在生物反应器中用一次性消耗品降低成本提高灵活性

    在蛋白制剂和疫苗生产中，生物制药公司越来越倾向于使用一次性消耗品，这已经不是什么秘密了。一次性消耗品由于尺寸小、用途多而且无污染，已经在大学里和制药实验室/生物制药洁净实验室中使用二十多年了。随着策划药的市场需求量日益增加，制药厂商对一次性消耗品的需求量也越来越大。因为生物制药公司多采用“多次尝试，尽早发现问题(fail early, fail often)”商业模式，他们要求发现问题的过程和临床试验更快、更便宜。这迫使研究人员不仅要尽早尽量降低成本，而且还必须加快进度，以便在更短的时间内完成这些昂贵的生物反应器的清洗和确认工作，尽快投入下一项工作。对于今天97%的生物制药公司来说，一次性消耗品已经是再平常不过的事情了。

      在设计和建造工厂时，特别是在开始阶段时，生物制药厂商需要考虑许多指标。

      安全性。交叉污染是主要的问题。污染物的来源可能是重复使用的系统中水基清洗溶液的化学污染物，也可能是流体通道和液体输送系统中的生物污染物或微生物污染物。酵母菌、细菌、真菌和病毒既可以用来生产药品，也可以认为是生物污染物。所以，使用一次性预装填无菌包和预消毒流体通道产品，如管道、过滤器、连接件和阀门，这些在安全方面具有明显优势的产品，不仅节约了时间和成本，还提高了效率。

      用途多。大多数生物制药厂商都不希望成为生产制造功能单一的公司。鉴于缺乏能够产生轰动效应的药品，市场需求量相对较小，治疗措施是有针对性的，药品生产的多样化要求公司必须具备灵活的研究方案和制造系统，以便很改变产品的研发设备。

      成本。看看一次性消耗品对成本的影响，就可以知道，由于使用一次性产品，在改变药品生产项目时，不需要就地清洗（CIP）和就地蒸汽加热（SIP）杀菌消毒。所以，仅消毒一项就可以节省大量的费用。另外，所有的一次性消耗品都经过了无菌处理和检验，不需要再次确认。使用一次性单向阀和一次性过滤器，如果说不能彻底消除交叉污染，但也把它减到了最少。

      实际上更换产品时要做的事往往是“停工和更换”，利用一次性生物反应器可以大量节省时间，只要几个小时，有时甚至是几分钟，就能准备好并投入使用，而不锈钢反应器在每次更换产品之后往往需要几星期的时间才能再次投入使用。经过确认的清洗、用一次性消耗品取代与产品接触的流体通道元件，接下来对消毒的确认需要花大量的时间，而且费用很高。一次性消耗品制造商现在开始提供各种单向阀来控制液体流向，防止液体在输送和采样过程中出现回流。

      小规模和大规模生产

      目前，一次性生物反应器适合于小规模的研究开发和生产制造，它们的规模在几百公升的范围。一次性消耗品的大规模生产还不可行（生产仍然局限在2000公升以下），但是较小批量的生产是可行的。实际上，一次性系统很难纳入大规模生产，这是因为它的塑料袋尺寸大，在结构上不牢固。不过，随着需求的增长，能够提高成品率和药品运输的新技术的出现，在成本方面的压力增大，以及“特色化”治疗剂和有针对性的治疗方法的趋势，迫使制造商不得不生产批量较小的产品，同时改进成品率，提高大批量生产的能力。

      生物制药厂商必须提高生产的灵活性，以适应周期性的产能不足，和生产批量较小、成品率更高的产品，同时还要应付日益缩减的研究开发预算和医疗改革方面的限制。正是出于这些考虑，一次性生物反应器成为最理想的解决办法。在实际生产中，产量从数百公升到几千公升，厂商可以很轻松地同时运行几个两百公升的生物反应器，这样他们不仅拥有必需的容量，还可以根据要求灵活地升级，在生产过程中，可以根据产品的要求和市场的需要提高或者降低生产规模。

      不锈钢生物反应器的改造

      如果你听到各种关于一次性生物反应器的讨论，可能会认为那些大的不锈钢系统即将走到尽头。但是套用马克•吐温的话，这些不锈钢生物反应器即将淡出市场的传言有些“言过其实”。

      确切地讲，一些大型已建成的工厂开始着手使用一次性消耗品，提高现有不锈钢设备的灵活性和效率。由于使用一次性消耗品，特别是在流体通道系统中使用一次性消耗品，他们能够降低清洗的成本，同时缩短时间。

      在转换产品时，使用一次性消耗品还可以缩短从下单到交货的时间。如果使用固定的不锈钢系统，在两种不同药物进行转换时往往需要重新设计和修改管道系统，这可能需要六到十二个月才能完成。用一次性流动通道系统取代SIP不锈钢连接件可以很快完成生物反应器生产线的重新配置，将工程的完成时间缩短几个月。塑料管道可以按系统的要求迅速而又轻松地切割，然后利用热刀片切割工艺来硬化塑料、形成无菌封口。用预先消毒过的一次性流动管道改造不锈钢系统，使需要在B类、C类甚至是D类环境中使用的连接器始终安全可靠并且保持无菌状态。这意味着可以省下大量的时间和成本，即便是昂贵的、可重复使用的不锈钢系统，也能够在不很理想的无菌环境中操作它们。

      在讨论运行费用时候，话题很快会转到从消耗品价格方面来比较这两种系统。因为对它们之间的比较就像把苹果和桔子放在一起比较一样，使人们有点搞不清楚这两种系统之间的差别到底是什么。

      不锈钢系统实际需要的消耗品比人们想象的要多得多，清洁工艺需要用于清洗的化学制剂和数千加仑经过净化处理的水，而且还要算上清洗的费用和与蒸汽加热和清洗有关的工具成本。此外，还要考虑到在两种不同药品转换时需要的所有流动接触元件的价钱，例如管道、垫圈、阀门、圆形环、过滤器和连接件，这些元件几乎无法清洁和再次确认。更换成新的元件反倒会比较便宜。事实上，过去人们往往觉得可重复使用的不锈钢生物反应器系统对环境的影响没有像大量使用一次性塑料产品的系统那么大，但是研究表明，可以反复使用的系统需要的清洗用水、化学药品的数量以及对它们进行处理消耗的电力等，与一次性产品所消耗塑料数量造成的影响相抵。

      对于可重复使用的系统，大约有三分之一的人力成本与清洁和消毒有关。在使用了一次性生物反应器之后，不存在只能由训练有素的工人才能完成的重要工作，例如测试和证明与消毒有关的确认工作，从而节省了大量的人力成本。此外，使用一次性生物反应器，不需要使用CIP/SIP管道和元件，降低了整个系统的复杂性，减少了建造和/或者配置系统的人工时间。

      还要考虑到时间。使用一次性消耗品不仅减少了整体维护和运行的时间，生物制药行业还可以因此简化标准运行程序（SOP）和使用相对不熟练的工人来完成某些工作。有了预先经过消毒的元件、一次性单向阀和使用在线过滤器的隔膜泵，把它们与简化的SOP相结合，工人就可以在输送液体和采集样本时开展工作，同时还可以避免错误和污染。由于法律法规（还有在一些公司的内部规章制度）要求越来越严格，一次性消耗品的采样频率也不断提高。市场上许多阀门，例如压控