อ่านเพิ่มเติม
ข่าวอุตสาหกรรม
บ้าน / ข่าว / ข่าวอุตสาหกรรม / ระบบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับไบโอฟาร์มา: หลักการทางวิศวกรรม การคัดเลือก และแนวโน้ม
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ครอบคลุมอุปกรณ์ครบวงจร วัสดุสิ้นเปลือง และเทคโนโลยีสนับสนุนที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ รวมถึงโมโนโคลนอลแอนติบอดี วัคซีน รีคอมบิแนนท์โปรตีน การบำบัดด้วยเซลล์ และการบำบัดด้วยยีน ระบบเหล่านี้ทำงานทั่วทั้งขั้นตอนการผลิตทั้งหมด นับตั้งแต่การเพาะเลี้ยงเซลล์และการหมักไปจนถึงการทำให้บริสุทธิ์และการกำหนดสูตร โดยแต่ละส่วนประกอบมีบทบาทสำคัญในการรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ความสม่ำเสมอของกระบวนการ และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ
คู่มือทางเทคนิคนี้มีการตรวจสอบหลักการทางวิศวกรรม ประเภทอุปกรณ์ ข้อมูลจำเพาะของวัสดุ และข้อควรพิจารณาในการปฏิบัติงานอย่างครอบคลุมซึ่งกำหนดกระบวนการทางชีวภาพสมัยใหม่ โดยเน้นถึงการเลือก การบูรณาการ และการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบและส่วนประกอบในการดำเนินงานต้นน้ำและปลายน้ำ โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษต่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่กำหนดอนาคตของการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ประกอบด้วยอุปกรณ์ วัสดุสิ้นเปลือง และโครงสร้างพื้นฐานสนับสนุนทั้งหมดที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพเพื่อการรักษาโรค ขอบเขตครอบคลุมถึงเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ถังหมัก ระบบกรอง คอลัมน์โครมาโตกราฟี ภาชนะผสม ถังเก็บ สายส่ง เครื่องมือตรวจสอบ และวัสดุสิ้นเปลืองแบบใช้ครั้งเดียว ระบบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญอย่างเข้มงวด รวมถึงอุณหภูมิ, pH, ออกซิเจนละลายน้ำ, ความเร็วการกวน และความดันตลอดกระบวนการผลิต
โดยทั่วไปขั้นตอนการทำงานของกระบวนการทางชีวภาพจะแบ่งออกเป็นการประมวลผลขั้นต้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพาะเลี้ยงเซลล์และการสร้างผลิตภัณฑ์ และการประมวลผลขั้นปลายซึ่งรวมถึงการนำกลับคืน การทำให้บริสุทธิ์ และการกำหนดสูตร แต่ละขั้นตอนต้องใช้อุปกรณ์และส่วนประกอบเฉพาะที่ต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะที่เข้มงวด ในขณะเดียวกันก็รักษาความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ
การออกแบบระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์อยู่ภายใต้หลักการของกระบวนการปลอดเชื้อ ความสามารถในการทำความสะอาด และการควบคุมกระบวนการ อุปกรณ์จะต้องประดิษฐ์จากวัสดุที่ไม่เกิดปฏิกิริยา ไม่ชะล้าง และเข้ากันได้กับวิธีการทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ สแตนเลส (เกรด 316L) และโพลีเมอร์เกรดยาเป็นวัสดุก่อสร้างที่โดดเด่น โดยเลือกใช้เนื่องจากทนทานต่อสารเคมีและความสามารถในการทนต่อรอบการฆ่าเชื้อซ้ำๆ
การถ่ายเทมวล การถ่ายเทความร้อน และพลวัตของการผสมถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ อัตราการถ่ายโอนออกซิเจนจะต้องเพียงพอที่จะรองรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่มีความหนาแน่นสูง ในขณะที่ระบบผสมจะต้องรักษาความเป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่สร้างแรงเฉือนที่อาจทำลายเซลล์ได้ พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบใบพัดและการกำหนดค่าตัวกระจายสำหรับเซลล์ไลน์และสภาวะกระบวนการเฉพาะ
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ต้องได้รับการออกแบบ ผลิต และดำเนินการตามกฎระเบียบ Good Manufacturing Practice (cGMP) ในปัจจุบัน สภาระหว่างประเทศเพื่อการประสานกัน (ICH) จัดทำแนวทางสำหรับระบบคุณภาพยา ซึ่งรวมถึง ICH Q7 สำหรับส่วนผสมทางเภสัชกรรมที่ออกฤทธิ์ และ ICH Q10 สำหรับระบบคุณภาพยา โปรโตคอลคุณสมบัติอุปกรณ์ รวมถึงคุณสมบัติการออกแบบ (DQ), คุณสมบัติการติดตั้ง (IQ), คุณสมบัติการปฏิบัติงาน (OQ) และคุณสมบัติประสิทธิภาพ (PQ) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์การประมวลผลหลักทั้งหมด
