鄭云飄

（中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司上海分公司，上海 200235）

單克隆抗體生產(chǎn)車間的工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)及案例分析

鄭云飄

（中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司上海分公司，上海 200235）

針對(duì)單克隆抗體生產(chǎn)工藝特性，結(jié)合GMP和國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)單克隆抗體的生產(chǎn)工藝流程、車間布置及廠房設(shè)施要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和闡述，并提供單克隆抗體生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)方案實(shí)例。

單克隆抗體；工程設(shè)計(jì)；GMP

1 概述

單克隆抗體生產(chǎn)技術(shù)作為現(xiàn)代生物科學(xué)領(lǐng)域中的重要進(jìn)展之一，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，已逐漸成為目前生物制藥行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)［1］。單克隆抗體生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)、多產(chǎn)品共線、采取病毒防范措施以及生產(chǎn)過(guò)程溫度控制嚴(yán)格等特點(diǎn)［2］。

本文針對(duì)單克隆抗體生產(chǎn)工藝特性，結(jié)合GMP和國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)單克隆抗體的生產(chǎn)工藝流程、車間布置及廠房設(shè)施要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和闡述，并提供單克隆抗體生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)方案實(shí)例。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

單克隆抗體的典型生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

生產(chǎn)工藝流程大致分為三個(gè)階段：

（1）上游工藝（從種子到收獲）；

（2）下游工藝（從蛋白捕獲到原液收獲）；

（3）制劑工藝（以凍干制劑為例，從配液到成品儲(chǔ)存）。

上游工藝涉及種子復(fù)蘇等敞口操作需在層流保護(hù)下進(jìn)行，并且該生產(chǎn)區(qū)域與其他操作活動(dòng)分開(kāi)，背景環(huán)境要求較高。種子擴(kuò)增階段采用密閉的生物反應(yīng)器+一次性儲(chǔ)液袋，有效降低產(chǎn)品污染風(fēng)險(xiǎn)。下游工藝涉及多步純化和過(guò)濾工序，也多采用密閉系統(tǒng)，最終原液產(chǎn)品的過(guò)濾及封裝在層流保護(hù)下進(jìn)行。

2.2 車間布置設(shè)計(jì)

2.2.1 車間布置主要遵循的法規(guī)規(guī)范

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）；

《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50073—2013）；

《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50457—2008）；

《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》（衛(wèi)生部令第79號(hào)）。

2.2.2 布置原則

（1）滿足工藝要求：設(shè)備布置首先滿足工藝流程圖要求，各區(qū)域功能明確，流程順暢，潔凈區(qū)相對(duì)集中，車間布置符合潔凈廠房要求［3］；

（2）滿足操作要求：考慮操作和檢修通道，合理的設(shè)備間距和凈空高度；

（3）滿足安全及消防要求：遵循《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）。

2.3 空調(diào)設(shè)計(jì)

2.3.1 空調(diào)系統(tǒng)劃分原則

（1）不同功能區(qū)采用獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，便于生產(chǎn)運(yùn)行管理；

（2）有生物活性區(qū)和無(wú)生物活性區(qū)采用獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)；

（3）不同產(chǎn)品生產(chǎn)專用區(qū)域分設(shè)空調(diào)系統(tǒng)，避免交叉污染。

2.3.2 房間壓差設(shè)定

（1）潔凈區(qū)和非潔凈區(qū)之間、不同級(jí)別潔凈區(qū)之間的壓差保證10 ～15Pa；

（2）相同潔凈等級(jí)區(qū)域內(nèi)有空氣流向控制的房間之間的壓差保證5 ～10Pa；

圖1 單克隆抗體工藝流程Fig.1 process flow diagram of monoclonal antibody

（3）氣閘壓差控制：無(wú)生物活性區(qū)氣閘間采用正壓氣鎖，空氣流向氣閘間兩側(cè)；有生物活性區(qū)氣閘間采用負(fù)壓氣鎖，兩側(cè)空氣流向氣閘間；

（4）產(chǎn)生濕熱氣體、產(chǎn)生粉塵房間保持相對(duì)負(fù)壓。

2.4 潔凈公用工程設(shè)計(jì)

2.4.1 氧氣、二氧化碳

主要用于細(xì)胞培養(yǎng)。

可采用鋼瓶站匯流排。氣體使用點(diǎn)末端設(shè)除菌過(guò)濾。

2.4.2 工藝壓縮空氣

主要用于細(xì)胞培養(yǎng)、純化、配液、CIP系統(tǒng)、洗瓶、灌裝、凍干等工序。

采用無(wú)油、無(wú)塵、干燥空壓機(jī)，氣體使用點(diǎn)末端設(shè)除菌過(guò)濾。

2.4.3 純化水、注射用水系統(tǒng)

主要用于培養(yǎng)基/緩沖液配制、CIP系統(tǒng)、工器具清洗、洗瓶、洗膠塞鋁蓋等工序。

采用純化水/注射用水制備裝置，水質(zhì)符合現(xiàn)行《中國(guó)藥典》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。純化水/注射用水分配系統(tǒng)以環(huán)形回路進(jìn)行循環(huán)，各使用點(diǎn)采用U形管接衛(wèi)生型隔膜閥。

