淺析新冠病毒疫苗研發(fā)技術(shù)路線及工藝解決方案 (上)

“藥”點(diǎn)分析：

● 全球新冠疫苗開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

● 新冠疫苗不同開(kāi)發(fā)思路解析

● 賽多利斯針對(duì)不同類型疫苗的工藝解決方案

 

1. 全球新冠疫苗開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)WHO官網(wǎng)提供的的全球疫苗臨床實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目清單，截止到4月20日，一共有下列項(xiàng)目位居前列：

 

其中，核酸疫苗屬于新型疫苗，早期研發(fā)速度快，但風(fēng)險(xiǎn)在于并沒(méi)有已經(jīng)的上市品種作為驗(yàn)證；腺病毒載體疫苗由于有埃博拉研發(fā)先例，因此研發(fā)進(jìn)度相對(duì)較快；滅活疫苗技術(shù)最傳統(tǒng)，但同時(shí)綜合風(fēng)險(xiǎn)也最低。

 

疫苗雖然是藥品，但它比較特殊。與其他藥品相比，它是給健康人群，甚至是給嬰幼兒、老年人等特殊人群使用的。

 

所以對(duì)于疫苗，人們的主要關(guān)注點(diǎn)在于：

1）疫苗是否有效？

2）疫苗是否安全？

3）疫苗是否經(jīng)濟(jì)？

 

——疫苗研發(fā)不是投入500萬(wàn)做出一支疫苗只給一個(gè)人使用，而是研發(fā)出一支幾十元、幾百元的疫苗給幾百萬(wàn)人使用。

 

疫苗研發(fā)必須要平衡這三點(diǎn)：安全性、有效性、經(jīng)濟(jì)性。

 

2. 新冠病毒疫苗的開(kāi)發(fā)策略淺析
 

新冠病毒是一種新型的冠狀病毒，跟SARS和MERS病毒屬于同一屬。這個(gè)病毒大小是125納米，結(jié)構(gòu)上相對(duì)比較大。比流感病毒，略大，（流感病毒80-120納米）。針對(duì)本次新冠病毒疫苗的開(kāi)發(fā)，各個(gè)國(guó)家的研究團(tuán)隊(duì)策略不同。其中有的傳統(tǒng)，有的新銳。不同的疫苗研發(fā)路線，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

 

一種是基于傳統(tǒng)病毒疫苗的開(kāi)發(fā)思路——也就是用病毒培養(yǎng)的方式。然而，即使都是病毒培養(yǎng)的方式，也不盡相同，有的方式是用細(xì)胞工廠或微載體；有的則在滅活脊髓灰質(zhì)炎的平臺(tái)操作；有的是基于流感疫苗基培的基礎(chǔ)做的。

 

重組蛋白的疫苗研發(fā)這條線，也有用不同的表達(dá)系統(tǒng)。比如大腸桿菌酵母的，目前聽(tīng)起來(lái)比較少，但做CHO表達(dá)的相對(duì)比較多，另外是做昆蟲系統(tǒng)表達(dá)的。此外是病毒載體疫苗。另外還有比較新的mRNA的疫苗，DNA疫苗。一種是化學(xué)合成，另一種是大腸桿菌表達(dá)質(zhì)粒。在這些過(guò)程中，滅活的方式被普遍采用。

 

對(duì)某些公司來(lái)說(shuō)，他們可能自己有成熟的病毒平臺(tái)或是曾經(jīng)拿到過(guò)SARS疫苗批件，所以平臺(tái)相對(duì)比較成熟。另一些些公司則在用滅活脊髓灰質(zhì)炎的平臺(tái)。脊髓灰質(zhì)炎的平臺(tái)對(duì)生物安全的要求比流感病毒更高，它是用發(fā)酵罐的微載體培養(yǎng)，過(guò)程中的密閉性是關(guān)鍵點(diǎn)。

 

新冠疫苗是一個(gè)新的病毒，因此在任何情況下，不論是病毒發(fā)酵液，濃縮液，只要是滅活前，具有活性的，都應(yīng)該封閉在一個(gè)密閉容器中，不與操作人員接觸以保證安全。因此，使用一次性的生產(chǎn)方式，一次性的發(fā)酵袋和氮液焊接的方式無(wú)菌連接，可以避免了人和液體的接觸。

 

