生物制品的連續(xù)加工方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)為國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2011/063598,國(guó)際申請(qǐng)日為2011年12月6日，發(fā) 明名稱(chēng)為"生物制品的連續(xù)加工方法"的PCT申請(qǐng)于2013年7月4日進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段后 申請(qǐng)?zhí)枮?01180064040. 7的中國(guó)國(guó)家階段專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)生物藥品和生物制品（諸如單克隆抗體和疫苗）的連續(xù)加工 技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 連續(xù)方法廣泛用于多種行業(yè)，例如石油化工、精細(xì)化工和農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)。蒸餾、 推流式反應(yīng)、色譜和吸附分離在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中均以連續(xù)模式操作。例如，熟知的大規(guī)模 模擬移動(dòng)床（SMB)純化方法是從二甲苯混合物中分離對(duì)二甲苯的所謂Parex方法。該方法 基于UOP LLC (Des Plaines, IL (US))開(kāi)發(fā)并商業(yè)化的Sorbex SMB技術(shù)。其他SMB或相關(guān) 連續(xù)逆流色譜技術(shù)值得注意的實(shí)例為從葡萄糖和果糖混合物（其用于生產(chǎn)高果糖玉米糖 漿）中純化果糖；從糖蜜中回收蔗糖和甜菜堿；純化各種羧酸和氨基酸；以及生產(chǎn)肥料用硝 酸鉀。
[0005] 尚未明顯從連續(xù)加工技術(shù)受益的一個(gè)行業(yè)為生物制藥行業(yè)，在這個(gè)行業(yè)中最終藥 品通常為大分子（即，彡3kD)并且必須經(jīng)歷若干目的在于純化和最終滅菌的步驟。直到最 近，大部分生物藥品和生物制品仍以不算太大的規(guī)模制造和純化，因此沒(méi)有必要放棄固有 低效的批加工技術(shù)。然而，在最近幾年中，第一種單克隆抗體治療劑的商業(yè)成功連同在制造 方法中采用完全一次性或單次使用組件的需要已促使人們對(duì)更高效的加工技術(shù)的興趣漸 增。
[0006] 模擬移動(dòng)床分離方法的進(jìn)展諸如集成BioSMB?系統(tǒng)（Tarpon Biosystems, Inc.， Worcester, MA(US))已使得可能將傳統(tǒng)上以批方式操作的分離方法步驟轉(zhuǎn)化成可連續(xù)運(yùn)行 的SMB方法，從而獲取澄清的進(jìn)料并以連續(xù)的方式純化目標(biāo)分子諸如單克隆抗體或疫苗， 以得到純化的中間產(chǎn)品，其可直接用于目標(biāo)在于最終的純化原料藥品和最終包裝的無(wú)菌藥 品的另外下游加工。BioSMB?系統(tǒng)提供了一種代替分批純化方法步驟的靈活、可編程系統(tǒng)。 其提供大大減小操作規(guī)模、大大減少溶劑使用和所需色譜介質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，以及采用完全一 次性組件的能力（從而減少不銹鋼組件的投入，以及最大程度減少因清洗和整修永久組件 所造成的停廣時(shí)間）。
[0007] 改良SMB系統(tǒng)所提供的連續(xù)加工能力導(dǎo)致了人們對(duì)整體生物藥品加工的其他階 段轉(zhuǎn)化成連續(xù)加工方法的興趣增加。生產(chǎn)生物藥品通常以在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)蛋白質(zhì)產(chǎn)品 開(kāi)始，然后為許多階段或單元操作，每個(gè)階段或單元操作被設(shè)計(jì)為從不需要的組分和雜質(zhì) 中分離產(chǎn)品。
[0008] 人們對(duì)單次使用或"一次性"技術(shù)的應(yīng)用興趣最近幾年來(lái)明顯增加，因?yàn)檫@些技術(shù) 提供了時(shí)間和資金節(jié)省，還有其他優(yōu)勢(shì)。然而，隨著工業(yè)規(guī)模一次性生物反應(yīng)器的容量已向 前飛躍，一次性下游加工（即，加工在生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)的培養(yǎng)物直至最終包裝產(chǎn)品）的設(shè) 備設(shè)計(jì)已然滯后。例如，雖然能夠進(jìn)行2, OOO升細(xì)胞培養(yǎng)的新生物反應(yīng)器現(xiàn)已上市并且正 在設(shè)計(jì)5, 000升容量的一次性生物反應(yīng)器，但是目前可用的最大一次性下游色譜柱仍不夠 大（約30cm直徑）以至于不能加工現(xiàn)代"高滴度"（如，5g/L靶蛋白）2, 000升一次性生物 反應(yīng)器運(yùn)行的輸出。在2, 000升生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)的具有5g/升或更高蛋白質(zhì)產(chǎn)物濃度的 細(xì)胞培養(yǎng)物可提供超過(guò)IOkg的蛋白質(zhì)物料以供純化。
