抗体偶联药物(ADC)生产车间设计及设备选型要点分析

0引言

近年来,生物制药技术快速发展,推动了抗体偶联药物(ADC)高速发展,抗体偶联药物正成为一个新的靶向治疗利器。ADC药物通过化学连接子将细胞毒性载荷与抗体偶联,以靶向肿瘤细胞表面表达的靶抗原,从而降低系统性暴露,继而降低毒性。根据最新分析,专家们预测ADC药物市场的年销售额将会达到100亿美元。ADC的结构存在多样性和复杂性,有选择性识别和靶向肿瘤的抗体、有效的细胞毒性载荷、抗体与有效载荷连接子是ADC有效和安全的关键因素[1]。早期ADC遇到的主要障碍包括血液保留时间短、对肿瘤微环境的渗透能力低、载荷效力低、免疫原性、异常的脱靶毒性以及在血液循环中缺乏稳定的连接。对此,行业已经进行了广泛研究,以克服这些问题,从近年获批ADC产品的数量增长趋势来看,该领域正逐步走向成熟。本文根据国内外现行法律法规,结合案例对抗体偶联药物生产车间的工程设计及设备选型进行分析。

1ADC生产工艺流程

抗体偶联药物(ADC)生产工艺流程如图1所示。根据ADC药物的结构,ADC药物生产工艺流程可分为四个部分:1)单克隆抗体原液生产;2)小分子中间体药物制备;3)ADC原液生产;4)ADC制剂生产。本文主要对ADC原液生产的工艺进行介绍。ADC原液生产工序主要包括:抗体融化,小分子称量、溶解,抗体偶联,超滤浓缩,层析,超滤及除菌过滤,检验、分装和冷藏,同时涉及缓冲液配制等。

2ADC生产工艺流程分析

2.1 抗体融化

将冻存的抗体原液取出,用水浴锅调整到合适的温度进行融化。

2.2 小分子称量、溶解

小分子活性物质在专用的小分子称量区域,在隔离器中进行称量及溶解。在隔离器中,将装有小分子活性物质的密闭容器表面擦拭干净,再传入ADC原液生产区。此外,在隔离器中用碱液灭活掉剩余的小分子物质后才能传出小分子的称量区域。

2.3 抗体偶联

先将融化后的抗体原液运至偶联反应器旁,将物料打入反应器中,再将小分子物质运至偶联纯化区域的隔离器中,通过密闭连接,将物料打入反应器中进行偶联化学反应,保证在工艺时间内将水相和有机相混合均匀。操作时需控制小分子的投料比例、温度、PH值、裸抗浓度等参数,避免聚体和非特异性偶联的产生。偶联反应结束后,把反应器中的料液通过泵转移到储液罐中等待进行下一步的纯化工序。高活性的残留物在原位通过碱液进行初次灭活,随即排入废水灭活区域进一步灭活。

2.4超滤浓缩

超滤浓缩主要有四个工序:1)缓冲液的置换;2)小分子反应物的去除,如还原剂和氧化剂或过量的连接物负载;3)溶剂的去除;4)浓缩(中间)产品。反应后的溶液通过超滤膜进行蛋白浓缩与缓冲液交换,准备打入层析柱进行纯化。

2.5 层析

层析步骤主要是去除大分子产品中的聚体、小分子,筛选DAR值。收获的原液经层析系统和装有填料的层析柱进行目的产物多次纯化。

2.6超滤及除菌过滤

进一步纯化后的ADC溶液采用超滤膜进行蛋白浓缩与缓冲液交换,然后经一次性的除菌过滤器(0.22 μm)过滤后,转移至一次性无菌袋中。

2.7 检验、分装和冷藏

超滤浓缩后的ADC液即为ADC原液,原液在A级层流风下分装进一次性原液袋放置于冷库,待配水针制剂时使用。同步对所得到的ADC原液进行取样,送到质检室对ADC原液进行常规理化检验、生化检验、微生物学检验、活性检测等检验,检验合格进入下一工序。