此外，病毒載體的進(jìn)展非�？臁�病毒載體的平臺(tái)上，有的公司已經(jīng)有比較成熟的病毒載體工藝，可以把上游病毒柱重新構(gòu)建、篩選并篩選出更高產(chǎn)的毒株以提高病毒產(chǎn)量。

 

當(dāng)然，前期篩選的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)選擇更高效的微型全自動(dòng)生物反應(yīng)器。一是提高研發(fā)速度，二是出于安全性的考慮——不需要對(duì)罐子清洗、滅菌、消毒的過(guò)程，而且體積能在ambr的系統(tǒng)里，15ml或是250ml的體積下，對(duì)前期的篩選工藝非常重要。后續(xù)平臺(tái)的工藝，就類似一個(gè)病毒疫苗生產(chǎn)的過(guò)程，這也是我們?cè)谙俨《据d體工藝的一個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程里，病毒載體疫苗之所以進(jìn)展很快，也是因?yàn)槭褂昧艘淮涡陨�物反�?yīng)器后可以在大規(guī)模培養(yǎng)的情況下提高生產(chǎn)速度。

 

 

3. 賽多利斯在不同類型的下游工藝步驟中

有哪些解決方案

 

前文提及，疫苗的研發(fā)生產(chǎn)，必須要平衡這三個(gè)點(diǎn)：安全性、有效性、經(jīng)濟(jì)性。

 

在平衡過(guò)程中會(huì)面對(duì)很多的挑戰(zhàn)。例如：工藝是不是能得到很好的優(yōu)化？足夠有韌性，能用工藝制作出安全、有效的疫苗，有沒(méi)有質(zhì)量控制的風(fēng)險(xiǎn)策略？使用什么密閉系統(tǒng)？如何使用可以減少生產(chǎn)過(guò)程中的交叉污染？下面我們就為大家具體介紹一下。

 

病毒的檢測(cè)

 

傳統(tǒng)病毒檢測(cè)，做病毒類產(chǎn)品的朋友應(yīng)該比較熟悉，主要分為兩類：一類是基于功能性的檢測(cè)，主要有TCIB50，另一類是基于非功能性的檢測(cè)，例如檢測(cè)核酸，QPCR，檢測(cè)所有的病毒的核酸，還有檢測(cè)總蛋白，像ELISA和HPLC，還有像電鏡，是檢測(cè)病毒顆粒的。Virus Counter技術(shù)（點(diǎn)擊此處獲取更多資料），是對(duì)病毒的完整顆粒進(jìn)行檢測(cè)，原理是基于熒光染色技術(shù)，流式技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。它的染色劑可以對(duì)病毒的核酸和包膜上的蛋白進(jìn)行染色，兩個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)的時(shí)候就會(huì)被記為一個(gè)病毒。使用的過(guò)程很簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)30分鐘染色——染色過(guò)程多樣品同時(shí)進(jìn)行，每個(gè)樣品單獨(dú)檢測(cè)只需要2～5分鐘即可，是一個(gè)極快的病毒檢測(cè)方法。

 

這種檢測(cè)可以帶來(lái)對(duì)樣品里的病毒的狀態(tài)更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)：例如可以知道有多少是空殼的，有多少是有活性的，有多少是空殼但是沒(méi)有活性的狀態(tài)。尤其對(duì)疫苗來(lái)說(shuō)，這是個(gè)非常有價(jià)值的數(shù)值。因?yàn)樗�有產(chǎn)生免疫活性的成分并不全是有活力的，像空殼的，也可能發(fā)生免疫反應(yīng)，如果僅僅以活性判斷，就有可能導(dǎo)致注射到人體內(nèi)的免疫源過(guò)量造成患者的安全風(fēng)險(xiǎn)。

 

Virus Counter有兩種檢測(cè)試劑（點(diǎn)擊此處獲取更多資料）。一種是Combodye，通用型，可以對(duì)所有有囊膜的病毒進(jìn)行染色。目前我們已經(jīng)有20多種病毒成功應(yīng)用。包括冠狀病毒、慢病毒、流感、埃博拉、痘病毒、狂犬等等。目前的新冠病毒，也屬于冠狀病毒類，有囊膜的病毒，可以用Combodye染色技術(shù)。另外一種是ViroTag，是基于抗體特異性染色的，只能檢測(cè)有相應(yīng)抗體染料的病毒，例如現(xiàn)在開(kāi)發(fā)出來(lái)的AV二、AV三、桿狀病毒，還有流感病毒，有A型，B型，等等。

 

除菌濾器的使用和選擇

 