[0009] 連續(xù)加工應(yīng)允許大大降低生物反應(yīng)器下游所需設(shè)備的規(guī)模，因此迫切需要針對(duì)生 物藥品生產(chǎn)所有階段的新連續(xù)加工方法。 發(fā)明概要
[0010] 本發(fā)明涉及在生物制藥行業(yè)中用于純化生物藥品和生物制品以提高制造生產(chǎn)率 和效率的新型連續(xù)加工技術(shù)（CPT)的開(kāi)發(fā)。
[0011] 已開(kāi)發(fā)了用于生物藥品純化的本文所述的新型CPT方法，該方法將有利地允許整 個(gè)純化方法采用一次性加工元件連續(xù)地操作。
[0012] 用于連續(xù)加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)選元件是利用多閥門(mén)陣列，優(yōu)選地以集成閥盒或閥組 的形式。此類(lèi)閥盒通過(guò)BioSMB?系統(tǒng)來(lái)展示，其將數(shù)十個(gè)隔膜式閥集成為單個(gè)一次性塊體， 從而在連續(xù)色譜應(yīng)用中產(chǎn)生流體控制的"集成電路式"方法。參見(jiàn)例如圖10A-10E。通過(guò)將 一次性閥盒和集成隔膜片與永久性致動(dòng)器塊體分離，BioSMBTM系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得能夠通過(guò)滿(mǎn)足 生物制藥行業(yè)嚴(yán)格的性能和清潔性要求的完全一次性流路實(shí)現(xiàn)精密的流體控制。
[0013] 圖2中所示的方塊流程圖示出了本發(fā)明CPT方法的多個(gè)加工步驟或單元操作。圖 2示出了單克隆抗體產(chǎn)品的純化，但將容易地認(rèn)識(shí)到，本文所述的連續(xù)加工的原理可適用于 任何生物制品的純化。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)生物制品的方法，包括：
[0015] (a)將含生物制品的溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到能夠?qū)⑷芤悍蛛x成兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)分的第一 單元操作，所述兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)分包括至少一個(gè)含有所述生物制品的級(jí)分和至少一個(gè)含有 希望與所述生物制品分離的含生物制品的溶液中的一種或多種組分的級(jí)分，其中所述第一 單元操作具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口并被構(gòu)造成允許在所述至少一個(gè)入口與至少 一個(gè)出口之間的連續(xù)流體流；
[0016] (b)將來(lái)自所述第一單元操作的至少一個(gè)出口的流連續(xù)轉(zhuǎn)移到具有至少一個(gè)接收 來(lái)自所述第一單元操作的至少一個(gè)出口的流的入口的第二單元操作，來(lái)自所述第一單元操 作的所述流包含所述生物制品，所述第二單元操作能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)所述至少一個(gè)入口接收的產(chǎn) 品分離成兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)分，所述兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)分包括至少一個(gè)含有所述生物制品的級(jí) 分和至少一個(gè)含有希望與所述生物制品分離的通過(guò)所述至少一個(gè)入口接收的產(chǎn)品中的一 種或多種組分的級(jí)分，并且其中所述第二單元操作還具有至少一個(gè)出口并被構(gòu)造成允許在 所述至少一個(gè)入口與至少一個(gè)出口之間的連續(xù)流，并且其中所述第二單元操作的通量等于 從所述第一單元操作接收的輸出流；以及
[0017] (C)回收含有所述生物制品的流體級(jí)分。
[0018] 根據(jù)該實(shí)施方案，獨(dú)立于每個(gè)轉(zhuǎn)移步驟，轉(zhuǎn)移步驟包括將來(lái)自前一單元操作的流 導(dǎo)向中間儲(chǔ)存容器，其中所述容器具有等于或小于在一整批加工過(guò)程中從前一單元操作接 收的體積的一半的保持容量。
[0019] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及在連續(xù)方法系統(tǒng)中制造生物制品的方法，該方 法包括以下步驟：
[0020] (a)在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生含有生物制品的條件培養(yǎng)基；
[0021] (b)從條件培養(yǎng)基中連續(xù)移除細(xì)胞和細(xì)胞碎片以產(chǎn)生包含生物制品的澄清溶液；
