由于生物制品的敏感性，生物制品的无菌灌装工艺可能具有挑战性。此外，CPC Biopharma 高级产品经理 Michael Francis 表示，产品在生产过程中的特定时间所处的位置也使无菌灌装/完成变得困难。

据Francis介绍，两个主要挑战是保持无菌状态和减少污染物，而且由于细胞疗法等复杂模式的灌装/完成步骤是产品交付给患者之前的最后工艺步骤，生物制造商必须仔细考虑患者的安全以及如果一批产品损失而必须重新生产所造成的高昂成本（时间和金钱）。

Francis 表示：“生物制品通常对细菌、病毒或微粒的污染更敏感，因此保持无菌状态至关重要。即使采用先进的自动化技术，人为干预仍可能是污染风险的来源，因此确保操作员能够轻松且严格地遵守无菌技术至关重要。”

确保分子稳定性

此外，美国合同开发和制造组织 Lifecore Biomedical 的执行副总裁兼总经理 Jackie Klecker 解释说，生物制药无菌灌装/完成中最关键的职责之一是确保分子的完整性和活性。确保分子的完整性和活性需要仔细准确地表征这些高度复杂、敏感且昂贵的产品的关键特性。“每个分子都不同，任何力量都可能对产品产生负面影响，包括光、温度、剪切力、氧气和产品接触等，”Klecker 说。

3PBIOVIAN首席运营官Pirkko Kortteinen 博士也认为，产品稳定性是生物制品和复杂生物治疗药物无菌灌装/完成过程中面临的最大挑战之一。她补充道：“在无菌灌装/完成过程中，温度、高压、金属离子、吸附搅拌或剪切应力等环境因素可能会损害蛋白质、活病毒颗粒或活细胞等大型复杂分子的稳定性。”

“无菌灌装/完成工艺必须设计成能够保持分子结构、生物活性和细胞活力，避免降解、聚集或其它损害。许多产品无法承受室温保存，”Kortteinen 进一步强调。

“了解每个分子的局限性对于在灌装/完成工艺过程的所有方面和时间点建立和保持对最佳环境的专业控制至关重要，”Klecker 说。“这可能包括生产步骤中严格的温度控制要求/时间，例如控制解冻时间，以及使用低剪切蠕动泵进行灌装。”

同时，Kortteinen解释说，由于这些生物制药产品的性质，总工艺时间必须保持在短时间内 - 在某些情况下，以小时而不是几天为单位 - 完成操作。因此，所有工艺步骤，包括解冻、除菌过滤（如有）、灌装、封闭、目视检查、取样和二次包装，都必须在紧迫的时间内完成。

Kortteinen指出，生物治疗药物的敏感性限制了除菌方法的选择，因此，尽管建议在最终容器中进行热除菌，但这通常是不可能的。许多生物产品的最终原液溶液的除菌过滤必须在无菌灌装/完成之前进行。相比之下，Kortteinen 指出，最终的细胞治疗产品由不适合最终灭菌或过滤的活细胞或细胞源性基质组成，因此可能需要在整个生产过程中采用无菌技术。

建立无菌灌装/完成策略

Francis 还指出，由于许多无菌灌装/完成操作都是在隔离器中进行的，因此生物制药的无菌灌装/完成可能非常昂贵，而且设备使用起来也很困难。“隔离器内的开放式操作需要良好的无菌工艺程序才能成功。在这些应用中采用一次性系统 (SUS) 有助于减少污染和颗粒风险；然而，这些 SUS 设计通常非常复杂，有时会导致‘管道杂乱’，”Francis 表示。“这些过于复杂的系统对于操作员来说可能非常难以操作 - 任何组装困难都可能带来操作员失误的意外风险。”

此外，Kortteinen指出，在无菌灌装/完成阶段尽量减少产物损失至关重要，因为生物治疗产品的起始材料（以及药物）非常有价值。“尽量减少工艺过程中的体积损失是灌装工艺设计师的一个重要目标，”她表示。

“能够灵活实施创新解决方案的设施，无论是利用具有先进控制功能的最先进的设备，还是优化灌装工艺过程的各个方面，都能够最大限度地减少产品浪费，”Klecker 补充道。

