一次性系统（SUS）如今已经应用于大多数涉及动物细胞培养物的生物制药流程——例如, 在预临床和临床样品生产过程中，一次性过滤器、塑料贮存袋、一次性搅拌器和一次性生物反应器等上游处理（USP）部分是最为常用的部件。但是，生物制药行业也在更深入地将一次性系统应用于下游处理（DSP）、配方和填装。其中，一次性搅拌釜式生物反应器是当前行业优先发展方向之一。此外，处理干细胞和T 细胞的一次性设备也是本行业所需。

图1 用于上游处理的一次性系统（图片经Sartorius Stedim Biotech AG 公司友情批准使用）

一次性(即弃型)系统只供一次性使用，并且一次性系统中所有与产品发生接触的部件，均采用经美国食品和药物管理局(FDA)批准的塑料材料，如聚乙烯或聚碳酸酯。这些一次性系统通常由制造厂商以贝塔射线或伽马射线进行灭菌，可以随时投入使用。在这15 年的生物制药生产过程中，人们对使用一次性系统的接受度已经得到极大的提升。尤其对所有涉及到动物细胞培养物的流程，需要快速开发和高效生产中小批量的产品时，如治疗性抗体、激素、酶和疫苗时，人们对一次性系统的接受度尤其之高。保守估计，这些应用领域的一次性系统，已经在2/3 的新流程设计中得到了采用。

这种发展趋势的原因在于，与玻璃或金属制可重用设备相比较时，一次性系统展现出很多优点。例如，它能增加产品层级(生产型生物反应器的容量下调到了1 m3 或2 m3)， 能更快形成生产能力(无需灭菌和清洁工序)，提高产品灵活性(快速实现产品切换)以及增强产品安全性(将产品交叉污染风险降至最低)。此外，一次性系统能够将生产系统前提投资成本削减约40%，并且其系统安装、调试和投运所用时间也更少。

一次性设备在预临床和临床样品生产中无处不在，但在商品级生物制药生产中的应用程度少一些。导致出现这种现象的原因是，目前市场供应的一次性系统存在着一些影响其应用范围的限制。

一次性系统的主要缺点

可溶出物和可萃取物(L&E)，是一些在处理条件下或在最差条件下，从塑料当中迁移出来的物质，这些物质会导致产品品质降级，成为一次性系统的主要缺点。其中最大的缺点是，此系统缺乏用于检测L&E 的标准化测试规程，同时还缺乏适合的分析试验规程。可溶出物双(2,4- 双叔丁基苯基)磷酸酯钠(bDtBPP)，被识别为对中国仓鼠卵巢(CHO)细胞株系具有细胞毒性，这个事实未能改变这种状况。但是，在Matthew Hammond 指导下，Amgen 公司专家团队通过研究取得了一些成果，这些成果加快了适用于贮存袋、搅拌器袋和生产反应器袋的更坚固且最优化薄膜的开发工作(例如， ThermoFisher Scientific 公司出品的Aegis5-14 薄膜，或Sartorius Stedim Biotech 公司出品的Flexsafe S80 薄膜)。最近一项以德国化学和生物技术协会(DECHEMA)建议为基础的研究表明，如果将抗氧化剂Irgafors 168 的浓度降至最低，则可以排除Flexsafe S80 的细胞生长抑制风险，而且这种排除不仅适用于CHO 细胞。

通过DECHEMA 生物制药生产一次性技术工作组的努力，DECHEMA 正在为德语地区一次性系统的标准化制订建议标准和指南，除DECHEMA 以外，表1所列的一些组织也在积极参与这些工作。除了L&E 问题之外，与一次性生物反应器的完整性、供应商资格、材质和部件可更换性以及流程特性描述方面的问题也正在得到解决。

处理平台、USP 生产线和生产装置

尽管如此，如果选用了正确的设备并且正确使用，一次性系统的优势胜过如上所列缺点。一次性系统如今已经存在于上游处理和下游处理的流程工序中。甚至还有可用于合适配方和填装的一次性使用设备(搅拌器、输送系统、配药系统、填装针头等)。但是诸如上海WuXi PharmaTech这样的一次性使用生产厂仍然是例外( 约占10%)。混合式生产厂(约占75%)才是主导生产形式。一次性过滤器、塑料贮存袋、一次性搅拌器和一次性生物反应器与不锈钢设备同时得到了使用。由一次性系统市场领导者(GE Healthcare、Pall Life Sciences、Merck MilliPore、Sartorius Stedim Biotech 和ThermoScientific)设计的各种处理平台(例如，介质生产、发酵、生物质分离、病毒分离和灭活、配方和填装平台)都在这些工厂当中得到了广泛采用。

事实上，对于容量大于500 L的应用(一次性离心限制、一次性使用蛋白质A 层析、缺少传感器系统)，其应用空间仍然存在瓶颈。虽然，一次性使用DSP 已经有了进步，图1 也说明了生物制药业正发展为全部以一次性系统为基础的上游处理生产设施的趋势。典型例子之一是Shire 公司，它位于马萨诸塞州莱克星顿，拥有一座2 000 L 的生物反应器生产设施。此外，用于治疗戈谢病的药品Velaglucerase Alfa，已通过欧洲药品管理局(EMA)和美国食品和药物管理局(PDA)的批准，这是第一款将在一座采用整套一次性使用上游处理生产线的生产设施生产的商业生物药品。但是，如果没有可以扩容升级的一次性生物技术和相关周围设备，这种类似的生产设施将不会存在。

本文摘自《Achema 趋势报告》，更多详情请参见www.achema.de。