3细胞毒性分析

3.1细胞毒性药品生产的法规与指南要求

目前,ADC药物主要是由抗体连接子与细胞毒性小分子化学药物偶联而成,这些细胞毒性小分子在偶联生产过程中有些工序会有暴露或泄漏的风险[2]。ADC药物需要列为高级别防护的药品种类,有些品种的OEB值可以达到5。对于这类细胞毒性的小分子必须使用专用设施和密闭生产设备、独立的空气净化系统,同时与其他类别的药品生产严格分开[3]。其对厂房有特殊的要求,同时需要高级别的防护。

ISPE指南中要求[4],对于细胞毒性类药品,应采用专用的生产设施和专用设备以减少交叉污染的风险,不建议与普通药品的生产共用。

WHO要求,对于细胞毒性类药品和高活性的药品生产厂房应尽量独立[5],在特殊情况下如采用特别防护措施并经过必要的验证,可通过阶段性生产方式共用同一生产设施和设备。需要注意的是,对于高毒性且高风险区域的空调系统应按照全新风设计,不回风;排风需要经过袋进袋出过滤器(BIBO过滤器)过滤后才可排放。

国内药品共线生产指南[6]中提出不建议高毒高活性产品与非高毒高活性产品共线生产。

从国内外法规对高毒性药品生产厂房和生产设备的规定来看,对高毒性的药品生产厂房设计有明确的要求。ISPE和WHO对高毒性的药物生产车间和设施要求最高,需要采用专用的生产厂房,空调需要采用全新风系统,排风需要BIBO过滤后排放等。

3.2 设备选型及防护措施

ADC药物生产工艺中的小分子大部分属于细胞毒性小分子,生产过程中细胞毒性小分子暴露操作的工序为高风险工序,这些工序主要包括小分子的称量、偶联生产工序,这些生产工序均需做隔离措施。在生产设备选型上,需选择密闭生产设备,如选用称量使用的隔离器、柔性隔离器、一次性袋子、密闭IBC、RTP阀以及一次性耗材,生产和取样操作均需在隔离密闭设备中进行,避免非密闭状态下的操作或取样。高毒性药品取样操作采用隔离器可以保护生产人员安全。通过负压操作,环境级别为C级,避免与生产背景的空间进行环境换气。生产结束时,离开隔离器的物料必须经过灭活清洁和隔离包装。偶联反应设备可选用带有温度传感器、PH计和搅拌器的反应釜,反应釜材质需耐腐蚀,能够耐受偶联反应过程中使用的化学试剂。

在进入高风险区域的过程中需要考虑设置缓冲间,缓冲间的设计应考虑更衣(PPE)、去污去粉尘、雾淋、压差等措施来避免高活性物料的扩散。

细胞毒性高风险操作区域的排风系统末端需采用H14高效过滤器+BIBO过滤器;空调系统采用全新风设计,不回风;压差设计采用绝对正压、相对负压的策略[7]。

ADC药物的生产车间高毒性防护措施还需要考虑防止交叉污染的其他因素:

1)防止厂区生产人员的交叉污染,ADC生产车间的生产、工程维修、质检等人员均需专门配备,与其他普通类型的药物生产人员完全分开,主要包括日常可能接触的部分,如餐厅、更衣室、集中洗衣车间、淋浴室等。

2)维修人员使用的工具和质检人员使用的取样器具等需要专用。

3)由于ADC中有细胞毒性小分子,QC的样品检测需在专用的高活性实验室进行,同时需要在密闭隔离器中操作检测样品。

4)细胞毒性高风险区域的生产批记录等文件需要放置在相应的隔离生产区内,避免传出普通的生产区域对普通生产环境产生影响。

5)使用的细胞毒性小分子需要设置专用仓库,避免原辅料、包装材料、成品的进出运输对其他产品产生污染的风险。

6)ADC药物高活性生产区的废水需要收集到专用的收集罐中经灭活处理达标后才能排放到厂区的污水站进行处理。废弃物需要有专用传输通道,废弃物经灭活之后才能转移出生产区域。

ADC生产过程中,根据各法规要求,对比主要的硬件设计要求差异,结合ADC生产车间使用到细胞毒性小分子的特点,加上存在局部暴露操作,同时考虑防止产品交叉污染的问题,建议对抗体偶联生产车间采用如表1所示的风险防护设计。