เอกสารคำแนะนำของ FDA ซึ่งรวมถึง 21 CFR ส่วนที่ 11 สำหรับบันทึกและลายเซ็นอิเล็กทรอนิกส์ ระบุข้อกำหนดสำหรับระบบควบคุมกระบวนการและความสมบูรณ์ของข้อมูล การปฏิบัติตามกฎระเบียบเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าระบบกระบวนการทางชีวภาพสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และมีคุณภาพสม่ำเสมอ
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเป็นอุปกรณ์หลักในระบบกระบวนการทางชีวภาพต้นน้ำและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ โดยจัดให้มีสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมที่จำเป็นสำหรับการเติบโตของเซลล์และการแสดงออกของผลิตภัณฑ์ ถังเหล่านี้มีขนาดตั้งแต่หน่วยแบบตั้งโต๊ะขนาดเล็กที่ใช้ในการพัฒนากระบวนการไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์ขนาดการผลิตที่มีความจุเกิน 20,000 ลิตร เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจัดอยู่ในประเภทสเตนเลสสตีลหรือแบบใช้ครั้งเดียว ซึ่งแต่ละชนิดมีข้อดีที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบสเตนเลสสตีลสร้างจากสเตนเลสสตีล 316L พร้อมพื้นผิวภายในขัดด้วยไฟฟ้าซึ่งช่วยลดการกักเก็บผลิตภัณฑ์และอำนวยความสะดวกในการทำความสะอาด โดยทั่วไประบบเหล่านี้จะได้รับการทำความสะอาดแบบแทนที่ (CIP) และแบบฆ่าเชื้อแบบแทนที่ (SIP) ซึ่งให้การควบคุมการปนเปื้อนที่มีประสิทธิภาพ ถังที่มีแจ็คเก็ตช่วยให้ควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำผ่านการหมุนเวียนของตัวกลางทำความร้อนหรือความเย็น โดยทั่วไประบบกวนจะใช้กังหัน Rushton หรือใบพัดทางทะเลเพื่อให้ได้ความเข้มข้นในการผสมและการกระจายตัวของก๊าซที่ต้องการ
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียวใช้ถุงพลาสติกหรือภาชนะแบบใช้แล้วทิ้งที่ผ่านการฆ่าเชื้อล่วงหน้าด้วยการฉายรังสีแกมมา ระบบเหล่านี้ช่วยลดเวลาและทรัพยากรที่จำเป็นสำหรับการทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อ ทำให้มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับโรงงานที่มีผลิตภัณฑ์หลากหลายและการผลิตในระดับคลินิก ปริมาตรการทำงานของถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียวมีตั้งแต่ 50 ลิตรถึง 2,000 ลิตร โดยมีระบบให้เลือกใช้สำหรับทั้งการเพาะเลี้ยงแบบกลุ่มและแบบกำซาบ
การเตรียมสารเป็นขั้นตอนต้นน้ำที่สำคัญซึ่งต้องใช้ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพโดยเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ระบบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อละลาย ผสม และฆ่าเชื้อส่วนประกอบของอาหารเพาะเลี้ยงเซลล์ภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุม ภาชนะผสมที่มีความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิและการตรวจสอบค่า pH ถูกนำมาใช้ในการเตรียมตัวกลางที่เป็นของเหลว ในขณะที่ระบบการจัดการแบบผงได้รวมเอาคุณลักษณะการกักเก็บไว้เพื่อปกป้องผู้ปฏิบัติงานจากวัสดุที่อาจเป็นอันตราย
ภาชนะจัดเก็บสื่อจะต้องรักษาความปลอดเชื้อและความเสถียรของสื่อที่เตรียมไว้จนกว่าจะถ่ายโอนไปยังเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ โดยทั่วไปจะใช้ถุงเก็บสแตนเลสหรือถุงเก็บแบบใช้ครั้งเดียว โดยแบบหลังช่วยลดความต้องการในการทำความสะอาดและลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนข้าม ระบบการจัดเก็บอาจรวมถึงภาชนะแบบหุ้มฉนวนที่มีการควบคุมอุณหภูมิสำหรับสื่อที่ต้องการการเก็บรักษาแบบแช่เย็น
