简析几类热点疫苗的工艺及质控技术

SCIEX

2022.5.12

疫苗是以病原微生物或其组成成份、代谢产物为起始材料，采用生物技术制备而成，用于预防、治疗人类相应疾病的生物制品。用于传染病预防的疫苗，在使用基因工程技术制备疫苗之前，按照其病原体来源可分为病毒类疫苗和细菌类疫苗。

在病毒类疫苗中又会根据其制备工艺分为灭活疫苗（如流感、狂犬疫苗等），减毒疫苗（如水痘、麻疹疫苗等）及亚单位疫苗。在细菌疫苗中，根据成份不同又可分为以百白破疫苗为代表的毒素类疫苗和以细菌多糖制备的疫苗如流脑、肺炎疫苗等。上述的疫苗无论是细菌疫苗还是病毒疫苗在这里我们统称为传统疫苗。

相对于传统疫苗，则是使用基因工程技术制备出来的新型疫苗如：重组蛋白疫苗、多肽疫苗、核酸疫苗及病毒载体疫苗等，是选择不同的表达系统，将天然抗原或病原体不理想的疫苗抗原，通过基因工程技术加以人工改造，而获得理想的疫苗抗原的方法。

1）重组蛋白疫苗

重组蛋白疫苗的工艺，在上游细胞培养过程中，高效的一次性生物反应器能为悬浮细胞培养提供稳定可靠的条件，同时节省了批次间轮换的时间，更大程度的提高生产效率并降低交叉污染风险。下游纯化使用Cadence^™ SPTFF 超滤应用切向流过滤敏感蛋白，膜层析纯化目标蛋白。除病毒过滤Pegasus^™ Prime/Pegasus^™ SV4，可以稳定地截留细小病毒，为工艺保驾护航。

重组蛋白疫苗典型生产工艺

2）类病毒颗粒VLP疫苗

如果表达系统表达的是单体或多聚体蛋白，使用物理或自动组装成与天然病毒相似的空心颗粒作为疫苗，这被称为类病毒颗粒（VLP），如预防人乳头瘤病毒的HPV疫苗。

目前通常使用酵母表达系统生产VLP疫苗，因为疫苗蛋白为胞内表达，完成发酵收集菌体后，需要将酵母细胞破碎，使用澄清过滤去除细胞碎片，经过Mustang膜层析捕获目标蛋白，宽泛流速范围，尖锐洗脱峰优势更加明显。进一步精纯后，超滤换液，进入制剂灌装环节。

丹纳赫生命科学旗下颇尔拥有菌液重悬破碎、澄清过滤、超滤浓缩等一系列VLP疫苗相关工艺流程的解决方案。

VLP疫苗典型生产工艺（HPV-酵母表达）

（蓝色和黄色环节为颇尔目前可提供产品）

一般而言， VLPs均可通过自组装形式形成独特的结构，但不完全组装和不规则聚合可导致VLP效力和稳定性下降，因此对有些VLP需要在不同pH值、盐浓度、是否用还原剂等条件下去组装或重组装，并且进行相关检测。贝克曼库尔特的分析型超速离心机AUC可通过检测不同溶液状态下颗粒的沉降系数对戊肝疫苗HEVp239组装情况进行分析，发现采用0.3 M（NH₄）₂SO₄的溶液条件可完成HEVp239的有效重组装。

Shaowei Li etal. (2013), Protein Science.

同时，AUC还可以对VLP疫苗的聚集体状态进行检测，从而进行批间一致性评估。

分析型超速离心机AUC对VLP

的聚集状态检测

另外，SCIEX毛细管电泳还可以对HPV VLP疫苗的纯度和等电点进行检测。采用CE-SDS方法通过分子量的大小差异对HPV疫苗的纯度、杂质含量进行分析，采用等点聚焦电泳cIEF方法对HPV的等电点进行检测，从而对组装情况进行分析。

HPV的CE-SDS分析结果

HPV的cIEF检测结果

毛细管电泳PA 800 Plus

制药分析系统

3）多糖及多糖结合疫苗

随着疫苗研制技术发展，上述提到的传统疫苗中的细菌多糖疫苗，为了提高其免疫效应，使用化学方法将蛋白成份与多糖结合，制备出多糖结合疫苗，可增加婴幼儿对细菌多糖的免疫效应。

其工艺主要流程是上游经过细菌发酵，收集菌体，加入灭活剂进行脱毒处理后，使用深层过滤方法以保证过程的生物符合。使用Omega T超滤系统浓缩降低收获液体积并去除小分子蛋白，经过澄清过滤拦截大分子及有形杂质后，重复经过超滤和澄清过滤，完成多糖的制备。此时，可以进行多糖疫苗的制剂灌装。结合疫苗则进入蛋白结合步骤，此步骤主要使用化学方法将蛋白与多糖结合，过程中除了结合的目标产物外，还会产生游离多糖和蛋白，一般采用超滤和层析方法去除。在制剂灌装阶段使用Allegro一次性配液灌装系统，可以提高批件切换效率，避免不同血清型原液的交叉污染。

颇尔也拥有多糖及多糖结合疫苗一系列相关工艺流程的解决方案。

多糖型疫苗典型生产工艺

（蓝色和黄色环节为颇尔目前可提供产品）

多糖结合疫苗由于是通过化学方法将蛋白与多糖结合，因此需要对生产/加工后的大分子完整性进行监测。贝克曼库尔特的分析型超速离心技术（AUC）现在被认为是评估分子完整性和聚集体的重要技术，可以对蛋白质和细菌多糖组成的的大型糖缀合物分子量分布进行检测，从而分析多糖结合疫苗的完整性情况。

AUC对糖缀合物分子量分布的检测

Biotechnology and Genetic Engineering

Reviews, 2019, 35(2): 93-125

多糖蛋白结合物中游离多糖含量过高会导致疫苗中有效的抗原含量降低，对临床效果产生不利影响。另根据欧洲药典的要求，也需要对多糖蛋白结合物中的游离多糖的含量进行测定。因此，游离多糖含量也是产品质量控制中的一个重要检测项目。使用SCIEX的PA 800 Plus制药分析系统可对多糖结合疫苗中的游离蛋白进行分离及定量。