4 车间设计分析

4.1功能区域及洁净级别分析

抗体偶联药物生产车间设备平面布置如图2所示。根据抗体偶联药物的生产特点,ADC原液车间主要分为小分子的准备区、配液区、ADC偶联纯化区、制备分装区。

1)根据生产产能需求,本示例生产车间按照两条相互独立的平行生产线设计,独立分开的两套空调系统。两条生产线采用相同的配置,方便生产运行管理。设置一个配液区域及器具清洗区域供两条生产线使用,设置两套小分子称量区域供两条生产线使用。

2)主要功能间有小分子称量区、偶联纯化间、配液间、原液制备间、原液分装间,各功能间洁净区划分如表2所示。

4.2生产人流物流分析

4.2.1人流分析

生产人员经过总更后进入抗体偶联药物生产车间专用CNC走廊。生产结束后,原路返回。

进入配液生产区的人员先在D级一更间套上鞋套并手消后,再通过C级二更间更换洁净服并手消,进入C级配液区走廊。

进入两个偶联原液生产区的人员先在D级一更间套上鞋套并手消后,再通过C级二更间更换洁净服并手消,进入C级偶联区走廊。生产人员工作完成后,经退更进入雾淋/淋浴间,人员雾淋防护服后,脱掉防护服并通过传递窗传至废弃物处理间处理。再开门进入D级缓冲间脱掉D级洁净服及鞋套,最终退到CNC走廊。

进入小分子称量间的人员先在独立的D级换鞋间换鞋套并手消后,再通过D级更衣间穿着防护服,通过缓冲手消后进入小分子称量间操作。人员工作完成后,经缓冲进入淋浴间,人员雾淋防护服后,脱掉防护服并通过传递窗传至废弃物处理间处理。再开门进入D级脱衣间脱掉鞋套,最终退到CNC走廊。

4.2.2物流分析

原材料/耗材经装卸货间进入到NC周转厅,通过缓冲进入CNC走廊。

高活小分子物质通过电梯进入楼层的NC周转厅,经缓冲进入楼层的CNC走廊。

ADC原液经NC周转厅并通过电梯进入其他楼层NC周转厅。

偶联小分子称量区的物料通过传递窗传入小分子称量间,称配完成后经传递窗直接传至偶联车间的偶联纯化间。

配液区配液完成后,通过管道输送至两个偶联纯化间,通过除菌过滤器及穿墙孔将料液分别打入两个原液制备区。

成品/半成品:偶联原液生产完成后,通过物料缓冲退至CNC走廊。再通过缓冲退回至NC周转厅,经周转厅将原液暂存于ADC原液冰箱中。

废弃物:偶联的配液区的废弃物通过传递窗传递到废弃物接收间,经CNC走廊送至废弃物周转厅。

偶联区两个小分子称量间的废弃物,在废弃物处理间经处理后,通过传递窗传至DS原液区的CNC走廊,经缓冲传送至废弃物周转厅。

4.3 空调系统分析

根据ISPE等法规和指南的要求I结合车间功能分区、洁净空调系统分区以及防止交叉污染的原则I对生产区域的高毒生产区的高、中、低风险区域的空调AHU(空气处理机组)进行分区。

生产车间设置了八套洁净空调系统。抗体偶联车间生产过程中I小分子称量区域、ADC偶联纯化区域为细胞毒性的高风险区,洁净空调系统按照全排风设计I避免生产过程的泄漏风险I隔离器以及房间的排风需要经过BIBO过滤处理后再排放。由于全排风系统能耗较大I可以采用热回收的节能方式来控制能耗。其他非毒性高风险区域的洁净空调系统按回风设计。

4.4 公用工程分析

抗体偶联药物生产车间主要使用的介质有饮用水、纯化水、注射用水、工业蒸汽、纯蒸汽、洁净压缩空气、仪表压缩空气、工艺冷冻水。生产使用过的器具清洗使用纯化水I接触高毒性物料的器具需要使用碱液浸泡灭活后再进行清洗。注射用水主要用于缓冲液的配制和偶联反应,工业蒸汽主要用于纯化水制备系统、注射用水制备系统、真空脉动灭菌柜,仪表压缩空气主要用于自动化仪表和阀门,工艺冷冻水主要用于TCU控温系统。