ขบวนเมล็ดพันธุ์คือชุดของการขยายการเพาะเลี้ยงตามลำดับที่สร้างมวลเซลล์เพียงพอสำหรับการเพาะเชื้อในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับการผลิต ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ที่ใช้ในขบวนการผลิตเมล็ดพันธุ์ ได้แก่ ขวดเขย่าขนาดเล็ก ขวดลูกกลิ้ง และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบตั้งโต๊ะ เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น อุปกรณ์ที่ใช้จะต้องรักษาสภาพการเพาะเลี้ยงที่สอดคล้องกันเพื่อให้แน่ใจว่าการขยายขนาดจะประสบความสำเร็จ
ขบวนเมล็ดพันธุ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดจำนวนเส้นทางเพื่อลดความเสี่ยงของการเบี่ยงเบนทางพันธุกรรมและความไม่มั่นคงทางวัฒนธรรม การย้ายระหว่างขั้นตอนต้องใช้การเชื่อมต่อแบบปลอดเชื้อและการควบคุมความหนาแน่นและระยะเวลาของการฉีดวัคซีนอย่างระมัดระวัง
ขั้นตอนการฟื้นตัวของการประมวลผลขั้นปลายเริ่มต้นด้วยการแยกเซลล์และเศษเซลล์ออกจากน้ำซุปเพาะเลี้ยงที่มีผลิตภัณฑ์ ระบบและส่วนประกอบของกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ที่ใช้ในการนำกลับมาใช้ใหม่ ได้แก่ ระบบการกรองเชิงลึก เครื่องหมุนเหวี่ยงแบบดิสก์สแต็ก และตัวกรองแบบเส้นใยกลวง ตัวกรองความลึกจะขจัดอนุภาคขนาดใหญ่และมวลรวมของเซลล์ ปกป้องอุปกรณ์ปลายทางและยืดอายุการใช้งานของตัวกรองขั้นสุดท้าย
ขั้นตอนการเก็บเกี่ยวอาจเกี่ยวข้องกับการชี้แจงผ่านขั้นตอนการกรองหลายชุด โดยเลือกจำนวนขั้นตอนและขนาดรูพรุนตามคุณสมบัติของการเพาะเลี้ยงเซลล์และผลิตภัณฑ์ สำหรับผลิตภัณฑ์ที่คัดหลั่ง ขั้นตอนการเก็บเกี่ยวอาจรวมความเข้มข้นโดยใช้การกรองการไหลแบบสัมผัส (TFF) ก่อนการทำให้บริสุทธิ์
โครมาโตกราฟีเป็นเทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ส่วนกลางในระบบและส่วนประกอบของกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ช่วยให้สามารถแยกผลิตภัณฑ์เป้าหมายออกจากสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการและตัวแปรต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ โครมาโตกราฟีแบบความสัมพันธ์ของโปรตีน A ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการทำให้โมโนโคลนอลแอนติบอดีบริสุทธิ์เนื่องจากมีการคัดเลือกสูง มักจะตามมาด้วยขั้นตอนการแลกเปลี่ยนไอออนและขั้นตอนโครมาโตกราฟีแบบโต้ตอบที่ไม่ชอบน้ำ
ระบบโครมาโตกราฟีระดับกระบวนการต้องทำงานภายใต้สภาวะสุขอนามัยที่อัตราการไหลสูงถึง 500 ลิตร/ชม. คอลัมน์โครมาโตกราฟีแบบใช้ครั้งเดียวมีมากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ไม่จำเป็นต้องบรรจุและการตรวจสอบความถูกต้องที่เกี่ยวข้องกับคอลัมน์แบบเดิม ระบบตรวจสอบและควบคุมจะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการนำไฟฟ้า pH การดูดกลืนแสง UV และความดัน เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอและความสามารถในการทำซ้ำของการทำให้บริสุทธิ์แต่ละครั้ง
ความปลอดภัยของไวรัสถือเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพทั้งหมด ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์เพื่อการกวาดล้างไวรัสโดยเฉพาะ ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์เฉพาะสำหรับการบ่มเพาะ pH ต่ำและการลื่นไถลในการกรองไวรัส ขั้นตอนการกรองไวรัสใช้เมมเบรนพิเศษที่มีรูพรุนขนาดเล็กพอที่จะกักเก็บอนุภาคของไวรัสในขณะที่ปล่อยให้โมเลกุลของผลิตภัณฑ์ทะลุผ่านได้
ระบบกรองไวรัสได้รับการออกแบบมาให้ทำงานภายใต้แรงกดดันและอัตราการไหลที่ควบคุมได้เพื่อเพิ่มการกักเก็บไวรัสให้สูงสุด ความเข้ากันได้ของระบบการกรองกับผลิตภัณฑ์และบัฟเฟอร์กระบวนการถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันการเปรอะเปื้อนและรักษาประสิทธิภาพการทำงาน
สูตรขั้นสุดท้ายต้องมีการควบคุมความเข้มข้นของส่วนเติมเนื้อยา, pH และความแข็งแรงของไอออนอย่างแม่นยำ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีความคงตัวตามที่ต้องการ ภาชนะผสมและระบบการเตรียมบัฟเฟอร์ทำให้เกิดสูตรขั้นสุดท้าย ซึ่งอาจผ่านการกรองแบบปลอดเชื้อ ขั้นตอนการเติม/เสร็จสิ้นต้องดำเนินการในสภาพแวดล้อมการประมวลผลปลอดเชื้อ โดยตัวเติมจะจ่ายผลิตภัณฑ์ลงในขวด กระบอกฉีด หรือระบบการจัดส่งอื่นๆ
