细胞和基因治疗中的一次性技术

细胞和基因治疗中的一次性技术

专家问答专场 —— 高级产品经理 Troy Ostreng

管路焊接与无菌连接器是目前无菌流体连接技术的两大主要类别。管路焊接是通过焊接机对管路进行加热熔接,将两条流体管路融合在一起,形成无菌连接的操作。与之相反,安装在流体管路中的一次性无菌连接器通过机械对接的方式实现两个系统的无菌连接。管路焊接技术成熟,但系统刚性较强,更适合仅需少量流体连接、且仅使用单一规格和类型管路的传统生物制药工艺。部分管路材料(如硅胶管)因其成本、化学稳定性、低微粒与低析出物特性,成为CGT(细胞与基因治疗)生产的首选材料,但管路焊接并不适用于硅胶管—— 该工艺仅与热塑性弹性体(TPE)管路兼容。

相较于管路焊接,一次性连接技术在CGT 生物制药生产中具备显著优势:无需维护、连接速度快、灵活性更高。由于细胞与基因治疗(CGT)工艺需完成多步单元操作来生产这类复杂疗法,工艺所需的无菌管路连接数量会显著增多。此外,在不同管径、不同材质管路之间进行连接的灵活性也极具优势 —— 因为许多 CGT 生物工艺仍在不断发展,尚未形成标准化的技术平台。

Q1. 采用 SUT 有哪些优势?

生物制药用一次性技术(SUT)指的是一次性使用产品,采用聚乙烯等多种经伽马灭菌的塑料制成,仅供单次使用。相比可重复使用系统,他们具有多项优势:生产灵活性更高、无菌保障更好、成本效益更优,且能缩短上市时间。关键术语

  • 成本 — 通过省去清洗与灭菌步骤,降低生产成本
  • 速度 — 在设备搭建及运行周期之间节省时间与人力
  • 无菌性 – 一次性组件可降低批次之间的交叉污染风险

出于成本、速度和无菌性这三大相同原因,一次性使用技术(SUTs) 在细胞与基因治疗(CGTs) 的研发和生产中的应用与认可度也在不断提升。

Q2. 在为细胞与基因治疗(CGT) 生产选择一次性使用技术(SUT) 时,我应重点关注哪些因素?关键词汇

目前市面上有许多可用于生物制药的一次性使用技术(SUTs),但其中大多数最初是为其他用途设计,而后被适配用于细胞与基因治疗(CGT)工艺。因此,在选型前必须进行细致评估与研究,以确认其适用于预期用途。要考虑的关键因素包括:

  • 无菌 – 无菌保证水平(SAL)为 10⁻⁶,以满足监管机构对细胞与基因治疗(CGT)应用所规定的无菌工艺要求。
  • 低可提取物和析出物(EL)特性-细胞与基因治疗(CGT)所用的细胞类型,对从一次性组件进入产品流的物质高度敏感;因此,将这类物质含量控制在低水平,可减轻对产品质量与安全性的影响。

此外,细胞与基因治疗(CGT)产品在临床研发中推进速度极快,这意味着从一开始就以最终商业化目标为导向进行规划,能够提前规避各类意外障碍。例如,在临床评估后期对一次性生产组件进行变更 —— 无论原因是产品停产、放大性不足、供应链问题还是验证问题—— 都可能导致项目严重延误。更换替代部件与重新验证会增加成本、延误进度,还可能导致监管机构对生产流程中的其他技术加大审查力度,所有这些都会拖慢产品上市速度。借助该领域的成熟供应商的专业知识,有助于减轻这些代价高昂的挫折。

Q3. 无菌流体连接技术的主要类型是什么? 什么对 CGT 生物工艺最有利?

目前无菌流体连接技术主要分为两大类:管路焊接和无菌连接器。管路焊接是通过管路焊接机对管路进行加热熔接,将两条流体通路融合在一起,从而形成无菌连接的操作。与之相反,安装在流体通路中的一次性无菌连接器,通过两个系统的机械对接即可完成连接。管路焊接技术应用历史悠久,但系统灵活性较差,最适合仅需少量流体连接、且仅使用单一规格和类型管路的传统生物药生产。硅胶管因其成本、化学稳定性、低微粒与低析出物特性,成为CGT(细胞与基因治疗)生产的首选管路材料。但管路焊接仅兼容热塑性弹性体(TPE)管路,因此无法用于硅胶管的流体连接。

在 CGT 生物制药生产中,一次性连接技术相比管路焊接具有明显优势:无需维护、连接速度更快、灵活性更高。由于 CGT 这类复杂疗法的生产需要大量单元操作,工艺中所需的无菌流体连接数量会显著增加。此外,能够灵活连接不同规格、不同材质的管路也是一大优势,因为许多 CGT 生物工艺仍在发展中,尚未形成标准化技术平台。

Q4. 无菌连接器的工作原理是什么?