同时，Francis解释说，产品冷冻和运输（在生物治疗产品中更常见）也带来了挑战。Kortteinen 指出，许多生物治疗药物，尤其是在其早期生命周期中，都储存在低温下，例如 -80°C 或冷冻保存在液氮中。她指出，这些低储存温度对冷冻保存期间容器的完整性提出了挑战。

Francis 补充道：“系统设计人员需要考虑能够承受许多生物制品经历的低温保存和随后的解冻循环的宽泛温度范围的组件材料。”组件供应商应该能够提供泄漏、爆裂、微生物侵入和其它测试，以证明其产品在整个过程和相关活动（如灭菌、运输和冻融过程）中的表现。”

总体而言，Klecker 指出，生物制品生产的复杂性和特殊性要求需要高水平的专业知识和细致的过程管理才能有效应对这些挑战。

制造商解决方案

一次性技术 (SUT) 的出现极大地帮助了解决生物制药无菌灌装/完成过程中遇到的问题。

Kortteinen强调说，SUT在过去二十年里取得了长足的发展，他解释说，一次性用品（通常是无菌塑料部件或组件）通过提高操作效率改变了无菌灌装/完成工艺。

“使用一次性灌装线进行流体传输可以缩短整体生产时间，”Kortteinen 说道。“通过使用现成的、已灭菌的组件，可以避免耗时费力的设备更换程序。如供应商对一次性灌装线进行灭菌，就不再需要对灌装线进行现场灭菌。此外，使用高质量、高处理能力的一次性除菌级过滤器可以缩短生产时间。”

Kortteinen指出，在无菌灌装/完成中使用一次性材料的一个显著好处是最大限度地减少交叉污染的风险，这是一个至关重要的问题，特别是对于多产品设施和合同制造组织而言。

然而，Francis解释说，尽管一次性灌装线和一次性袋子等 SUT 有助于降低交叉污染风险并简化清洁和验证流程，但制造商仍需要确保 SUS 组件在其工艺参数范围内按预期运行。“例如，”Francis 说，“必须证明较新的聚合物 SUS 能够承受适用的工艺温度和压力水平，而传统上不锈钢设备不会出现问题。”

Kortteinen解释道：“以前，灌装/完成制造商在内部清洗和灭菌主要包装材料。这些流程需要大量设备和设施投资。验证这些质量关键流程以及设备和系统的鉴定和维护需要大量劳动力。”相比之下，如今，供应商可以提供高质量的即用型小瓶、瓶塞和其它包装。

“将初级包装的准备和灭菌工作外包，简化了灌装/完成操作。使用即用型组件时的验证活动侧重于材料转移和将无菌组件装入灌装线，以证明所有组件在整个工艺过程中都保持无菌，”Kortteinen 表示。

Francis 进一步指出，为了创建最佳系统，制造商应要求组件供应商提供有关化学兼容性、流动性能、生命周期测试、可提取物数据以及冻融循环中的产品完整性等关键信息。“例如，许多新疗法都在超过 -150 °C 的温度下冷冻保存，因此灌装/完成阶段的组件需要应对这些超低温度，”他说。

Klecker 表示，依靠最新的一次性系统、在灌装机内使用低剪切蠕动泵以及简化隔离器灌装线设置以最大程度地提高产量并最大程度地减少污染机会也是重要的解决方案。“与这些过程中的解决方案同样重要的是我们与客户共同开发的广泛测试方案，以将其纳入灌装/完成过程中。这些方案不仅在表征分子和确定其对外部因素的脆弱性方面发挥着关键作用，而且在监测无菌灌装/完成工作期间的任何不良影响方面也发挥着关键作用，”她补充道。

Klecker 还强调了在每种产品的商业化灌装/完成工艺过程中“牢记最终目标”的要点。“通过在分子研究的早期努力了解和解决任何独特的、特定于产品的行为，”她强调，“我们可以确保我们的最终工艺流程针对我们将要生产的有价值的商业批次进行优化。”

