「生物反應器」與「切向流過濾系統」在抗體藥物生產中的協同作用
時間：2025.02.28
在現代生物醫藥產業中，抗體-藥物偶聯物（ADC）和單克隆抗體藥物因其高度的靶向性、卓越的療效以及在治療多種疾病方面的巨大潛力，已成為藥物研發和應用的熱點。然而，這些復雜藥物的生產離不開先進的設備支持，其中生物反應器和切向流過濾系統（TFF）在其中扮演著至關重要的角色。本文將綜合介紹這兩種設備在抗體藥物生產中的應用及其協同作用。
一、生物反應器——細胞培養的“生命搖籃”
生物反應器是細胞培養的核心設備，為細胞提供一個穩定、可控的生長環境，促進其生長和抗體的合成。對于單克隆抗體藥物生產來說，生物反應器主要負責在無菌條件下大規模培養表達抗體的細胞株，如CHO細胞等。而對于ADC的生產，生物反應器則需要同時滿足抗體和藥物連接子（如小分子毒素等）的生產需求，為后續的偶聯反應提供高質量的原材料。
精確的環境控制
1. 溫度控制
培養過程中，合適的溫度（通常為 37°C）對于維持細胞的正常代謝和生長速率至關重要。同樣，在抗體生產階段，溫度的微小波動就可能會影響細胞內酶的活性，進而改變細胞代謝途徑和抗體合成速度。對于 ADC 藥物中的抗體成分，穩定的溫度有助于確保其正確的折疊和糖基化等翻譯后修飾過程，因為這些修飾過程對溫度有嚴格的要求，合適的溫度可以提高抗體的質量和活性，為后續與藥物連接子的偶聯提供高質量的抗體原料。
霍爾斯生物反應器采用電加熱、盤管換熱（亦可選擇夾套控溫），再結合精密的溫度傳感器和控制器，能夠將罐內溫度精確控制在細胞生長所需的溫度內。
2. pH值調節
細胞在生長和代謝過程中會產生酸性或堿性物質，如乳酸和氨等，根據細胞株的需求，生物反應器要將培養液的 pH 值維持在適合細胞生長的范圍內（一般為 7.2 - 7.4）。在 ADC 藥物制備的偶聯反應階段，pH 值會影響藥物連接子與抗體的結合效率和選擇性，不合適的 pH 值可能導致偶聯不均一，產生質量不佳的 ADC 藥物產品。
通過 pH 監測系統密切監測 pH 值的變化，并通過自動控制系統及時添加酸或堿溶液進行調節，也可以選擇利用 CO?通氣量和酸堿液的添加進行控制。
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精確的環境控制
1. 溫度控制
培養過程中，合適的溫度（通常為 37°C）對于維持細胞的正常代謝和生長速率至關重要。同樣，在抗體生產階段，溫度的微小波動就可能會影響細胞內酶的活性，進而改變細胞代謝途徑和抗體合成速度。對于 ADC 藥物中的抗體成分，穩定的溫度有助于確保其正確的折疊和糖基化等翻譯后修飾過程，因為這些修飾過程對溫度有嚴格的要求，合適的溫度可以提高抗體的質量和活性，為后續與藥物連接子的偶聯提供高質量的抗體原料。
霍爾斯生物反應器采用電加熱、盤管換熱（亦可選擇夾套控溫），再結合精密的溫度傳感器和控制器，能夠將罐內溫度精確控制在細胞生長所需的溫度內。
2. pH值調節
細胞在生長和代謝過程中會產生酸性或堿性物質，如乳酸和氨等，根據細胞株的需求，生物反應器要將培養液的 pH 值維持在適合細胞生長的范圍內（一般為 7.2 - 7.4）。在 ADC 藥物制備的偶聯反應階段，pH 值會影響藥物連接子與抗體的結合效率和選擇性，不合適的 pH 值可能導致偶聯不均一，產生質量不佳的 ADC 藥物產品。
通過 pH 監測系統密切監測 pH 值的變化，并通過自動控制系統及時添加酸或堿溶液進行調節，也可以選擇利用 CO?通氣量和酸堿液的添加進行控制。
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3. DO（溶解氧）濃度管理
充足的氧氣供應對細胞生長和抗體產生至關重要。生物反應器通過調整通氣量、攪拌轉速和氧氣濃度等參數，自動控制發酵罐內的溶解氧濃度，以滿足細胞的需氧量。合適的溶解氧水平可以影響細胞的代謝狀態，進而影響抗體的糖基化水平，對ADC藥物的活性、穩定性和體內藥代動力學特性產生重要影響。
4. 細胞生長過程監測