2.4.4 純蒸汽系統(tǒng)

主要用于SIP系統(tǒng)、工器具滅菌、膠塞鋁蓋滅菌。

采用純蒸汽發(fā)生器。純蒸汽接管無(wú)死角，無(wú)凝水積聚。

2.5 生物安全防護(hù)措施

單克隆抗體藥物本身對(duì)人體無(wú)生物學(xué)危害。但是，單克隆抗體來(lái)源于特定細(xì)胞庫(kù)引入的細(xì)胞培養(yǎng)物，存在潛在病毒污染的危險(xiǎn)性。污染可來(lái)自原細(xì)胞系（細(xì)胞基質(zhì)）本身，也可來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中可能帶入的外源病毒［4］。為了減小病毒污染的風(fēng)險(xiǎn)，采取以下措施：

（1）病毒活性與非活性區(qū)域分開(kāi)，培養(yǎng)基和緩沖液配制與工藝操作生產(chǎn)區(qū)分開(kāi)；

（2）設(shè)備單獨(dú)進(jìn)行CIP及SIP，病毒活性區(qū)設(shè)備的CIP系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置；

（3）工藝生產(chǎn)廢水經(jīng)專門(mén)的廢水系統(tǒng)收集并滅活后排放。

3 案例分析

按工藝生產(chǎn)流程，單克隆抗體生產(chǎn)車間分為原液生產(chǎn)和制劑生產(chǎn)。原液生產(chǎn)包含上游工藝和下游工藝以及相關(guān)生產(chǎn)輔助區(qū)域，廠房及設(shè)施設(shè)計(jì)遵循《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》附錄3“生物制品”［5］。制劑生產(chǎn)按最終產(chǎn)品的不同，可分為凍干制劑、預(yù)充針、水針制劑等，布置可參照無(wú)菌制劑車間，本案例僅對(duì)原液生產(chǎn)布置進(jìn)行分析，制劑生產(chǎn)布置不在分析范圍內(nèi)。

單克隆抗體生產(chǎn)車間布置工程案例見(jiàn)圖2。

圖2 單克隆抗體生產(chǎn)車間布置Fig.2 Layout of monoclonal antibody production building

本案例包含兩條單克隆抗體原液生產(chǎn)線，各自的生產(chǎn)區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，上下游生產(chǎn)區(qū)域也相對(duì)獨(dú)立，下文按上游生產(chǎn)區(qū)、下游生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)分別進(jìn)行敘述。

（1）上游生產(chǎn)區(qū)

單克隆抗體細(xì)胞株一般凍存在液氮罐內(nèi)，生產(chǎn)時(shí)先進(jìn)行細(xì)胞復(fù)蘇及種子細(xì)胞的培養(yǎng)，該步驟為敞口操作，在超凈工作臺(tái)完成。隨后進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)液中細(xì)胞密度達(dá)到目標(biāo)值后，再轉(zhuǎn)移至生物反應(yīng)器。種子培養(yǎng)較細(xì)胞培養(yǎng)的時(shí)間周期較短，背景環(huán)境要求更嚴(yán)格，因此獨(dú)立設(shè)置空調(diào)分區(qū)。

種子培養(yǎng)液采用密閉的一次性容器移入生物反應(yīng)器進(jìn)行不斷地放大培養(yǎng)，單臺(tái)設(shè)備的溫度由TCU精確控制，且每臺(tái)設(shè)備配置稱量、溫度、壓力、酸堿度、溶氧量、空氣流量等檢測(cè)模塊。由于細(xì)胞培養(yǎng)周期較長(zhǎng)，在細(xì)胞培養(yǎng)間外另設(shè)培養(yǎng)基存放間，用于流加培養(yǎng)基的更換與存放。生物反應(yīng)器和培養(yǎng)基儲(chǔ)罐均采用一次性儲(chǔ)液袋密閉操作，細(xì)胞培養(yǎng)液和培養(yǎng)基的轉(zhuǎn)移采用一次性無(wú)菌軟管對(duì)接，背景環(huán)境設(shè)為D級(jí)。

細(xì)胞培養(yǎng)液分離收獲后，經(jīng)親和層析柱純化，捕獲的大量抗體蛋白分裝入一次性儲(chǔ)液袋暫存或轉(zhuǎn)運(yùn)到精純工序。該區(qū)域?qū)游鱿到y(tǒng)為獨(dú)立的CIP/SIP；緩沖液儲(chǔ)罐采用一次性儲(chǔ)液袋容器+無(wú)菌連接。

以上生產(chǎn)區(qū)域有細(xì)胞活性，設(shè)置獨(dú)立的人流通道，與下游及輔助生產(chǎn)人員分開(kāi)。人物流采用單向流，路線順暢、簡(jiǎn)潔、不迂回。生產(chǎn)人員經(jīng)各自的更衣通道進(jìn)入生產(chǎn)操作崗位，再?gòu)姆祷刈叩劳顺?，最大程度避免了交叉污染，保障產(chǎn)品生產(chǎn)的背景環(huán)境。

（2）下游生產(chǎn)區(qū)