Francis 表示，如今制造商也在寻找简化隔离器中SUS 的方法。例如，无菌连接器允许在隔离器外部使用 SUS，连接器可作为 beta 端口的通道。“例如，移除缓冲袋甚至部分管道歧管可以减少‘管道杂乱’，否则会使操作员的操作变得复杂。作为封闭系统的一部分，无菌连接器有助于在连接灌装设备时阻止颗粒和污染物进入流道，”他解释说。“这些连接器还可以通过连接系统内的组件（例如管道、袋子、过滤器和歧管）来实现模块化系统。封闭式工艺和模块化系统的集成可实现高效、灵活的工作流程，同时提供生物制品制造商所需的无菌工艺，以最大限度地降低污染风险。”

生物制药灌装/完成的未来

Kortteinen指出，灌装线制造商已经开发出适用于生物治疗的无菌灌装/完成的创新设计和技术。例如，基因治疗和细胞治疗中使用的小批量产品需要适合细胞和基因治疗生产设施中多产品灌装/完成操作的小型自动灌装线。同时，她指出，自动灌装线通过避免人工干预来提高质量，自动化提高了运营效率，并能够有效放大灌装/完成操作。

“行业将继续优化设施和设备，以提高监测和解决可能危及复杂生物治疗产品活性的外部因素的能力，”Klecker 说道。这些创新可能包括：在整个灌装/完成过程中增加连续温度控制和更多的低温存储容量；更多地采用一次性组件以减轻清洁和清洁验证的负担。

同时，Francis预计封闭式 SUS 的使用将继续增加，他指出，这种系统可适应任何规模或系统，具体取决于所需的独特生物制品或疗法。“SUS 允许更小的模块化部分处理特定批次的产品，因此模块化将得到更广泛的应用。模块化还有助于简化操作员 SOP [标准操作程序] 和工作流程，因为所有人员都使用相同或相似的系统。”他说。

Francis 还指出，通过灌流在上游工艺过程中连续过滤的能力开始使产品连续流向灌装阶段。这种连续工艺与模块化 SUT 一起，正在创造更快生产的未来。然而，尽管需要更多的自动化，但 Francis 指出，将提高自动化作为一种解决方案可能难以实施，因为没有单一的解决方案。“随着通过 AI [人工智能] 进行更多的过程数据收集和快速分析，人们期望未来的灌装将是量身定制的、精确的。自动化可以提供更高的可靠性、更快的流程和更少的操作员错误风险，但当前的自动化设计通常非常复杂，因此您可能会失去自动化旨在提供的一些好处。此外，还需要对这些设计进行标准化。业界认识到标准化的好处，但由于各种原因，标准化很难实施，”他解释说。

此外，Francis预计生物制品制造商将在药物开发早期寻求更高效的工艺流程，以实现更精简的规模放大，因为在药物发现和功效测试阶段提前考虑商业化生产工艺流程可以节省后续时间。“例如，管路焊接和使用生物安全柜等更手动和更依赖操作员的无菌技术可能在小规模过程中效果很好，但在商业化方面效果并不好，”他说。

“最后，”Francis补充道，“当研究人员和开发人员，尤其是大学和初创企业（细胞和基因治疗）领域的研究人员和开发人员，希望将其技术或产品从实验室规模转移到商业规模时，会遇到许多障碍和挑战。随着初创企业对其产品最终如何生产有了更广泛的了解，并且如果他们开始将这些方法纳入自己的早期流程，技术转移就会更加无缝。”

Kortteinen还强调了可能影响无菌灌装/完成未来的新监管考量。她指出，例如，欧洲推出的新附件 1 指南的范围更广，涵盖了新技术（例如隔离器和限制进入屏障系统 [RABS]），尤其是对于新设施或装置而言。Kortteinen 解释说，隔离器可以完全封闭并用过氧化氢消毒，从而最大限度地降低污染或交叉污染风险。“对于需要在生物安全 2 级控制的病毒产品，隔离器自动灌装是一种选择，因为它可以保护操作员免受产品接触。未来，无论是在隔离器还是在 RABS 中进行无菌 [灌装/完成] 都将成为一种期望，”她说。

“附件 1 要求材料、设备和部件的转移采用单向流动。最好有单独的更衣室用于进出灌装，” Kortteinen 总结道。“这些要求将影响新设施的洁净室设计，并可能导致现有洁净室设施的更新。”