เทคโนโลยีแบบใช้ครั้งเดียวได้เปลี่ยนแปลงระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์โดยการเปลี่ยนอุปกรณ์สแตนเลสด้วยส่วนประกอบพลาสติกแบบใช้แล้วทิ้ง เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียว ถุงเก็บ ภาชนะผสม และชุดประกอบท่อช่วยลดความจำเป็นในการทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อ ซึ่งช่วยลดการใช้น้ำและการหยุดทำงานของโรงงานได้อย่างมาก ระบบเหล่านี้มีข้อได้เปรียบเป็นพิเศษสำหรับการผลิตทางคลินิกและโรงงานที่มีผลิตภัณฑ์หลากหลาย เนื่องจากช่วยลดความเสี่ยงในการปนเปื้อนข้ามและอำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ได้เร็วขึ้น
การนำระบบแบบใช้ครั้งเดียวมาใช้ได้เร่งตัวขึ้นด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีฟิล์มและความสม่ำเสมอในการผลิต ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียวมีจำหน่ายในขนาดสูงสุดถึง 2,000 ลิตร โดยมีระบบไฮบริดขนาดใหญ่ที่รวมเอาสเตนเลสสตีลและส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวที่อยู่ระหว่างการพัฒนา
ส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวในระบบกระบวนการทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ โดยทั่วไปจะประดิษฐ์จากฟิล์มโพลีเอทิลีนหรือฟลูออโรโพลีเมอร์ โครงสร้างฟิล์มเป็นลามิเนตหลายชั้น โดยชั้นในให้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และชั้นนอกมีความแข็งแรงเชิงกล ฟิล์มที่ใช้ในถุงปฏิกรณ์ชีวภาพได้รับการคัดเลือกเพื่อรักษาความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซสำหรับการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในขณะที่ยังคงความเป็นหมัน
ตัวเชื่อมต่อ ท่อ และส่วนประกอบอื่นๆ ทำจากซิลิโคน เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ หรือโพลีเอทิลีน การเลือกใช้วัสดุและการออกแบบส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันความสมบูรณ์ตลอดกระบวนการผลิตทั้งหมด รวมถึงการขนส่ง การติดตั้ง และการใช้งาน
ตารางต่อไปนี้สรุปข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับประเภทอุปกรณ์หลักที่ใช้ในการแปรรูปทางชีวภาพ
| ประเภทอุปกรณ์ | ช่วงความจุ | วัสดุก่อสร้าง | พารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ | มาตรฐานการปฏิบัติตาม |
|---|---|---|---|---|
| เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสแตนเลส | 50 ลิตร – 20,000 ลิตร | สแตนเลส 316L | อุณหภูมิ 20-40°C, pH 6-8, DO 20-100% | ASME BPE, cGMP |
| เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียว | 50 ลิตร – 2,000 ลิตร | ฟิล์มหลายชั้น PE/EVOH | อุณหภูมิ 20-40°C, pH 6-8, DO 20-100% | USP คลาส VI, ISO 10993 |
| คอลัมน์โครมาโตกราฟี | 50 ลิตร – 500 ลิตร | สแตนเลส 316L / Glass | แรงดัน ≤ 5 บาร์ อัตราการไหล 50-500 ลิตร/ชม | cGMP, ICH Q7 |
| ระบบกรองความลึก | 10 – 500 ลิตร/ตร.ม | เซลลูโลส / โพรพิลีน | แรงดัน ≤ 3 บาร์ อัตราการไหล 50-500 ลิตร/ชม | cGMP, อย. คำแนะนำ |
| ระบบทีเอฟเอฟ | 1 – 100 ลิตร/นาที | สแตนเลส 316L / PES | TMP 0.5-2 บาร์ อัตราการไหล 1-100 ลิตร/นาที | cGMP, ASTM F2600 |
| ระบบกรองไวรัส | 5 – 50 ลิตร/ตร.ม | PVDF / PES เมมเบรน | แรงดัน ≤ 2 บาร์ อัตราการไหล 5-50 ลิตร/ชม | cGMP, อย. คำแนะนำ |
ข้อมูลจำเพาะของระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์จำเป็นต้องมีคำจำกัดความอย่างรอบคอบของพารามิเตอร์กระบวนการวิกฤต (CPP) และคุณลักษณะคุณภาพวิกฤต (CQA) การควบคุมอุณหภูมิมีความสำคัญตลอดการดำเนินงานทั้งต้นน้ำและปลายน้ำ โดยมีช่วงปกติ 20-40°C สำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ และ 2-8°C สำหรับการจัดเก็บวัสดุที่เก็บเกี่ยว การควบคุม pH ทำได้โดยการเติมกรดหรือเบส โดยมีความผันผวน ±0.05 หน่วย pH ที่ยอมรับได้ในระบบส่วนใหญ่