隨著過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)的單抗和疫苗企業(yè)已經(jīng)普遍采用囊式過(guò)濾器，比以前用的濾芯更方便。尤其對(duì)新疫苗的開(kāi)發(fā)追求速度，采用囊式過(guò)濾器，能夠免去前期的安裝、使用后的清洗問(wèn)題，可以節(jié)省很多時(shí)間，還可以避免安裝造成的泄露。

 

如果希望更進(jìn)一步方便地保證上下游連接的無(wú)菌性，可以采用預(yù)滅菌、預(yù)組裝、即插即用的Transfer Sets的形式——這種濾器從0.05平米一直到27平米，可以全方位實(shí)現(xiàn)從小規(guī)模的嘗試到大規(guī)模的生產(chǎn)。再進(jìn)一步，如果過(guò)濾過(guò)程中希望滿足法規(guī)要求，對(duì)過(guò)濾工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制和數(shù)據(jù)記錄，則可以采用Flex  Act平臺(tái)技術(shù)對(duì)過(guò)濾過(guò)程中的壓力、流速等進(jìn)行監(jiān)控和記錄。

 

關(guān)于如何選擇過(guò)濾器。絕大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景下我們首先會(huì)推薦采用聚醚砜材質(zhì)的過(guò)濾器（點(diǎn)擊此處獲取更多資料） ，因?yàn)榭梢詽M足輻照滅菌的需求，且能極好的跟管路、袋子組合起來(lái)，直接做成一次性的無(wú)菌產(chǎn)品，非常方便。另外，對(duì)絕大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，它的載量和流速都優(yōu)于其他的材質(zhì)。這是源自它本身親水性質(zhì)的差異，因?yàn)榇姿崂w維素是親水性最好的材質(zhì)，是天然親水的。

經(jīng)過(guò)澄清之后的料液通常會(huì)進(jìn)行超濾濃縮和換液，這一步會(huì)起到三個(gè)作用：一是濃縮，二是換液，以便于下一步的層析，三是去除小分子，可以對(duì)HCP，DNA和培養(yǎng)基里的小分子起到一個(gè)非常好的去除作用。

 

對(duì)超濾技術(shù)，首先第一步，需要考察膜材質(zhì)和孔徑的篩選，就是哪種材質(zhì)和孔徑適合您的產(chǎn)品，同時(shí)可以考慮到制劑，因?yàn)樽罱K制劑換液，也是采用超濾技術(shù)，前期也可以進(jìn)行這個(gè)技術(shù)的考察，我們要考察不同的緩沖體系對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響，什么樣的制劑處方是適合這個(gè)產(chǎn)品的，同時(shí)可以考察超濾過(guò)程的工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。

 

傳統(tǒng)的方法，一般會(huì)采用超濾離心管或是小型的超濾裝置實(shí)現(xiàn)。這種方式速度比較慢，一次只能進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)操作。現(xiàn)在為了加速研發(fā)，我們可以采用ambr  Crossflow技術(shù)（點(diǎn)擊此處獲取更多資料），有4-16個(gè)通道，支持高通量篩選，每個(gè)通道可以獨(dú)立運(yùn)行不同的條件，只需要5ml以上料液就能實(shí)現(xiàn)。前期工藝開(kāi)發(fā)的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)高通量的超濾工藝篩選和制劑處方篩選。之后做放大工藝的工藝參數(shù)確認(rèn)，可以采用小型的超濾設(shè)備，比如Sartoflow系列的自動(dòng)化、半自動(dòng)化的超濾系統(tǒng)，確定某款膜包的過(guò)濾性能，預(yù)測(cè)生產(chǎn)規(guī)模需要多大的膜面積和相應(yīng)的工藝時(shí)間、流速，生產(chǎn)級(jí)別等，可以有不同的考量，其中一種是采用傳統(tǒng)的超濾系統(tǒng)，不銹鋼的材質(zhì)，這種最常見(jiàn)，可以采用普通膜包，用堿消毒，然后正常使用，這是非常常規(guī)的一種使用方法。

 

但對(duì)其他的有毒性的病毒，其他的有毒性的料液或是考慮到希望過(guò)程是完全無(wú)菌的，像狂犬、其他的一些顆粒比較大的病毒，是不能進(jìn)行除菌過(guò)濾的。工藝過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)全無(wú)菌操作。這個(gè)時(shí)候可以采用無(wú)菌的超濾組件實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)選擇，就是采用可以進(jìn)行濕熱滅菌的超濾膜包，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行滅菌，保證整個(gè)系統(tǒng)全無(wú)菌。當(dāng)然，現(xiàn)在也有很多狂犬工藝是采用堿滅菌。作為微生物負(fù)荷控制，并不像滅菌這么徹底。