MicroCNX-connectors

MicroCNX 连接器:无菌微型连接器,提供简单高效的解决方案。

无菌连接器是连接技术领域的一项重大进步,它能够实现两根管路的对接,并在无菌或非无菌环境下均保持流体连接的无菌状态。

每个连接器半部都配备有保护屏障,通常是无菌膜,焊接在流体流动路径上。将连接器安装到系统上并进行灭菌后,保护屏障便可阻止细菌和污染物进入液体通路中(屏障就位时)。无菌连接器的工作原理是:同时移除连接器组件上的无菌隔膜,从而打开无菌流体通路。

它们通常以预灭菌一次性系统形式供货,即开即用;并已针对材料生物相容性、可提取物、无菌性与密封性完成预先验证,确保连接器在工艺过程中不会影响产品的安全性与有效性。

Q5. 无菌连接器技术有哪些关键考虑因素?

一般而言,一款坚固耐用、操作简便、步骤少,且能适配多种不同类型和尺寸管路的连接器,能为用户带来更强的操作灵活性。

如前所述,无菌连接器有分公母接头和不分公母的接头版本。公母接头由两种不同的接头组成(通常是一个公接头和一个母接头),这两个接头连接在一起可构成一个液体通路。对于无性别连接器,两个连接部件是相同的,因此方向不是问题。相较于有公母端之分的连接器,不分公母连接器可节省时间、提升工艺安全性、简化库存管理,并提高操作与设计的灵活性。无性别无菌连接器还可以在各种一次性系统的不同尺寸的管道之间形成连接,从而形成更灵活的生产平台设计。通过相同的连接技术,只需将袋式组件更换为不同规格的袋子,或替换为不同工艺步骤,即可轻松调整或适应新的细胞治疗工艺。在这一快速发展的领域中,这样的工艺能实现更强的适应性。

Q6. SUT 如何发展以满足自体细胞与基因治疗(autologous CGTs)的独特需求?

目前,传统生物工艺和 CGT 制造的规模存在显著差异。传统生物工艺的生产规模通常远大于自体细胞与基因治疗产品,后者更常见小批次、小体积生产。一次性使用技术(SUT)传统上是为大体积批次的单克隆抗体(mAbs)及其他疫苗生产工艺开发的,但如今众多 SUT 厂商正在适应细胞与基因治疗(CGT)领域全新的小体积需求,推出更适合小规模生产的技术。例如,CPC 公司专门针对小体积细胞与基因治疗(CGT)及生物工艺(10 升以下) 开发了 MicroCNX® 系列连接器。这些超紧凑、无菌、无性别微连接器设计用于小体积、封闭的系统加工,无需繁琐的多步骤管路焊接。MicroCNX 连接器只需翻转— 咔嗒 — 拔出(Pinch‑Click‑Pull)三步简易操作,即可实现每次连接都具备一致的流路;其重量轻,且有助于避免管路扭结 其尺寸、重量和几何结构,也非常契合紧凑型自动化设备的发展趋势,适用于细胞扩增等工艺。

结论

流体传输是细胞与基因治疗(CGT)生产过程中至关重要却又极具挑战的一环,而这完全取决于是否采用合适的流体连接技术。若没有它,将难以把一次性工艺步骤衔接起来,也难以在一次性系统与非一次性系统之间实现无菌连接并同时维持全密闭系统,这会对工艺的可放大性、重现性与安全性产生严重影响。重要的是,在研发早期小规模阶段就对 CGT 生产工艺进行评估,找出可优化环节(即便只是无菌连接),也会在后续放大生产时对效率与速度产生巨大影响。。随着细胞与基因治疗(CGT)研发企业积累更多经验,并更清晰地理解其工艺要求与变异性,一次性使用技术(SUT)设备厂商将更有能力满足该领域的独特需求。这将塑造 SUT 未来的发展方向(包括连接技术),从而持续提升效率、降低成本。