[0022] (C)將澄清溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到第一單元操作，該操作包括捕獲色譜方法，該色譜方法 包括
[0023] (1)將所述產(chǎn)品溶液與能夠與所述生物制品復(fù)合的親和配體接觸，以及
[0024] (2)將在所述接觸步驟中形成的親和配體和所述生物制品的復(fù)合物解離以產(chǎn)生純 化的生物制品溶液；
[0025] ⑷將純化的生物制品溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到包括低pH孵育方法的第二單元操作，該孵 育方法包括
[0026] (1)將純化的生物制品溶液的至少一部分收集在孵育容器中，
[0027] (2)將純化的生物制品溶液的pH調(diào)節(jié)到經(jīng)計(jì)算將使溶液中所含的任何病毒滅活 的pH，以及
[0028] (3)再次調(diào)節(jié)純化的生物制品溶液的pH以產(chǎn)生病毒滅活的生物制品溶液；
[0029] (e)將病毒滅活的生物制品溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到一系列另外的下游加工步驟，其至少 包括一個(gè)陰離子交換色譜方法；
[0030] (f)將下游方法的產(chǎn)品連續(xù)轉(zhuǎn)移到包括納濾方法的第六單元操作；以及
[0031] (g)將納濾方法的產(chǎn)品連續(xù)轉(zhuǎn)移到包括通過(guò)0. 2 ym過(guò)濾器微濾以產(chǎn)生穩(wěn)定的純 化生物制品的第七單元操作。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施方案中，步驟（b)中細(xì)胞和細(xì)胞碎片的移除通過(guò)離心方法進(jìn)行。
[0033] 在方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，第一單元操作為模擬移動(dòng)床親和色譜方法。
[0034] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及將溶液孵育受控的時(shí)間段的方法，該方法包 括：
[0035] (a)將生物制品溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到第一孵育容器中；
[0036] (b)調(diào)節(jié)溶液條件以實(shí)現(xiàn)第一容器中的所需孵育條件；
[0037] (c)將第一容器的內(nèi)容物連續(xù)轉(zhuǎn)移到第二容器中或者作為另外一種選擇轉(zhuǎn)移到一 系列容器或一段管路中，將收集量維持所需的停留時(shí)間；
[0038] (d)將第二容器的內(nèi)容物連續(xù)轉(zhuǎn)移到第三容器中；以及
[0039] (e)將溶液條件調(diào)節(jié)到后續(xù)或下一單元操作的所需條件。
[0040] 在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及將生物制品溶液在所需的溶液條件下孵育受控 的時(shí)間段并在所需的容許時(shí)間窗口內(nèi)的方法，該方法包括：
[0041] (a)將生物制品溶液連續(xù)轉(zhuǎn)移到一系列孵育容器中，其中每個(gè)容器的體積等于或 小于流速乘以所需的容許時(shí)間；
[0042] (b)停止流向所述容器的入口，并在混合以確保溶液均勻性的同時(shí)將所述容器中 的溶液條件調(diào)節(jié)到所需的孵育溶液條件；
[0043] (C)將各容器保持所需的孵育時(shí)間；
[0044] (d)在混合以確保溶液均勻性的同時(shí)再次將各容器中的溶液條件調(diào)節(jié)到后續(xù)單元 操作中的加工所需的條件；以及
[0045] (e)將孵育的生物制品溶液從各容器轉(zhuǎn)移到后續(xù)單元操作。
[0046] 在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及用于連接連續(xù)加工制造方法的兩個(gè)或更多個(gè)單 元操作的設(shè)備，該設(shè)備包括：
[0047] (a)提供至少三個(gè)流體傳輸通道的閥組，所述至少三個(gè)流體傳輸通道包括：橫穿 所述閥組并具有入口端和出口端的中央通道，連接單獨(dú)的入口與所述中央通道的灌注通 道，以及連接單獨(dú)的出口與所述中央通道的旁流通道，通道的每一個(gè)具有至少一個(gè)用于獨(dú) 立地打開(kāi)或關(guān)閉通道的獨(dú)立致動(dòng)閥，中央通道入口適于接收來(lái)自上游單元操作的通量，并 且灌注通道入口適于接收用于填充灌注通道和中央通道的流體；以及
[0048] (b)至少一個(gè)具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口的波動(dòng)容器，所述波動(dòng)容器入口 連接到所述閥組的中央通道出口，并且所述至少一個(gè)波動(dòng)容器具有保持連接到所述閥組中 央通道入口的單元操作的通量的容量。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施方案中，波動(dòng)容器還包括將所述容器的內(nèi)部與周?chē)h(huán)境連通的通氣出 口。在一個(gè)實(shí)施方案中，可將過(guò)濾器插入所述通氣出口與周?chē)h(huán)境之間，并且其中通氣出口 還包括用于打開(kāi)和關(guān)閉出口的閥。另外，波動(dòng)容器出口可以連接到栗。