การวัดและการควบคุมออกซิเจนละลายน้ำ (DO) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบแอโรบิก โดยที่ DO คงความอิ่มตัวไว้สูงกว่า 30% อัตราการถ่ายโอนออกซิเจนที่ถ่ายโอนมวล (OTR) และอัตราการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ (CDR) เป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่ต้องได้รับการปรับขนาดอย่างเหมาะสมในทุกระดับกระบวนการ
การผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีเป็นพื้นที่การใช้งานที่ใหญ่ที่สุดสำหรับระบบกระบวนการทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ โดยทั่วไปการประมวลผลขั้นต้นจะใช้การเพาะเลี้ยงเซลล์ CHO ในโหมด fed-batch หรือ perfusion โดยมีเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับการผลิตตั้งแต่ 2,000 ลิตรถึง 20,000 ลิตรสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ การประมวลผลขั้นปลายประกอบด้วยโปรตีน A affinity chromatography ตามด้วยขั้นตอนการขัดเงาสองหรือสามขั้นตอน โดยการกำจัดไวรัสทำได้โดยการยับยั้ง pH และการกรองไวรัสต่ำ
อุปกรณ์ในกระบวนการต้องได้รับการออกแบบให้รองรับขนาดและความต้องการของการผลิต mAb รวมถึงเซลล์ที่มีความหนาแน่นสูงและไทเทอร์ผลิตภัณฑ์สูง ส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวมักใช้ในการผลิตในระดับคลินิก ในขณะที่สแตนเลสเป็นที่ต้องการสำหรับโรงงานเชิงพาณิชย์
การผลิตวัคซีนอาศัยระบบการประมวลผลทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ที่ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการผลิตเฉพาะของแพลตฟอร์มวัคซีน วัคซีนเชื้อเป็นต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่สามารถรักษาความมีชีวิตของเซลล์ได้ในขณะที่ให้ผลผลิตสูง ในขณะที่วัคซีนโปรตีนลูกผสมรวมขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์คล้ายคลึงกับขั้นตอนที่ใช้สำหรับโปรตีนรักษาโรค วัคซีนเชื้อตายจำเป็นต้องมีขั้นตอนการยับยั้งเพิ่มเติม โดยทั่วไปจะใช้สารเคมีหรือความร้อน
อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการผลิตวัคซีนมักประกอบด้วยระบบเฉพาะสำหรับการกำหนดสูตรและการเติมวัคซีนเสริม พร้อมระบบอิมัลซิไฟเออร์และภาชนะผสมที่สามารถจัดการคุณสมบัติทางรีโอโลจีเฉพาะของสูตรวัคซีนได้
การบำบัดด้วยเซลล์และยีนเป็นวิธีการรักษาที่เกิดขึ้นใหม่ ซึ่งกำหนดข้อกำหนดเฉพาะเกี่ยวกับระบบกระบวนการทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยใช้เซลล์ที่ได้รับจากผู้ป่วยหรือจากผู้บริจาค ซึ่งต้องการระบบปิดที่มีการควบคุมในระดับสูงเพื่อรักษาความมีชีวิตและการทำงานของเซลล์ ระบบการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบอัตโนมัติ อุปกรณ์การประมวลผลแบบปิด และระบบการเก็บรักษาด้วยความเย็นจัด เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตเซลล์บำบัด
การขยายขนาดเซลล์บำบัดเป็นเรื่องที่ท้าทายเนื่องจากขนาดแบตช์และความจำเป็นในการใช้ระบบอัตโนมัติเพื่อจัดการความซับซ้อนและความแปรปรวนของกระบวนการผลิต อุปกรณ์ต้องได้รับการออกแบบเพื่อรองรับการประมวลผลและการติดตามผลิตภัณฑ์เฉพาะผู้ป่วยอย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็ลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนของจุลินทรีย์หรือการปนเปื้อนข้ามให้เหลือน้อยที่สุด
ทางเลือกระหว่างเหล็กกล้าไร้สนิมและระบบการประมวลผลทางชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียวและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญในการออกแบบโรงงาน ระบบสเตนเลสสตีลมีต้นทุนต่อชุดที่ต่ำกว่าสำหรับการผลิตในปริมาณมาก เนื่องจากมีการตัดจำหน่ายอุปกรณ์ในหลายรอบ ระบบเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแคมเปญการผลิตโดยเฉพาะที่มีการดำเนินการผลิตที่ยาวนาน อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการโครงสร้างพื้นฐาน CIP/SIP ที่กว้างขวาง และมีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนข้ามระหว่างผลิตภัณฑ์
