改进新一代疫苗制造工艺[创新技巧]

Hèlène PORA博士
疫苗应用总监
颇尔生命科学

    近年来，越来越多的人开始把目光投向疫苗。疫苗被视为全球健康政策中的关键环节。但是疫苗的生产制造一般要经历一系列复杂的生物工艺流程。最近，由于人们对可能出现的全球性流感和其他新型疾病的忧虑，促使疫苗生产商必须能够更快地将产品推向市场。这种针对特定疾病的快速响应能力需要企业在生产过程中具有一定的工艺灵活性，能够迅速提升产能以应对市场需求。

疫苗生产包括以下几个步骤：发酵、收集、灭活、下游加工、配制和灌装。为满足目前的市场需求，迫切需要对新的和改进的制造工艺进行整合。这不仅有助于解决上述难题，同时还能确保产品的高质量，并符合管理机构的相关标准。

    举例来说，采用改进的工艺技术有助于细菌类疫苗的制造，从而使广大欠发达国家有机会获得改良的疫苗产品。另举一例，共轭疫苗的制造工艺对分离这一环节有着很高的要求，分离产物的纯度高低将决定整个制造工艺的成败。其制造工艺主要包括三个主要阶段，每个阶段都包含一系列分离步骤，以确保达到所需的纯度标准：

步骤1：从细菌壁中生产出一个多糖，并进行纯化处理。
步骤2：生产出载体蛋白（通常为白喉类毒素或破伤风毒素），并进行纯化处理。
步骤3：通过共价键将这两个基团共轭结合，并去除所有那些不需要的副产品如非共轭产品。

    尺寸排除色谱法被广泛用于分离出纯净的多糖馏分，还利用切向流膜（有确定的截留分子量）来获得相同纯度的产物，同时降低稀释效应的影响。超滤装置可被集成在复杂的一次性系统中，从而降低交叉污染的风险，且无需清洁和清洁验证。
新疫苗技术的开发不仅涉及病毒载体或DNA疫苗，还包括制造方法的改良及应用，因为与过去相比，新一代疫苗对纯度的要求更高。

为达到纯度和生产能力的要求，人们开始应用膜色谱法这一极具吸引力的技术，事实证明该技术很适合生产DNA疫苗、病毒载体或重组疫苗。膜色谱易于使用，由于是一次性使用，可减轻验证负担，如再使用研究、存储研究和清洁验证。离子交换膜盒用于捕获所需产物，或在工艺的后续阶段中用于去除一些如DNA和宿主细胞蛋白质之类的污染物。该技术在重组疫苗（从大肠杆菌制成）的纯化处理中得到成功应用。与传统的树脂相比，它可以产生更高的结合力，根据色谱步骤不同，增大倍数从6.6至20倍不等。

图2：从5L膜色谱盒上的大肠杆菌溶菌液中分离出的质粒DNA（4.5Kbase）的纯化色谱。在10mM Tris/HCI pH 8.0/1mM EDTA/0.2M NaCl中的780L净化大肠杆菌细胞溶菌液以50L/min的速度加载到Mustang Q XT膜盒上。用含0.7M NaCl的缓冲剂冲洗膜盒，用含1.2M NaCl的缓冲剂洗提质粒。从大肠杆菌溶菌液中原先的7.24g质粒中回收5.4g纯化质粒（-75%）。

    此外，膜色谱法可以在超高流速下使用而不影响所需疫苗的纯度。在质粒纯化过程中，已经使用了大型膜色谱设备，并能够在不到30分钟时间内，将数克高纯度质粒从800升大肠杆菌溶菌液中分离出来。这种技术在疫苗制造的捕获应用中已经得到越来越广泛的认可。此外，膜色谱法还适用于新病毒载体的纯化和污染物的去除。就后者而言，膜色谱法常被作为一次性应用，从而大大减少与各种清洁和清洁验证相关的验证工作量。

    一次性应用技术是疫苗制造商所关注的另一大领域。除了一次性膜色谱法步骤外，一次性技术可以在从上游到下游的绝大多数制造环节中得到应用，包括介质制备、细胞培育、混合、缓冲剂制备、终端过滤和切向流过滤。一次性系统能够提高疫苗生产的安全性，避免出现违反规定的情况。最重要的是，一次性系统免除了清洁和清洁验证的额外负担。在使用后，可以立即抛弃一次性系统，无须进行清洁或证明系统已充分清洁。无论是相关管理机构还是制造商，都很乐于除去系统清洁和清洁验证的环节。此外，对于以商业项目为导向的疫苗制造而言，一次性技术还是一个极为经济的选择，不仅确保了系统的迅速安装设置，还可减少对不锈钢设备的资本投入，而且使用后无须清洁。通过使用经过供应商预灭菌和捆绑供应的一次性系统，整个安装设置过程更为便捷。一次性技术还可减少操作错误，有效提高了安全性。

    因此，包括改良切向流方法、膜色谱法和一次性系统在内的先进技术在疫苗工艺领域的应用，将有助于解决目前所面临的产能、灵活性和新疫苗可用率等方面的问题。这些创新解决方案也将大大减少验证工作量，同时提高疫苗产品的质量和安全性。

作者简介：Hélène Pora博士是颇尔生命科学的病毒应用发展总监，负责全球病毒和基因治疗市场分离、纯化解决方案的优化和升级，并参与改良的一次性使用技术的开发与放大。Hélène Pora博士在制药和分离行业已有20多年的工作经验，最近的15年在颇尔公司工作。她是法国国立雷恩学院生物化学专业的工程学士（主修细胞生物学），并在法国奥赛大学攻读了生物化学博士学位（主修蛋白质工程与纯化）。