转自：中国医药报

一次性使用技术在制药行业的应用，可以追溯到20世纪80年代塑料外壳囊式膜过滤器的使用，随之发展出的预组装、预灭菌的一次性无菌过滤系统在制药企业中应用。随着近10年单克隆抗体药物在各治疗领域取得巨大的成功，用于单克隆抗体生产的技术迅速升级，一次性使用系统在制药领域的应用也不断拓展。一次性系统相对于传统不锈钢系统，有固定成本投入少、建设周期短、污染风险低、清洁和验证投入少、对应的注射用水和化学试剂消耗降低、批次间切换灵活等优势。这正好契合生物制药领域的一些特点和需求，比如生产周期较长、单批次成本较高、需要降低细胞培养和下游纯化过程中污染风险等。

生物药大多针对小众治疗领域开发，自身产量要求不高，但对多产品快速切换生产有实际的商业需求，需要一种灵活、快捷、安全但固定成本和占地需求较少的生产模式。因此，一次性技术从早期仅用于缓冲液、培养基配制、存储转移，到如今几乎覆盖了生物药生产全过程。从细胞复苏、生物反应器培养、液体配制存储、中间产品保存、下游纯化过滤、最终产品配制、原液存储、冻融，到灌装管路组件、产品取样等工艺步骤，都能广泛地见到一次性技术的成功应用。

上游工艺和生产中的一次性技术应用

制药工艺中，上游所涉及的一次性技术主要是一次性生物反应器、培养基配制系统、无菌连接和断开系统、过滤器、储液袋、无菌软管、取样系统等。此外，收获时的深层过滤器和一次性离心系统也归属上游。随着单克隆抗体表达量从早期的不到1g/L到目前常见的5~6g/L，一次性2000L体积细胞培养产能已经能匹配原先上万升不锈钢体系细胞培养的产量。此外，由于能大幅降低生产硬件的固定投入、快速投产、极大降低培养污染风险等，一次性生物反应器已经在哺乳动物细胞培养中广泛应用，在昆虫细胞、微生物发酵领域也有一定的使用。

现有的一次性生物反应器主要有摇摆模式和搅拌桨模式。其中，摇摆模式即波浪式一次性反应器，主要用于种子扩增；搅拌桨式一次性反应器是参照不锈钢反应器原理进行设计的，用于细胞培养和目标蛋白生产。由于设备供应商在设计时考虑到了跟不锈钢反应器的可比性，在一次性生物反应器上，细胞培养工艺参数开发和设定操作跟传统不锈钢工艺类似，主要工艺参数仍然为pH、DO、搅拌速率、体积、补料策略、通气策略等。当然，由于一次性生物反应器袋的结构限制，罐体体积、桨叶、搅拌流型、通气口形状尺寸可选类型较少，对应的流体动力学参数需要进行相应调整以达到目标传质效率、热传递效率等要求。

使用一次性生物反应器用于细胞培养（发酵），也具有特定的风险和值得重视的工艺和操作考量点。一方面，工艺开发和操作人员需要在工艺开发和实际操作时，根据一次性产品的特性进行差距分析和风险评估，并能采用有效的措施来降低风险。另一方面，一次性产品生产商和供应商也需要持续改进，采用新技术，如使用更先进、安全的膜材质以及研发新的一次性探头等，使一次性生产技术能更好地用于实际生产。

下游工艺和生产中的一次性技术应用

制药工艺中，下游涉及的一次性技术主要是缓冲液配制系统、储存袋、过滤器、膜包、层析、无菌接头、一次性软管、取样系统、分装系统和原液存储袋/瓶及冻融系统等。由于下游使用一次性技术的主要目的是减少微生物和内毒素污染、减少在线清洗/在线无菌系统（CIP/SIP）操作，即把原先跟中间产品或溶液直接接触的不锈钢罐和管路替换为一次性塑料系统，对于下游相关工艺的影响和对应需作出的变更没有上游步骤复杂，因此从工艺角度来说风险较小。

由于下游生产是一个提纯原料药、去除杂质的过程，随着下游工艺步骤的推进，对产品纯度和杂质残留的关注度也越来越高。特别是最终原液储存袋/瓶的使用，由于原液可能在其中储存较长时间，一般常见有效期为12~36个月，而且分装和其后的灌装流程中还可能有冻融程序，其物理和化学相关安全性和实验数据尤为重要。制药企业需根据产品特性、下游生产过程和一次性技术进行风险评估，积极和一次性产品供应商合作进行可提取物和浸出物实验，以证明其安全性，并开展工艺验证以确保药品和工艺的安全有效。

