洞燭先機 | 單抗下游純化工藝在線監測,讓產品質量輕松起飛!
需求背景
在現代生物制藥的世界里,活性藥物成分(API)的制造就像烹飪大餐,上游工藝(USP)是食材準備階段,下游工藝(DSP)就是大廚的烹飪過程。
先來看看上游工藝(USP)。我們精心挑選最好的“細胞種子”,進行細致的發酵培養。這些細胞會在適合的條件下快樂成長,生產出所需的生物分子。這就是我們的原料,之后就由下游工藝(DSP)來完成精彩的烹飪過程。
下游工藝(DSP)就像是位大廚,他要做的就是將上游工藝(USP)提供的原料進行精心的烹飪。細胞與溶液的分離就像是清理食材,去蕪存菁。然后根據電荷、大小、疏水性或親和力等特性,將所需的 API 從細胞中釋放出來。這個過程就像是將各種食材巧妙地融合在一起,形成一道美味的大餐。
整個過程就像廚師需要關注菜品的味道一樣,我們還需要密切監測副產物、細胞生長培養基的特性以及后續純化和加工步驟中的產品質量。同時還要監測關鍵質量屬性(CQAs)和關鍵工藝參數(CPPs),讓每一個步驟都完美無瑕。
因為生物產物是如此復雜,我們不能僅僅依靠經驗,還需要借助靈敏的分析工具(例如 UHPLC)來提供準確的數據,幫助我們精確控制每一個步驟,確保一切都恰到好處。

圖 1. 生物藥物 API 的下游工藝流程示意圖。綠點為可能接入在線液相色譜位置
運行邏輯
在下游工藝中,我們巧妙地運用在線 LC 來“把關”,監測 mAb 純化工藝中高分子量聚集體的百分比(%HMWs mAb 聚集體),確保經過 AEX 色譜精處理步驟的洗脫液的產品質量。我們采用了符合 GMP 要求的無菌 FPLC 解決方案,而配備 NovaSeptum 取樣接頭的 Agilent 1260 Infinity II Prime 在線液相色譜系統,就像一個守門員,緊緊盯著來自純化系統的“出口”,完成以下動作:
· 每 4 分鐘出手取樣一次
· 在 3 分鐘內完成分析
· 結果提交 PCS,做出決策
為了應對可能出現的“色譜柱故障”,我們還準備了一臺額外的泵和柱切換閥,像替補隊員一樣隨時待命。當色譜柱“體力不支”時,它們可以立即“替補上場”,確保生產流程的順利進行。

圖 2. 在線液相色譜系統工作原理示意圖
每 4 分鐘我們就能得到一份“體檢報告”,上面清楚地顯示了所需 mAb 的濃度和高分子量聚集體的百分比信息,用來輕松判斷產品的質量是否符合預期。報告的關鍵信息通過 OPC UA 傳遞給上級過程控制系統 PCS(工藝流程控制的大腦),由 PCS 來決定整個純化過程的節奏。4 分鐘一次的結果還可以繪成趨勢圖,一圖看清 HMW 聚集體的面積百分比變化過程(圖 3)。

圖 3. 在線液相監測軟件中顯示的結果概覽。左上顯示高分子量(HMW)聚集體面積百分比趨勢圖
結果剖析
在線監測的結果顯示了以下的趨勢:
mAb(主產物)的面積百分比(圖 4A)從 20.48 min 開始從純化系統中洗脫
HMW 聚集體在 28.41min 后被監測到,單體和聚集體的比例分別為 99.892% 和 0.108%
實際峰面積的趨勢圖(圖 4B)顯示,單體的主要洗脫時間為 24.44min 至 72.40min
?在線液相色譜系統所生成的數據都可用于反饋循環。

圖 4. 趨勢圖 A 顯示所收集的餾分中 mAb 的面積百分比。趨勢圖 B 顯示所抽取的餾分中主峰的峰面積
結語
在治療性 mAb 下游工藝中增加的在線液相監測手段,能夠及時提供純化過程的關鍵數據,并實時反饋幫助決策,改善產品質量并確保工藝可靠。
除此之外,在線液相(液質)監測還可以擴展至上下游工藝的多個節點,支持不同監測項目,并和其他在線手段結合,提高對工藝的理解和控制。
展 望
工業 4.0 的轉化和過渡正在國內全面展開,作為其中的一個行業子集,生物制藥 4.0 也推進了智能工廠的發展,制造流程的自動化、數字化轉型都離不開在線數據的支撐,在生物工藝流程中實施 PAT 工具(如在線液相色譜)是生物制藥 4.0 和未來自主運行設施的關鍵推動因素之一。

圖 5. 貫穿整個生物工藝工作流程的 LC&LCMS 監測