浅析新冠病毒疫苗研发技术路线及工艺
“药”点笔记 | 浅析新冠病毒疫苗研发技术路线及工艺解决方案 (下)物工艺
为什么人们会选择一次性产品？
归根结底，是因为快速，灵活和安全。
关于快速性，可以做个简单的比较：
不锈钢配储液工艺，从设计到施工、验收，一般需要一年半到两年时间，甚至更长。而一次性工艺，只需3～6个月。只要厂房水电可用，一次性设备的硬件到货，把袋子组装完成后便可以立即进行生产。尤其在目前新型冠状病毒全球爆发的情况下，能够快速的进行疫苗生产就显得尤为重要。
在灵活性上，假设工厂里已经有一条一次性的生产线，这时如果要生产其他的疫苗，只需改一些管路，袋子设计，接口等，就能生产新的产品。从生产的角度说，设备转换更为灵活。除此之外，采用病毒灭活工艺制备的新冠疫苗，是在P3厂房进行的，采用一次性产品可以减少清洗容器具废水产生，大大降低了，排废处理的时间和成本。
至于安全性则更加直观。一次性产品完全在密闭容器内，进行溶液的传输，这些溶液中就包括灭活前，大规模发酵的病毒收获液，各步骤含大量病毒纯化中间体。将这些溶液控制在密闭容器中，大大降低了病毒泄漏对操作人员威胁，提高了生物安全。
在一般的疫苗生产过程中，一次性工艺可以应用在培养基的配制、下游缓冲液的配制，制剂灌装环节，还可以进行辅料佐剂的配制以及一次性的制剂灌装线的设计。整个上游到下游，包括无菌的连接和断开，都可以通过一次性技术实现。
由于上下游的缓冲液和培养基的配制应用相对简单（搅拌、过滤、存储）所以本文会重点分享制剂灌装环节中一次性产品的优势。
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一般半成品配制后就是分装环节。其中会涉及到不同的储藏方式：有的蛋白需要冻存，有的蛋白则是常温储存或2～8摄氏度储存。制剂灌装时，可以把每个单价原液蛋白拿出来。
由于每个单价原液的蛋白含量所用的量不一样，可以通过加一步称重从而得到每个单价原液蛋白精确的含量。再将不同价的蛋白分别通过无菌焊接的方式进入半成品配制的袋子里，加上佐剂，就可以进行半成品配制。配制完成后，可以采用OPTA无菌对接方式，跟灌装机里的设备管路进行对接，然后进行灌装。这是多价疫苗制剂灌装的一条线。另一个是4价疫苗，工艺就是通过每个单价，4条线下来，分别过滤后到混匀设备里。第4个单价下来后再汇到总的混匀袋里，跟制剂灌装线灌装机进行对接。整个对接工艺都可以采用无菌接头的方式。对接完成后，便可以进行灌装。
因此整个流程涉及四类设备，分别是混匀，无菌连接和断开，无菌传输系统，以及灌装系统。
1. 混匀
就混匀搅拌系统而言，目前市面上比较常见的有三大类：
■ 上搅拌
■ 磁力搅拌
■ 磁悬浮搅拌
上搅拌有个较为突出的问题就是放大性不是很好：例如在3000L的时候，这种方式无论是操作性还是封闭性，都有很大问题，所以逐渐被淘汰了。
第二类是磁力搅拌，是目前行业里使用最广泛的方案，但它同样存在问题——由于下面有轴封，搅拌的时候会有颗粒物释放，密封性有时候也有问题。而最优方案，就是磁悬浮搅拌。完全的磁耦合悬浮形式因为没有摩擦，颗粒物几乎可以忽略，同时由于搅拌比较温和，所以剪切力也比较低。
这里要介绍一下赛多利斯新的搅拌系统。我们最新一代的搅拌系统Flexsafe® Pro Mixer由三个部分构成：
1. 外框架，主要起到支撑袋体的作用。支持50L到3000L的体积（涵盖了生物制药的全部规模）。
2. 驱动，通过磁悬浮技术实现混匀驱动，但不同于以往的磁悬浮——是高扭矩高转速的驱动。它的转速最大可以达到750rpm，同时还不需要充磁。用过磁悬浮搅拌系统的人都知道：老式的磁悬浮的系统都需要充磁——使用前要先充半个小时。ProMixer则无需这个步骤。
3.内部的搅拌袋膜材，强大的Flexsafe膜材——赛多利斯最新的膜材。袋体上还可以整合一次性的PH电机和电导电极，可以实现在线参数监测。
Flexsafe® Pro Mixer 内部结构
搅拌系统需要足够强劲的搅拌效率才能保证在上游使用时的搅拌效果。赛多利斯对自己的搅拌系统进行了计算机的流体力学模拟，能够验证搅拌的时候袋体内部情况以及流体动作能否确保混匀的效果。同时我们还会进行实际测试以保障性能。