ระบบแบบใช้ครั้งเดียวให้ความยืดหยุ่นและลดเวลาการเปลี่ยนแปลง ทำให้เหมาะสำหรับโรงงานที่มีผลิตภัณฑ์หลากหลายและการผลิตในระดับคลินิก ต้นทุนต่อชุดสูงขึ้นเนื่องจากต้นทุนสิ้นเปลือง แต่การลงทุนที่ลดลงและภาระในการตรวจสอบสามารถทำให้พวกเขาน่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวเป็นข้อกังวลที่เพิ่มขึ้น โดยมีการพัฒนาโครงการรีไซเคิลและทางเลือกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพแบบดั้งเดิมสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ทำงานในโหมดแบทช์ โดยมีขั้นตอนการผลิตแยกกัน การประมวลผลแบบต่อเนื่องเป็นกระบวนทัศน์ที่เกิดขึ้นใหม่ที่รวมการทำงานของหน่วยเข้ากับการไหลอย่างต่อเนื่อง ลดเวลาการค้าง และทำให้สามารถใช้อุปกรณ์และพื้นที่โรงงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น กระบวนการทางชีวภาพอย่างต่อเนื่องเหมาะสมอย่างยิ่งกับการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์และโมโนโคลนอลแอนติบอดี โดยมีการเพาะเลี้ยงแบบกำซาบและโครมาโทกราฟีแบบต่อเนื่องเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยให้เกิดประสิทธิภาพได้
การประมวลผลอย่างต่อเนื่องช่วยลดพื้นที่ใช้อุปกรณ์และสามารถปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์โดยการลดความแปรปรวนของกระบวนการให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ต้องการระบบควบคุมและติดตามกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น รวมถึงอุปกรณ์การประมวลผลขั้นปลายน้ำที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการไหลที่ต่อเนื่อง กรอบการกำกับดูแลกำลังพัฒนาเพื่อสนับสนุนการนำการผลิตแบบต่อเนื่องมาใช้ โดย FDA จะออกคำแนะนำสำหรับผู้ผลิตยา
การเลือกระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์เกี่ยวข้องกับการพิจารณาปัจจัยสำคัญหลายประการ ขนาดการผลิตเป็นปัจจัยหลัก โดยการขยายขนาดต้องให้ความสนใจอย่างรอบคอบต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในปริมาณการผลิตที่ต้องการ ประเภทของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจะกำหนดข้อกำหนดเฉพาะของอุปกรณ์ เช่น ความจำเป็นสำหรับขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์โดยเฉพาะหรือความสามารถในการกำหนดสูตร
แผนผังสิ่งอำนวยความสะดวกและพื้นที่ว่างอาจส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์ โดยมีการออกแบบอุปกรณ์แบบแยกส่วนสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ ระดับของระบบอัตโนมัติที่ต้องการยังส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์ด้วย โดยมีระบบควบคุมอัตโนมัติเต็มรูปแบบสำหรับการตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์
ต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ได้แก่ รายจ่ายฝ่ายทุน (CAPEX) สำหรับอุปกรณ์ วัสดุสิ้นเปลือง และโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งอำนวยความสะดวก ตลอดจนต้นทุนการดำเนินงานด้านสาธารณูปโภคและวัสดุสิ้นเปลือง ระยะเวลาและงบประมาณของโครงการจะส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์และแพลตฟอร์มเทคโนโลยี
การวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานควรพิจารณาถึงผลกระทบของอุปกรณ์ที่มีต่อต้นทุนการผลิตโดยรวม รวมถึงต้นทุนการบำรุงรักษาตามปกติ การตรวจสอบความถูกต้อง และการปฏิบัติตามข้อกำหนด ศักยภาพในการขยายและการพัฒนากระบวนการในอนาคตควรได้รับการพิจารณาเพื่อรองรับการเติบโตของกลุ่มผลิตภัณฑ์
การควบคุมกระบวนการถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาประสิทธิภาพของระบบการประมวลผลทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ ระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) ให้การตรวจสอบและการควบคุมกระบวนการผลิตทั้งหมดจากส่วนกลาง พร้อมด้วยความสามารถในการรับข้อมูลและการบันทึกเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด เทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) ถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อให้การตรวจสอบคุณลักษณะคุณภาพผลิตภัณฑ์แบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการได้ดีขึ้นและลดความแปรปรวนของผลิตภัณฑ์