 

膜包的選擇

 

對(duì)膜包的選擇，市場(chǎng)上現(xiàn)在主要材質(zhì)是兩大類，一類是聚醚砜，這種有較長(zhǎng)的使用歷史，另外一種是基于纖維素的。聚醚砜的特點(diǎn)，就是對(duì)水性的東西速度較快，另外PH兼容性和耐熱性能比較好，缺點(diǎn)則是吸附相對(duì)高一些，所以產(chǎn)品收率相對(duì)低。

 

除此之外，容易污染，使用后濾速容易衰減。而基于再生纖維素的，其特點(diǎn)就是親水性特別好，產(chǎn)品收率好、容易清洗，但傳統(tǒng)的普通的再生纖維素有一定的點(diǎn)不耐堿，不耐高溫和伽馬輻照、有機(jī)溶劑。

 

為了結(jié)合這兩種材質(zhì)特點(diǎn)，賽多利斯已經(jīng)上市了很長(zhǎng)時(shí)間的Hydrosart材質(zhì)（點(diǎn)擊此處獲取更多資料 ），是基于普通的再生纖維素進(jìn)行改造，變成穩(wěn)定化的再生纖維素，使其同時(shí)良好的PH兼容性，可耐受1M的氫氧化鈉、蒸汽滅菌、伽馬輻照和很多有機(jī)溶劑（像苯酚、氯仿等），非常適合疫苗企業(yè)的應(yīng)用，不管是需要使用前進(jìn)行滅菌或是一次性的無(wú)菌膜包的，或是使用前要進(jìn)行SIP的，等等，都可以實(shí)現(xiàn)。

 

關(guān)于膜層析

 

對(duì)料液進(jìn)行澄清、超濾、換液后，最關(guān)鍵的就是提高純度的步驟，即兩到三步的層析步驟。膜層析和傳統(tǒng)的填料層析是類似的層析技術(shù)，都是基于一定的機(jī)制上耦聯(lián)相應(yīng)的基團(tuán)和目標(biāo)分子相互作用實(shí)現(xiàn)分離。

 

不同的是兩者的機(jī)制——膜層析的機(jī)制是膜，內(nèi)部有3-5微米的微孔，微孔里會(huì)耦聯(lián)上相應(yīng)的基團(tuán)，比如陽(yáng)離子層析、陰離子層析，耦聯(lián)上相應(yīng)的胚基。傳統(tǒng)的填料是在基于樹脂的微球耦聯(lián)相應(yīng)的胚基，胚基可能在表面，絕大多數(shù)是在微球里面的微孔里。微孔只有14～40納米，所以當(dāng)分子比較小的時(shí)候，它可以進(jìn)入微孔里，載量非常大；但當(dāng)目標(biāo)分子比較大的時(shí)候，例如病毒或多糖結(jié)合疫苗，分子比較大，就難以進(jìn)入微孔，所以載量會(huì)急劇下降，這個(gè)時(shí)候，膜層析載量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)填料的載量。這是膜層析在病毒類產(chǎn)品純化中的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

 

另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是膜層析在速度上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的填料層析。傳統(tǒng)的填料一般速度不超過(guò)0.5個(gè)柱體積每分鐘，膜層析可以達(dá)到5-30倍膜體積每分鐘，這個(gè)差距是幾十上百倍的差距。同時(shí)膜層析還可以一次性使用，從技術(shù)上可以進(jìn)行清洗再生。由于本身像囊式濾器一樣的形式，一些情況下可以作為一次性使用，還可以免去清洗驗(yàn)證的麻煩。再一個(gè)，本身不需要相應(yīng)的柱子做前期的裝柱操作，可以省去前期硬件投資和前期裝柱的操作，使用起來(lái)非常方便，也非常契合現(xiàn)在疫苗快速開(kāi)發(fā)的需求。

 

未完待續(xù)……

 

識(shí)別上方二維碼

獲取《生物制藥行業(yè)分離純化技術(shù)產(chǎn)品與解決方案》

 

識(shí)別上方二維碼

獲取《Sartobind®快速高效的蛋白純化精制膜吸附器》資料