除此之外，混匀的过程可能对蛋白活性造成影响。其中主要风险来自剪切力。赛多利斯能够模拟剪切力在搅拌过程中的强度并评估对是否会对产品造成影响。通过对搅拌桨的独特设计——钝角设计且桨叶高度低，ProMixer能够在保证混匀效果的同时将剪切力完全控制在可接受范围内，从而保证蛋白在混匀的时候不会受到影响。
2. 无菌连接/断开
无菌连接/断开不仅在制剂环节非常重要，整个上下游都会涉及到这部分的技术——例如狂犬疫苗就是从上到下全无菌的工艺。由于产品蛋白不能过滤，整个环节从上游接种开始直到最后制剂灌装的所有过程都会使用到无菌连接/断开。赛多利斯对于无菌连接有两个解决方案：接管机和无菌接头。
赛多利斯接管机的工作原理是将两根管子放到设备里，启动后会有一个加热刀片将管子切断，再采用旋转的方式，将两根切断的管子对接上，冷却，就可以实现无菌焊接。整个过程中，无需任何环境限制，就能够进行全自动的无菌连接。整个过程全自动化，无需担心人为操作的失误。能够应用在上游的接种和培养基的转移，补料，以及下游的全无菌工艺。
另外就是无菌接头的对接方式。OPTA无菌对接头是抽纸式连接器，需要预先安装在管路的出口再进行对接，实现无菌对接。同样对环境没有任何要求。但相对前面还多了两个应用点：一个就是制剂灌装时候的无菌对接——制剂灌装的时候会尽量避免选择加热的方式，因为加热会导致一些析出的风险。
疫苗行业还好，因为使用的量很少，一个人接种0.5ml，所以可以采用热力式的连接方式。但单抗用于治疗，病人整个疗程下来可能要打多至几百毫升的药物进去——这个时候使用机械式的连接更为安全。第二是可以进行硅胶管的连接。热力式的连接只能是热塑管连接，无菌对接头可以连接普通硅胶管。
OPTA
对应的，赛多利斯也可以提供两种断开方案：一种是热力式的断开，一种是机械式的。
热力式的断开是使用最新一代的Biosealer
TC，管子放进去以后会对管子夹紧，加热从而使热塑管熔化粘合在一起。拿下来后用剪刀断开，轻松实现无菌断开。赛多利斯最新一代的无菌封管机目前可以适配OD
1/4到1英寸的管径，适配多种品牌管路。同时都内置好了相应程序，只需切换程序即可断开不同品牌的管路。小巧灵活，可以灵活放置使用操作方式为触屏式。
无菌连接料液转移完后就可以采用它进行断开。赛多利斯的Clipster无菌断开器是全机械的，配合两个断开器，可以对管路任意位置进行断开，快捷方便。机械结构带来极高的可靠性。同样，在制剂环节中也可以用Clipster断开硅胶管路。
Clipster
3. 无菌传输
料液过滤完成后就是灌装的步骤，会涉及到B级到A级或C级到A级的传输工艺——无菌传输系统就显得至关重要。无菌传输系统，严格意义上是隔绝两个级别的目的设计的系统。赛多利斯有两种解决方案：一个是Biosafe，固体和液体都能够传输。内部的开放式管路能够伸到A级环境里，跟灌装管路对接。外部的管路接头是无菌接头，通过跟料液对接，能够把料液顺序传输进去，保持内外隔离状态。除此之外，Biosafe还可以用来传输固体：例如胶塞，或是有QC检测样品要取出——向内向外都可以进行传输。
第二套解决方案是SART系统，适用于液体传输。SART系统原理与Biosafe类似，能够在实现完全隔离内外两个级别的环境的条件下实现料液传输。
4. 罐装
料液传输后还需要被灌装到西林瓶或者预充针中。这部分的产品原理上比较简单，就是一个灌装缓冲袋，下面接上了一根根的灌装管路，管路最末端还有灌装针，袋体上方还有进液管，把除菌料液通过进液管进入袋体，从下面每个分支管路进行灌装，实现这样一个功能。设置缓冲袋的目的是为了平衡内外的泵差。袋子的设计会有一些技巧。以赛多利斯的袋子为例，是一个长方形折叠的袋子——折叠最底部再连接上灌装管路。其优点在于折叠后两边会有一部分的液体被均匀平衡地分到两边，从而使得对下方的压力持续保持一致。这种设计能够使得罐装的精度大大提高，还能保证最后的排空率。
此外，袋子上还有4个呼吸器，作用在于平衡内外压力。密封状态下，灌装造成的液面变化会导致压力的变化，从而影响灌装精度。这4个呼吸器则可以保障压力平衡，提高精度。另外，如果蛋白对氧气敏感，呼吸器则可以用于充入氮气或是惰性气体来对蛋白进行保护。我们还有配套的一次性罐装针，无需再清洗、验证。
由于这个袋子处于整个流程末尾的最高风险环节，赛多利斯在生产时采用最高级别的质检。袋子生产时，每批产品，都额外会生产若干个用于破坏测试。只有在各项指标测完没有任何问题后，这个批次产品才会放行。