สำหรับกระบวนการต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการควบคุมกระบวนการขั้นสูง (APC) เพื่อปรับพารามิเตอร์กระบวนการแบบเรียลไทม์เพื่อรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การควบคุมกระบวนการทางสถิติหลายตัวแปร (MSPC) มักใช้เพื่อระบุความเบี่ยงเบนของกระบวนการและวินิจฉัยสาเหตุที่แท้จริง
การบำรุงรักษาเชิงป้องกันถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ของระบบกระบวนการทางชีวภาพและส่วนประกอบสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ โปรแกรมการบำรุงรักษาควรรวมถึงการตรวจสอบ การทำความสะอาด และการเปลี่ยนส่วนประกอบที่สำคัญ ควรทำการสอบเทียบเซ็นเซอร์กระบวนการ เช่น pH และหัววัดอุณหภูมิ ในช่วงเวลาที่กำหนดเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้อง
เอกสารประกอบการบำรุงรักษา การสอบเทียบ และคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพควรได้รับการเก็บรักษาไว้เป็นส่วนหนึ่งของบันทึกคุณสมบัติและการตรวจสอบความถูกต้องของอุปกรณ์
ข้อผิดพลาดทั่วไปประการหนึ่งในการเลือกระบบและส่วนประกอบของกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์คือการเลือกวัสดุที่ไม่เข้ากันกับของเหลวในกระบวนการ ต้องตรวจสอบความเข้ากันได้สำหรับของเหลวในกระบวนการทั้งหมด รวมถึงอาหารเลี้ยงเซลล์ บัฟเฟอร์ และสารทำความสะอาด การทดสอบสารชะล้างและสารสกัดมีความจำเป็นเพื่อยืนยันว่าวัสดุที่เลือกไม่ก่อให้เกิดสารปนเปื้อนที่อาจส่งผลต่อคุณภาพหรือความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
การบูรณาการส่วนประกอบแต่ละส่วนเข้ากับระบบกระบวนการทางชีวภาพที่สมบูรณ์มักถูกประเมินต่ำไป การเชื่อมต่อส่วนประกอบจากผู้ผลิตหลายรายเป็นงานที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้เวลาและความเชี่ยวชาญอย่างมาก การรวมและการตรวจสอบความถูกต้องของระบบทั้งหมดจะต้องเสร็จสิ้นก่อนที่จะนำอุปกรณ์ไปให้บริการ
ความสามารถในการปรับขนาดถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญเมื่อเลือกระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ พารามิเตอร์กระบวนการที่พัฒนาขึ้นในระดับห้องปฏิบัติการอาจไม่สามารถถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์ขนาดใหญ่ได้โดยตรง การศึกษาการขยายขนาดควรดำเนินการเพื่อประเมินความสามารถของอุปกรณ์ในการรักษาประสิทธิภาพของกระบวนการในระดับที่ต้องการ โดยมีการประเมินพารามิเตอร์ เช่น เวลาในการผสมและการถ่ายโอนออกซิเจนสำหรับการกำหนดค่าอุปกรณ์เฉพาะ
การใช้กระบวนการต่อเนื่องสำหรับการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์กำลังขยายตัว โดยมีการปรับปรุงเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกำซาบ โครมาโทกราฟีแบบต่อเนื่อง และเทคโนโลยีการตรวจสอบกระบวนการ การบูรณาการการประมวลผลแบบต่อเนื่องเข้ากับโรงงานผลิตแบบเป็นชุดที่มีอยู่นั้นเป็นเรื่องที่ท้าทาย แต่การพัฒนาระบบการประมวลผลแบบต่อเนื่องแบบแยกส่วนอาจลดความซับซ้อนและต้นทุนในการดำเนินการ
การทำให้ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพเป็นดิจิทัลสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ช่วยให้การผลิตมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น การใช้การวิเคราะห์ข้อมูล การเรียนรู้ของเครื่อง และปัญญาประดิษฐ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ของกระบวนการถือเป็นงานวิจัยที่กำลังพัฒนา อุปกรณ์การประมวลผลทางชีวภาพแฝดดิจิทัลถูกนำมาใช้เพื่อสนับสนุนการพัฒนากระบวนการ การออกแบบอุปกรณ์ และการแก้ไขปัญหา