制剂工艺和生产中的一次性技术应用

在制剂生产中，无菌保证是最关键的要求。一次性技术因其密闭性，交叉污染风险低，可减少CIP/SIP需求和时间，自然得到制药企业和灌装设备厂家的青睐。目前，主流的灌装线设备供应商已经推出了可使用一次性灌装系统的成熟灌装线，覆盖各种生产规模、剂型和规格。另一方面，传统的非一次性灌装系统往往使用柱塞泵等作为灌装动力，其机械构造和运行模式虽然能很好地保证灌装体积和精度，但其内部跟样品接触导致CIP/SIP步骤风险较大，且在生物制品中使用柱塞泵还存在着剪切力过大而可能导致蛋白制品出现沉淀聚集的巨大风险。而使用一次性灌装系统的生产线利用外置蠕动泵进行灌装，动力柔和，无产品接触，死体积较少，且可以根据需要定制组装预灭菌管路系统，非常适合生物制品灌装。

尽管一次性灌装系统有很多优势，但在使用时需要额外关注其带来的一些风险。由于原液制备完成后，在灌装步骤没有任何去除杂质的可能，需要特别关注一次性灌装系统的可提取物和浸出物，并进行相关实验来避免在最后步骤引入外来杂质。其次，无菌性和系统引入的颗粒也需要通过测试和验证以确保一次性灌装系统的适用性。对于最终无菌过滤器和中转袋中产生的颗粒及对蛋白溶液的影响，可以在工艺上通过预冲洗或更换质量更好的滤器和一次性袋来避免。

此外，灌装批次体积范围、灌装量、灌装时间、管径选型和灌装精度是相互影响的一组参数。一次性灌装系统使用的软管及蠕动泵转动具有弹性和脉冲特性，并且在长期蠕动泵传输过程中管壁会出现一定程度的磨损，跟传统柱塞泵系统相比，其灌装精度会有波动。另外，根据批次体积、灌装量、灌装时间，可以选择不同尺寸的灌装管路和中转袋以及管径大小和对应蠕动泵的型号，这又间接决定了能达到的灌装精度。因此，使用一次性灌装系统需要经过测试和验证来确定对应的工艺参数、灌装精度和最佳使用时长等信息。与此同时，针对一次性灌装系统在生产中可能产生的接口脱落、一次性袋/管道破损、漏液、堵塞和灌装精度无法合格等风险，应进行全面风险评估，有合适的应对措施。

一次性技术应用的其他要求

使用一次性生产技术除了在工艺设计和生产操作上要进行相关改变外，在运行和质量层面也需相应地作出调整，形成一个符合GMP要求的系统性生产运营体系。因为使用一次性生产技术，当生产规模、批次和产品开始增加，相关的一次性耗材使用量大幅增加，给供应链和质量体系带来巨大的压力。从供应链角度来说，需要考虑一次性袋的有效期和库存。目前，很多一次性产品如生物反应袋和缓冲液袋均在国外生产，其货期较长且包装也占较大仓库空间，需要在仓库库位、有效期、货期、货款和保持生产供货安全等方面进行全盘考虑。同时，由于一次性耗材大多为组装的塑料制品，在运输、入库等环节也要特别注意，避免损坏。供应链也应该从生产供货安全、降低成本和战略角度考虑备选供应商，通过多种方式灵活地满足一次性技术需求，从而最大限度地降低一次性应用风险。

一次性耗材在质量体系中作为原材料进行管理，其质量评估、批间差异、产品更新、材质变化导致的变更及质量投诉应该符合GMP的管理体系。但由于一次性产品的特殊性和技术要求较高，其相关质量评估和变更需要及时引入技术人员进行科学的评估，甚至可能需要在实际生产线上进行适应性试验以得到评估数据，必要时还需开展工艺验证。此外，经常被忽略的一个重要部分是，相比于不锈钢生产系统，一次性生产技术产生大量固体废弃物，而且部分固体废弃物还存在生物活性，管理这些生产过程中产生的废弃物，需要建立洁净区内部的灭活处理和转运流程，在转运后销毁和无害化方面还需要遵守国家相关环境保护法规。

（摘编自《生物类似药从研发到使用》，中国医药科技出版社出版）