[0050] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備的旁流通道連接到旁流收集容器，其具有保持連接到 所述閥組中央通道入口的單元操作的通量的容量。
[0051] 在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及用于連接連續(xù)加工制造方法的兩個(gè)或更多個(gè)單 元操作的設(shè)備，該設(shè)備包括：
[0052] (a)提供至少五個(gè)流體傳輸通道的閥組，所述至少五個(gè)流體傳輸通道包括：橫穿 閥組并具有入口端和出口端的中央通道，連接單獨(dú)的入口與中央通道的灌注通道，連接單 獨(dú)的入口與中央通道的波動(dòng)容器入口通道，連接單獨(dú)的出口與中央通道的波動(dòng)容器出口通 道，以及連接單獨(dú)的出口與中央通道的旁流通道，并且其中五個(gè)通道的每一個(gè)具有至少一 個(gè)用于獨(dú)立地打開(kāi)或關(guān)閉通道的獨(dú)立致動(dòng)閥，中央通道入口適于接收來(lái)自上游單元操作的 通量，所述灌注通道入口適于接收用于填充所述灌注通道和所述中央通道的流體；
[0053] (b)至少一個(gè)具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口的波動(dòng)容器，其中波動(dòng)容器入口 連接到閥組的波動(dòng)容器出口通道，并且波動(dòng)容器出口連接到閥組的波動(dòng)容器入口通道，并 且其中所述至少一個(gè)波動(dòng)容器具有保持連接到閥組中央通道入口的單元操作的通量的容 量。所述至少一個(gè)波動(dòng)容器還可以包括將所述容器的內(nèi)部與周?chē)h(huán)境連通的通氣出口。在 一個(gè)實(shí)施方案中，將過(guò)濾器插入通氣出口與周?chē)h(huán)境之間，并且其中通氣出口還包括用于 打開(kāi)和關(guān)閉所述出口的閥。在另一個(gè)實(shí)施方案中，閥組的波動(dòng)容器出口與波動(dòng)容器入口通 道之間的連接配備用于調(diào)節(jié)沿著連接的流體流的栗。
[0054] 在再一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)備的旁流通道出口連接到旁流收集容器，其具有保持連 接到閥組中央通道入口的單元操作的通量的容量。
[0055] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及連續(xù)加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0056] (a)執(zhí)行第一單元操作的第一設(shè)備，該設(shè)備包括：
[0057] (1)多個(gè)閥組件，每個(gè)模塊具有橫穿模塊的中央通道和多個(gè)連接中央通道與閥組 件外部的分支通道，其中通道的每一個(gè)具有至少一個(gè)用于獨(dú)立地打開(kāi)或關(guān)閉通道的獨(dú)立致 動(dòng)閥，并且其中中央通道的閥將中央通道的入口端與中央通道的出口端分開(kāi)，并且其中至 少兩個(gè)分支通道將通向閥組件的單獨(dú)入口與中央通道閥入口側(cè)上的中央通道連接，并且至 少兩個(gè)分支通道從中央通道閥出口側(cè)上的中央通道引向閥組件的單獨(dú)出口；
[0058] (2)多根溶液導(dǎo)管，每根導(dǎo)管連接到每個(gè)閥組件的單獨(dú)分支通道，以及
[0059] (3)多根色譜柱，每根柱具有入口和出口，其中柱入口連接到閥組件中央通道的入 口端并且柱出口連接到不同閥組件中央通道的出口端，使得多根柱通過(guò)居間閥組件串聯(lián)， 并且其中串聯(lián)中的最后一根柱的出口通過(guò)居間閥組件連接到串聯(lián)中的第一根柱的入口；
[0060] (b)用于執(zhí)行第二單元操作的第二設(shè)備，該設(shè)備包括：
[0061] (1)每一個(gè)都具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口的一個(gè)或多個(gè)孵育容器，其中所 述一個(gè)或多個(gè)孵育容器總體上至少具有保持所述第一單元操作的輸出的容量；
[0062] (2)包括入口和出口、連接到閥組件入口的入口通道以及一個(gè)或多個(gè)與入口通道 連接的入口分支通道的閥組件，其中每個(gè)入口分支通道從入口通道引出并連接到所述一個(gè) 或多個(gè)孵育容器之一的入口，并且其中入口分支通道的每一個(gè)具有至少一個(gè)用于獨(dú)立地打 開(kāi)或關(guān)閉通道的獨(dú)立致動(dòng)閥，所述閥組件還包括引向閥組件出口的出口通道以及一個(gè)或多 個(gè)與出口通道連接的出口分支通道，其中每個(gè)出口分支通道從出口通道引出并連接到所述 一個(gè)或多個(gè)孵育容器之一的