ความยั่งยืนมีความสำคัญมากขึ้นในการออกแบบระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ การลดการใช้น้ำและพลังงานเป็นจุดสนใจ และการพัฒนาเทคโนโลยีและวัสดุการทำความสะอาดก็มีส่วนทำให้เกิดความยั่งยืน การรีไซเคิลและการแปรรูปส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวกำลังได้รับการตรวจสอบเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากเทคโนโลยีแบบใช้แล้วทิ้ง
หน่วยงานกำกับดูแลกำลังให้คำแนะนำในการนำเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงมาใช้ รวมถึงระบบการประมวลผลแบบต่อเนื่องและระบบแบบใช้ครั้งเดียว กรอบการทำงานของ FDA สำหรับระบบคุณภาพยาส่งเสริมนวัตกรรมในการผลิต รวมถึงการใช้เทคโนโลยีการวิเคราะห์ใหม่ๆ และกลยุทธ์การควบคุมกระบวนการ
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์เป็นรากฐานของการผลิตยาชีวภาพสมัยใหม่ โดยจัดหาอุปกรณ์และเทคโนโลยีที่จำเป็นในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และสม่ำเสมอ การบูรณาการเทคโนโลยีขั้นสูง รวมถึงระบบแบบใช้ครั้งเดียวและการประมวลผลต่อเนื่อง กำลังกำหนดรูปแบบใหม่ของอุตสาหกรรมและทำให้การผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้น ผู้เชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวก การเลือกอุปกรณ์ หรือการพัฒนากระบวนการจะต้องรักษาความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับหลักการทางเทคนิคและข้อควรพิจารณาเชิงปฏิบัติที่กำหนดระบบกระบวนการทางชีวภาพเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์ของโครงการจะประสบความสำเร็จ
ระบบและส่วนประกอบกระบวนการทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมชีวเภสัชภัณฑ์ include bioreactors, fermenters, filtration systems, chromatography columns, mixing vessels, storage tanks, transfer lines, monitoring instruments, and single-use consumables required for the production of biological products.
การประมวลผลชีวเภสัชภัณฑ์ประกอบด้วยการประมวลผลขั้นต้น (การเพาะเลี้ยงเซลล์และการสร้างผลิตภัณฑ์) การประมวลผลขั้นปลาย (การนำกลับคืน การทำให้บริสุทธิ์ และการกำหนดสูตร) และการดำเนินการเติม/เสร็จสิ้น แต่ละขั้นตอนมีอุปกรณ์และข้อกำหนดกระบวนการเฉพาะ
อุปกรณ์แปรรูปชีวเภสัชภัณฑ์ใช้สแตนเลส 316L สำหรับระบบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และฟิล์มหลายชั้นโพลีเอทิลีน/EVOH สำหรับระบบแบบใช้ครั้งเดียว วัสดุส่วนประกอบ เช่น ซิลิโคน เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ และ PES ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน
ระบบแบบใช้ครั้งเดียวช่วยลดข้อกำหนดในการทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อ ลดความเสี่ยงในการปนเปื้อนข้าม และอำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ได้เร็วขึ้น สิ่งเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับโรงงานที่มีผลิตภัณฑ์หลากหลายและการผลิตในระดับคลินิก
การประมวลผลทางชีวภาพอย่างต่อเนื่องรวมการทำงานของหน่วยเข้ากับการไหลอย่างต่อเนื่อง ช่วยลดเวลาการค้างและรอยเท้าของอุปกรณ์ ช่วยให้การผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเทียบกับการประมวลผลเป็นชุดแบบดั้งเดิม
อุปกรณ์การผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ต้องเป็นไปตามข้อบังคับ cGMP, แนวทาง ICH และข้อกำหนดของ FDA รวมถึง 21 CFR ส่วนที่ 11 สำหรับบันทึกอิเล็กทรอนิกส์ คุณสมบัติของอุปกรณ์เป็นไปตามโปรโตคอล DQ, IQ, OQ และ PQ
การคัดเลือกจะพิจารณาขนาดการผลิต ประเภทผลิตภัณฑ์ โครงร่างสิ่งอำนวยความสะดวก และงบประมาณ อุปกรณ์ต้องเข้ากันได้กับข้อกำหนดของกระบวนการและสามารถรักษาพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญได้
แนวโน้มในปัจจุบัน ได้แก่ การประมวลผลอย่างต่อเนื่อง การทำให้เป็นดิจิทัลและการควบคุมกระบวนการ การนำเทคโนโลยีแบบใช้ครั้งเดียวมาใช้ และความยั่งยืน คำแนะนำด้านกฎระเบียบและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยียังมีอิทธิพลต่อการออกแบบและการทำงานของอุปกรณ์
haikexin@haikexin.com
