賽多利斯新的攪拌系統。我們最新一代的攪拌系統Flexsafe? Pro Mixer由三個部分構成：
1. 外框架，主要起到支撐袋體的作用。支持50L到3000L的體積（涵蓋了生物制藥的全部規模）。
2. 驅動，通過磁懸浮技術實現混勻驅動，但不同于以往的磁懸浮——是高扭矩高轉速的驅動。它的轉速最大可以達到750rpm，同時還不需要充磁。用過磁懸浮攪拌系統的人都知道：老式的磁懸浮的系統都需要充磁——使用前要先充半個小時。ProMixer則無需這個步驟。
3.內部的攪拌袋膜材，強大的Flexsafe膜材——賽多利斯最新的膜材。袋體上還可以整合一次性的PH電機和電導電極，可以實現在線參數監測。
Flexsafe? Pro Mixer 內部結構
攪拌系統需要足夠強勁的攪拌效率才能保證在上游使用時的攪拌效果。賽多利斯對自己的攪拌系統進行了計算機的流體力學模擬，能夠驗證攪拌的時候袋體內部情況以及流體動作能否確保混勻的效果。同時我們還會進行實際測試以保障性能。
除此之外，混勻的過程可能對蛋白活性造成影響。其中主要風險來自剪切力。賽多利斯能夠模擬剪切力在攪拌過程中的強度并評估對是否會對產品造成影響。通過對攪拌槳的獨特設計——鈍角設計且槳葉高度低，ProMixer能夠在保證混勻效果的同時將剪切力完全控制在可接受范圍內，從而保證蛋白在混勻的時候不會受到影響。
2. 無菌連接/斷開
無菌連接/斷開不僅在制劑環節非常重要，整個上下游都會涉及到這部分的技術——例如狂犬疫苗就是從上到下全無菌的工藝。由于產品蛋白不能過濾，整個環節從上游接種開始直到最后制劑灌裝的所有過程都會使用到無菌連接/斷開。賽多利斯對于無菌連接有兩個解決方案：接管機和無菌接頭。
賽多利斯接管機的工作原理是將兩根管子放到設備里，啟動后會有一個加熱刀片將管子切斷，再采用旋轉的方式，將兩根切斷的管子對接上，冷卻，就可以實現無菌焊接。整個過程中，無需任何環境限制，就能夠進行全自動的無菌連接。整個過程全自動化，無需擔心人為操作的失誤。能夠應用在上游的接種和培養基的轉移，補料，以及下游的全無菌工藝。
另外就是無菌接頭的對接方式。OPTA無菌對接頭是抽紙式連接器，需要預先安裝在管路的出口再進行對接，實現無菌對接。同樣對環境沒有任何要求。但相對前面還多了兩個應用點：一個就是制劑灌裝時候的無菌對接——制劑灌裝的時候會盡量避免選擇加熱的方式，因為加熱會導致一些析出的風險。
疫苗行業還好，因為使用的量很少，一個人接種0.5ml，所以可以采用熱力式的連接方式。但單抗用于治療，病人整個療程下來可能要打多至幾百毫升的藥物進去——這個時候使用機械式的連接更為安全。第二是可以進行硅膠管的連接。熱力式的連接只能是熱塑管連接，無菌對接頭可以連接普通硅膠管。
OPTA
對應的，賽多利斯也可以提供兩種斷開方案：一種是熱力式的斷開，一種是機械式的。
熱力式的斷開是使用最新一代的Biosealer
TC，管子放進去以后會對管子夾緊，加熱從而使熱塑管熔化粘合在一起。拿下來后用剪刀斷開，輕松實現無菌斷開。賽多利斯最新一代的無菌封管機目前可以適配OD
1/4到1英寸的管徑，適配多種品牌管路。同時都內置好了相應程序，只需切換程序即可斷開不同品牌的管路。小巧靈活，可以靈活放置使用操作方式為觸屏式。
無菌連接料液轉移完后就可以采用它進行斷開。賽多利斯的Clipster無菌斷開器是全機械的，配合兩個斷開器，可以對管路任意位置進行斷開，快捷方便。機械結構帶來極高的可靠性。同樣，在制劑環節中也可以用Clipster斷開硅膠管路。
Clipster
3. 無菌傳輸
料液過濾完成后就是灌裝的步驟，會涉及到B級到A級或C級到A級的傳輸工藝——無菌傳輸系統就顯得至關重要。無菌傳輸系統，嚴格意義上是隔絕兩個級別的目的設計的系統。賽多利斯有兩種解決方案：一個是Biosafe，固體和液體都能夠傳輸。內部的開放式管路能夠伸到A級環境里，跟灌裝管路對接。外部的管路接頭是無菌接頭，通過跟料液對接，能夠把料液順序傳輸進去，保持內外隔離狀態。除此之外，Biosafe還可以用來傳輸固體：例如膠塞，或是有QC檢測樣品要取出——向內向外都可以進行傳輸。
第二套解決方案是SART系統，適用于液體傳輸。SART系統原理與Biosafe類似，能夠在實現完全隔離內外兩個級別的環境的條件下實現料液傳輸。
4. 罐裝
料液傳輸后還需要被灌裝到西林瓶或者預充針中。這部分的產品原理上比較簡單，就是一個灌裝緩沖袋，下面接上了一根根的灌裝管路，管路最末端還有灌裝針，袋體上方還有進液管，把除菌料液通過進液管進入袋體，從下面每個分支管路進行灌裝，實現這樣一個功能。設置緩沖袋的目的是為了平衡內外的泵差。袋子的設計會有一些技巧。以賽多利斯的袋子為例，是一個長方形折疊的袋子——折疊最底部再連接上灌裝管路。其優點在于折疊后兩邊會有一部分的液體被均勻平衡地分到兩邊，從而使得對下方的壓力持續保持一致。這種設計能夠使得罐裝的精度大大提高，還能保證最后的排空率。
此外，袋子上還有4個呼吸器，作用在于平衡內外壓力。密封狀態下，灌裝造成的液面變化會導致壓力的變化，從而影響灌裝精度。這4個呼吸器則可以保障壓力平衡，提高精度。另外，如果蛋白對氧氣敏感，呼吸器則可以用于充入氮氣或是惰性氣體來對蛋白進行保護。我們還有配套的一次性罐裝針，無需再清洗、驗證。
由于這個袋子處于整個流程末尾的最高風險環節，賽多利斯在生產時采用最高級別的質檢。袋子生產時，每批產品，都額外會生產若干個用于破壞測試。只有在各項指標測完沒有任何問題后，這個批次產品才會放行。