模块化工艺：实现未来生物制造

生物加工生产商持续在寻找加速和强化生产的方法。对于未来工艺和工业4.0，连同工厂和工艺自动化以及连续工艺等创新工艺技术，模块化可移动解决方案成为关键能动力技术。

在本博客中，我们采访了颇尔生物技术市场部副总裁-Morgan Norris，揭示这一发展中技术的关键趋势和深层信息。

• 业内如何定义模块化生物制造？

不同用户的模块化规模会不同。但是，通常认为模块化制造是与组装预先配置的工艺构件相关的，每个模块都有明确但并非一成不变的功能。这些模块化构件可以小至单个单元操作，或者可以组合构成一个更复杂、但标准化较低的集成处理构件。该定义还可以扩展至涵盖预配置工厂的整体工艺解决方案。所有这些观点都体现了模块化的核心价值：采用预配置解决方案，以设定的目标来进行设计来协同工作，不需要重复开发来设计选项或者采取定制解决方案。

• 在模块化生物制造步骤中-例如培养基制备、细胞培养、纯化、混合/制剂以及灌装-您发现什么变量以及哪些产品最普遍？

以前关注核心工艺技术，例如细胞培养和纯化，但我们发现人们越来越意识到缓冲液制备等辅助工艺对工艺的真实效率同样重要，或者更重要。如果增加产品表达量，将需要更大量工艺缓冲液，表达量>3g/L时，所需体积将超过10000L。确保缓冲液制备好、进行完QC检验以及供给到各单元操作，都会面临储运问题。这就需要提供一种能够与多个单元操作集成的解决方案，为模块化工艺策略提供支持。

模块化的范围是最大变量。我们提供各种模块化解决方案，范围从完整的端到端工艺，到适用于已有工艺设备的各步骤的简单组合。某些模块化解决方案需要与现有工厂和现有DCS系统集成。其它只需要简单的局部控制。人们很容易认为：只有针对整个工艺和新设施时，模块化方法才具有优势。我们相信拥有广泛灵活技术可以使所有终端用户都可利用这些优点。

• 您认为公司采用模块化生物制造的最常见原因是什么？

非常简单，它节省时间，加速保证产品品质和患者安全性的工艺的交付。许多年来，生产商已通过建立技术处理平台简化和加速工艺开发，然后将这些历史性决策应用于新的相关工艺。这些平台就是模块化方法的前身，其中开发过程中的许多低附加值的决策被剔除，从而向预期目标加速前进。

通过缩短开发和构建时间可以实现若干目标。缩短上市时间是最明显的收益，但如果缩短从起始点开始来创建可行工艺的计划时间，意味着投资决策可以比传统方式更晚的时候再制定。按照超过80%的申报有可能在第II期失败、40%在第III期失败，这种内在不确定性意味着能够不延迟上市时间的情况下，延迟资本投资可以更好地控制投资风险。

速度只是一个强大的推动因素，但质量不可协商。通过使用成熟解决方案获取的原有知识意味着可以很好地表征、缓解和控制工艺风险。可以对关键性能参数和控制点进行标准化，法规和验证的先例可以加以利用来协助申报进程。

有时，完全模块化模式的优点与增加一定工艺自由度带来的优点是难于区分的。但是，当可以将模块应用于多种操作或者多个工艺时，可以快速地重新编排任务，降低资本投资，减少重新配置去适应变化的需求或不确定性。

• 您最近开发的什么产品可以用于模块化生物制造？

一次性技术是实现模块化制造方法的全系列优点重要基石。例如，生产化学合成品的多产品工厂进行重新配置其工艺，能够快速生产新的化合物。其使用一系列标准化的设备（通常为不锈钢），进行多种单元操作，然后组合用于生产产品或中间体。这种模块化工艺可提供该市场生产需要的灵活性和快捷性。但很明显，小分子生产与生物加工之间存在巨大差异，这意味着使用固定设备实现相同效果的难度要明显大得多。

而此时一次性技术可弥补这种差距，并支持多种基本的模块化形式，同时实现系统移动性。能够实现模块化制造方式的产品需要具备足够的多样性，以满足各种工艺变量，同时还要操作可靠，能在跨范围内提供相同性能。

我们已经将一次性应用扩展至构成工艺模块基础的若干核心单元操作上。其中，Allegro™ STR生物反应器系列、Stax™ mAx澄清平台、Allegro一次性层析系统和Cadence™病毒灭活系统仅仅是该系列产品中的4个，它们都易于集成或者支持模块化工艺。在模块化工艺中，还有更多技术可用于各种规模，涵盖早期GMP生产和商业化生产，以实现更大灵活性。Cadence BioSMB 80和350系统采用连续层析法，在同一系统中横向扩展，使用一个模块即可满足一系列可能的工艺要求。所有这些都在一次性和连续超滤解决方案中得到补充，以及支撑很多此类操作很有必要的混合和流体处理解决方案。

• 这些产品的关键优点是什么？

从模块化角度来看，所有这些产品以及类似产品的关键优点是它们可用于各种工艺规模和工艺条件。否则，将其用于任何模块化平台都只会限定窄小范围的工艺条件和规模。其次是它们可以协同工作。如果它们无法协同工作，则无法用作模块化开发的一部分。在许多情况下，这些产品在物理和数据上，都可以直接连接，相互协同工作。例如，使用Cadence BioSMB层析系统结合Cadence病毒灭活系统，它们相互通讯以收集洗脱峰，并直接进行灭活和后续纯化步骤。

这种通讯和连接突出了关键的未来趋势，其中多个模块通过集中系统实现自动化，进入另一层面的控制和可靠性，使得我们更接近下一代生物工艺。

在Peter Levison博士的博客中了解连续工艺如何对接工艺4.0相关的更多信息。