供电系统:生产工艺使用的重要设备,如隔离器、偶联反应器、冰箱、冷库等设备采用双电源供电的方式,核心关键设备采用UPS电源。

供冷系统:生产和空调使用的冷冻水是7~12 ℃ ,选用两套制冷系统,互为备用,一套供给洁净空调系统使用,一套供给生产工艺使用。

供气系统:本项目采用两套压缩空气制备系统,按照一用一备的方式设计。氮气使用量较少,因此氮气系统可以采用氮气瓶组,将氮气的瓶组气体分布器设计为自控切换模式。

4.5 高活废水灭活分析

抗体偶联药物生产车间设计中需关注的问题是高风险和中风险区的高毒活性API给排水设计,根据相关规范规定需要防止活性物质倒灌的污染,因此对于小分子称量区域、偶联反应、CIP、缓冲液配制等有活性物质的储罐以及上下游工艺生产使用的饮用水管线宜独立设置,在给水的支管位置设倒流防止器,支管的顶端设置真空破坏器。对于涉及生物安全性及高毒高活性的废水、废液等须进行灭活灭菌后才能进入相应的收集处理系统[8]。

抗体偶联药物生产过程中所产生的高活性废水主要包括小分子称量间、ADC合成纯化间、ADC分装间产生的高浓生产工艺废水以及器具清洗后废水等。含有活性物质的废水需设置专用的废水管道,统一排放到高活废水收集罐体收集,收集后的高活废水分批次或者连续加入灭活罐进行灭活处理,灭活方式可采用高温蒸汽或者加碱灭活,灭活后的废水再排放到厂区污水处理池进行处理,排水管道需选用耐高温、耐腐蚀的材质。生产工艺设备的排水口连接排水主管位置需要安装密闭空气隔断装置,生产区域内的排水还需要防止活性废水排放时的溅射。高毒性区的废水排放管道采用重力流排放,排水管道系统的通气立管顶端,在室外设置0.22μm滤膜,防止高活性物质扩散到室外。通气管与连接各生产设备排水口的管道末端需要设置阀门,这样可以通过阀门关闭系统,同时通过外接管道进行排水管道系统的冲洗。

废水灭活间里设置一套高温灭活装置,包含高活废水收集罐、废水灭活罐、CIP装置。灭活方式采用序批式高温灭活方式,高活废水收集罐的容积按批次、灭活时间、灭活温度进行计算,高活废水经高活废水收集罐收集后泵入灭活罐,经高温灭活后的废水需要经过冷却后排入到厂区污水池进行处理。

5 结束语

综上所述,在抗体偶联药物生产车间设计时,结合生产工艺流程、设备选型、药品生产的相关规范和标准以及高毒高活性控制等方面综合考虑,需要按照高、中、低风险生产区域进行合理划分,合理规划人流物流线。在满足操作需求和生产流程的前提下,合理的工艺设备平面布置,可以有效控制高活性高风险区域的风险,并将交叉污染的风险降至最低。随着生物制药技术的发展和设备自动化程度的提高,现代化、高标准的抗体偶联药物商业化生产车间对工艺设计提出了更高的要求,需不断优化设计方案,在实践中加以检验并逐步改善。

[参考文献]

[1]sievers EL,senterPD.Antibody—Drugconjugates incancerTherapy[J].AnnualReviewoFMedicine,2013,64(3):15—29.

[2]王诣彬.偶联生产车间设计[J].广东化工,2021,48(10):193—195.

[3] 国家药品监督管理局.药品生产质量管理规范(2010年修订)附录3:生物制品[A],2020.

[4]IsPE Baseline Guide oral solid Dosage Forms volume2[s].

[5] IcH Q7A.Good ManuFacturingPracticeGuideForActivePharmaceutical Ingredients[s].

[6] 国家药品监督管理局食品药品审核查验中心.药品共线生产质量风险管理指南[A],2023.

[7]温艳华.细胞毒性与非细胞毒性抗肿瘤药固体制剂生产区设计差异性探讨[J].化工与医药工程,2016,37 (2):32—34.

[8] 生物工程类制药工业水污染物排放标准:GB 21907—2008[s].

《机电信息》2025年第19期第21篇