精純工序通過(guò)不同的層析系統(tǒng)進(jìn)一步去除原液中雜質(zhì)蛋白質(zhì)、DNA、內(nèi)毒素等。中間體儲(chǔ)罐采用不銹鋼容器，可獨(dú)立CIP/SIP，夾套通7℃低溫水冷卻；層析系統(tǒng)為獨(dú)立的CIP/SIP；緩沖液儲(chǔ)罐采用一次性儲(chǔ)液袋容器+無(wú)菌連接；該環(huán)境的潔凈級(jí)別為C級(jí)。

精純后原液經(jīng)管道輸送至超濾系統(tǒng)，進(jìn)一步進(jìn)行緩沖液置換及濃縮，超濾后的產(chǎn)品暫存至移動(dòng)儲(chǔ)罐中，經(jīng)傳遞柜移入除菌過(guò)濾間，在層流保護(hù)下完成原液產(chǎn)品的過(guò)濾及封裝，該區(qū)域背景環(huán)境嚴(yán)格控制。超濾系統(tǒng)為獨(dú)立的CIP/SIP；中間體儲(chǔ)罐采用不銹鋼容器，可獨(dú)立CIP/SIP，夾套通7℃低溫水冷卻。

以上生產(chǎn)區(qū)域人員操作復(fù)雜，生產(chǎn)周期較短，批次更換及清場(chǎng)頻繁，背景環(huán)境較上游生產(chǎn)區(qū)更嚴(yán)格。人物流采用單向流，避免產(chǎn)品污染和交叉污染。

（3）輔助生產(chǎn)區(qū)

培養(yǎng)基和緩沖液的配置分別在獨(dú)立房間內(nèi)，配置后的溶液經(jīng)管道輸送至一次性儲(chǔ)液袋。配置罐及其分配系統(tǒng)均采用CIP和SIP。分配管路無(wú)死角，有一定坡度，便于放凈。

工器具經(jīng)返回走道去至清洗崗位，依設(shè)定的程序清洗、烘干，再經(jīng)雙扉滅菌柜滅菌，最終返回凈化生產(chǎn)區(qū)域。有細(xì)胞活性的工器具先滅活，再清洗；有細(xì)胞活性的廢棄物先滅活，再經(jīng)單獨(dú)的通道退出。

上下游生產(chǎn)分別配置CIP/SIP系統(tǒng)，裝置放置在CNC區(qū)。有細(xì)胞活性成分的生產(chǎn)廢水也先收集，加熱滅活，再排入工藝廢水。滅活裝置放置在CNC區(qū)。

以上輔助生產(chǎn)區(qū)兩條生產(chǎn)線共用，合理分配空間面積，便于人員操作管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

單抗生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)既要遵循國(guó)家相關(guān)法規(guī)規(guī)定，又要符合生產(chǎn)流程及操作需求。合理的設(shè)計(jì)會(huì)使車間內(nèi)人流、物流、設(shè)備在空間上優(yōu)化組合，提高生產(chǎn)利用率，同時(shí)將污染的風(fēng)險(xiǎn)降低至可控的最低限度內(nèi)。在滿足上述要求后，如何更好的提高經(jīng)濟(jì)性、降低勞動(dòng)成本、減少能耗也是該類項(xiàng)目重點(diǎn)思考的方向［6］。

隨著單克隆抗體生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，生產(chǎn)設(shè)備日臻完善，自動(dòng)化程度不斷提高，產(chǎn)量不斷放大，對(duì)廠房設(shè)施也提出更高要求。本文提供了一種單克隆抗體生產(chǎn)車間的布置方案，隨著現(xiàn)代制藥工業(yè)推陳出新，本文所提及的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)仍需在實(shí)踐中加以檢驗(yàn)并不斷修正提高。

［1］陳光.單克隆抗體技術(shù)歷史與發(fā)展簡(jiǎn)述［J］.生物學(xué)通報(bào)，2003，（38）.

［2］倪華，陶靜，胡輝.單克隆抗體藥物生產(chǎn)車間工程設(shè)計(jì)探討［J］.機(jī)電信息，2010，（32）.

［3］制藥工程工藝設(shè)計(jì)［M］.北京： 工業(yè)出版社，2013.

［4］ICH質(zhì)量管理文件匯編［M］.北京： 中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2010.

［5］藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂），衛(wèi)生部令第79號(hào)［S］.

［6］崔明勇.新生物制品生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)［J］.醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，1997，8（5）.

Keys in Design of Monoclonal Antibody Workshop and Case Analysis

Zheng Yunpiao
（SINO PHARMENGIN Corporation Shanghai Co.，Shanghai 200235）

With respect to the features in productive process of monoclonal antibody and combined with GMP and other relative national design codes，the productive process of monoclonal antibody and the requirements for layout of workshop and facilities in plant building were designed and explained.Moreover，practical instance for the design of monoclonal antibody production workshop was provided.

monoclonal antibody； engineering design； GMP

TQ 460.8

A

2095-817X（2016）04-0029-004

2016-00-00

鄭云飄（1989—），女，助理工程師，從事醫(yī)藥工程工藝設(shè)計(jì)工作。