充足的氧氣供應對細胞生長和抗體產生至關重要。生物反應器通過調整通氣量、攪拌轉速和氧氣濃度等參數，自動控制發酵罐內的溶解氧濃度，以滿足細胞的需氧量。合適的溶解氧水平可以影響細胞的代謝狀態，進而影響抗體的糖基化水平，對ADC藥物的活性、穩定性和體內藥代動力學特性產生重要影響。
4. 細胞生長過程監測
- 活細胞密度：整個培養過程中，需要定期從生物反應器中取出少量樣品，監測細胞的生長狀態，根據生長情況判斷是否調整培養條件，以確保細胞處于最佳的生長和生產狀態。也可以選擇裝配上實時檢測活細胞密度傳感器，節省人力、時間以及提高生產率。
- 消泡系統：細胞培養過程中，由于通氣和攪拌等操作可能會產生泡沫。霍爾斯發酵罐設有消泡裝置，如機械消泡槳或自動添加消泡劑。
- ORP、在線OD、尾氣分析（包括OUR、CER、RQ等）等傳感器的配置，可以讓細胞的生長狀態一直處于監控下。
二、切向流過濾系統（TFF）——抗體純化的“高效引擎”
切向流過濾系統（TFF）是一種基于膜分離技術的設備，通過膜的選擇性透過特性，實現樣品的濃縮、純化、脫鹽、緩沖液置換等功能，在抗體藥物的下游處理過程中發揮著關鍵作用。
1. 抗體的濃縮與脫鹽
在抗體藥物生產中，抗體的濃度往往較低，需要經過濃縮以提高其濃度，以滿足后續工藝和質量控制的需求。切向流過濾系統通過選擇適當的孔徑的膜，可以有效截留抗體大分子，讓小分子雜質和水通過膜，從而實現抗體的濃縮。同時，在濃縮過程中，還可以將抗體溶液中的鹽分和緩沖成分去除，達到脫鹽的效果，為后續的偶聯反應或其他工藝步驟提供純凈的抗體原料。
2. 產物的純化
對于ADC的生產，在偶聯反應后，切向流過濾系統可以進一步發揮其純化作用。通過選擇不同孔徑的濾膜，TFF技術可以去除未反應的抗體和小分子藥物，實現ADC與游離毒素或抗體的分離。這一過程對于提高ADC產品的純度和質量具有重要意義，確保最終藥物產品的結構完整性和藥效特性。
3. 緩沖液置換
在藥物制劑階段，切向流過濾系統還可以用于更換制劑中的緩沖液。通過TFF技術，將藥物溶液中的原有緩沖液置換為更有利于實現儲存穩定性的液體，從而確保藥物的穩定性和活性。
在抗體藥物生產中，抗體的濃度往往較低，需要經過濃縮以提高其濃度，以滿足后續工藝和質量控制的需求。切向流過濾系統通過選擇適當的孔徑的膜，可以有效截留抗體大分子，讓小分子雜質和水通過膜，從而實現抗體的濃縮。同時，在濃縮過程中，還可以將抗體溶液中的鹽分和緩沖成分去除，達到脫鹽的效果，為后續的偶聯反應或其他工藝步驟提供純凈的抗體原料。
2. 產物的純化
對于ADC的生產，在偶聯反應后，切向流過濾系統可以進一步發揮其純化作用。通過選擇不同孔徑的濾膜，TFF技術可以去除未反應的抗體和小分子藥物，實現ADC與游離毒素或抗體的分離。這一過程對于提高ADC產品的純度和質量具有重要意義，確保最終藥物產品的結構完整性和藥效特性。
3. 緩沖液置換
在藥物制劑階段，切向流過濾系統還可以用于更換制劑中的緩沖液。通過TFF技術，將藥物溶液中的原有緩沖液置換為更有利于實現儲存穩定性的液體，從而確保藥物的穩定性和活性。
三、協同作用：打造高效抗體藥物生產鏈
生物反應器和切向流過濾系統在抗體藥物生產中相互配合，共同構建了一個高效、穩定的生產鏈。生物反應器負責在上游進行細胞培養和抗體的初始合成，為抗體藥物的生產提供基礎。通過其精確的環境控制和良好的混合傳質效果，確保了高質量抗體的規模化生產，滿足了后續工藝對抗體質量和產量的需求。
與此同時，切向流過濾系統在下游處理過程中不僅能夠對抗體進行高效的濃縮純化，提高抗體的純度和質量，還能夠進行緩沖液的置換，優化藥物制劑的穩定性和活性。這一過程為抗體藥物的最終成型奠定了堅實的基礎，確保了藥物產品的性能和安全性。
與此同時，切向流過濾系統在下游處理過程中不僅能夠對抗體進行高效的濃縮純化，提高抗體的純度和質量，還能夠進行緩沖液的置換，優化藥物制劑的穩定性和活性。這一過程為抗體藥物的最終成型奠定了堅實的基礎，確保了藥物產品的性能和安全性。
通過兩者的協同作用，從細胞培養到抗體的收獲、純化，再到最終的制劑成型，生物反應器和切向流過濾系統共同保障了抗體藥物生產的高效性、穩定性和質量可控性，推動了抗體-藥物偶聯物和單克隆抗體藥物的發展和應用，為人類健康事業做出了重要貢獻。