质粒纯化前处理整体工艺和解决方案

转自：楚天人

质粒DNA(pDNA)是mRNA疗法和疫苗生产不可或缺的原材料，可用作mRNA的模板。pDNA也是核酸药物基因治疗重要原料，需求越来越大，在供应GMP级pDNA方面也存在较大的压力，目前对质粒DNA可放大生产的需求愈发明显，且必须在GMP设施或高质量质粒DNA生产区域中进行生产和纯化。质粒生产的核心目标是纯化得到一定体量规模的高纯度超螺旋质粒，楚天科技提供完整的质粒（pDNA）纯化前处理平台整体解决方案。

 质粒（pDNA）纯化平台整体解决方案

 收菌工艺和方案 

质粒的扩增通常需要借助大肠杆菌规模化高密度发酵来实现，传统工艺以及小试阶段操作常采用离心的方式来收集菌体，但离心操作在工业生产过程中难以线性放大，且存在设备投资高、清洗时间过长、操作复杂等问题。由于菌液的固含量相对较高，考虑到效率和放大的问题，楚天科技生物工程质粒纯化平台用到0.1μm中空纤维对菌液进行4倍浓缩，浓缩后用菌体重悬液进行6倍连续置换，便于后续菌体重悬和质粒裂解操作。

楚天科技生物工程质粒纯化前处理整体工艺中，通过运用楚天源创自主研发的切向流过滤系统，该系统自带反洗功能，能实现一键式浓缩以及自动反洗，及时消除膜堵塞隐患，极大地提高了膜平均通量，提高生产效率，中试生产平均通量达到35.4LMH。同时，透过端通过加入气动比例调节阀，实时根据压力变化情况，改变阀门开度，实现恒TMP自动控制，减小人工误差，极大提高工艺稳定性，减小批间差。补液泵与循环罐称重模块关联，实现连续恒重补液模式，提高换液效率。通过补液泵经罐底阀补入新鲜Buffer顶洗管道以及膜柱的独有设计，保证管道以及膜柱零残留，产品收率接近100%。通过透过端质量流量计，能实现在线水通量功能，中试生产膜柱经0.5MNaOH循环后，通量恢复率100%。

切向流过滤系统

 全自动质粒菌体裂解工艺和方案 

全自动质粒裂解系统

运用楚天源创新一代全自动质粒裂解系统，进行质粒管道裂解，该系统运用楚天源创自主研发的匀流泵，极大的减小了剪切力，以及蠕动泵管道磨损带来的杂质。同时，不同于管罐等传统裂解方式，楚天源创管道裂解经过流体力学设计，仅需极小的混合器以及搅拌桨，就能实现菌液与碱液充分搅拌的同时，避免剪切力过高的风险；特有的气体混合器，能在低剪切力条件下，实现酸液与碱液的充分混合，避免混合不均而造成的过碱等不利工艺过程。可更改的管道体积，配合可控的流速，能实现不同料液对裂解时长的不同要求，并达到精准控制，在质量达标的情况下，一致性得到最大保障。

与手动裂解以及管罐裂解相比，楚天科技质粒生产整体解决方案中的全自动质粒裂解系统裂解效果均一，超螺旋质粒含量比手动裂解高出23%，分层明显，减轻后期澄清压力，技术指标均做到量化，如剪切力控制、精确比例控制，避免局部浓度过高、裂解时间的精度控制。工艺流程全自动化，稳定性好、效率和可重复性高，连续化生产，缩短生产时间，降低生产成本。

 质粒裂解液澄清工艺和方案 

对于大肠杆菌的碱裂解工艺而言，在加入中和液时，大量变性的蛋白质和宿主DNA通过疏水作用结合形成蛋花状杂质，固含量较大，目标质粒存在清液中，很难实现较好的固液分离。

针对以上澄清工艺应用，业内经常采用离心，滤袋，多级滤芯过滤的方式操作，而这些操作中经常遇到以下问题：硬件成本高，占地面积大，操作复杂；开放式操作，更换耗材时对环境、人员不友好，不适合GMP生产操作、载量较低，滤后浊度偏高，一般需要二次澄清；线性放大较为困难。

 全自动深层过滤系统

针对质粒菌体裂解后料液成份复杂，固含量高，普遍需要各种预分离等预处理工艺的痛点，楚天科技生物工程质粒纯化整体解决方案中，采用新一代更高效的深层过滤产品，用楚天源创自主研发的全自动深层过滤系统，立式膜包夹具和卧式膜包夹具均可提供，满足各种深层过滤膜包需求；在无需离心、预过滤或添加助滤剂等预处理的情况下，单级精度的深层滤器即可得到高质量澄清液，实现了低成本、小空间的过滤体系完成大规模裂解液的澄清需求，极大程度上提升了一次性滤器耗材应用的经济性，解决了质粒放大生产时高固含量裂解液澄清的一系列痛点问题。同时，其超高性能的澄清能力也可以大幅度降低下游精纯的压力和成本。

目前质粒裂解澄清工艺设备及方案已经过楚天科技生物工程内部多家客户的工艺开发测试，并得到了非常稳定的结果，经过楚天源创全自动质粒裂解系统裂解的料液，在无需任何预处理情况下，采用大空腔7-18μm精度单层深层过滤器，载量约80-100L/㎡，滤后浊度小于2NTU，收率97%。经全自动深层过滤系统，可实现多级线性放大，工艺流速稳定，工艺参数全程监控，整体卫生级设计，符合FDA和cGMP，编辑方法自动进行CIP，部件拆装方便，单人即可完成安装、上样、过滤、拆卸等操作。

 质粒超滤高倍浓缩工艺和方案 

发酵菌体细胞收集后，经过裂解和澄清得到的料液体量较大，且质粒层析纯化经典三步法中，分子筛层析对上样体积有严格要求，纯化处理工艺需要对澄清液进行较高倍数浓缩和洗滤，来降低后续层析规模并去除部分杂质，同时，也实现换液为下一步精纯做好准备。

Process型超滤系统

为解决高倍浓缩下因料液浓度和黏性增加容易造成穿透风险以及高浓缩倍率下料液体积与系统不匹配等问题，楚天科技生物工程质粒纯化整体解决方案采用两步法进行高倍浓缩换液。中试生产时，采取5㎡自动系统浓缩10倍，然后0.5㎡自动系统继续浓缩4倍，换液6倍完成高倍超滤浓缩工艺。

台式超滤系统

楚天科技生物工程质粒纯化整体解决方案中，第一步超滤使用AF0050超滤系统，通过透过端气动比例调节阀，实时根据压力变化情况，改变阀门开度，实现恒TMP自动控制；通过选用mini-loop最小循环设计，系统能达到最大浓缩倍数以及最小循环体积。第二步超滤选用台式超滤系统，补液泵与循环罐称重模块关联，实现连续恒重补液模式，换液效率高，最小循环体积小。使用两步浓缩工艺，通量衰减小，浓缩倍率与系统匹配，经平台多次中试工艺验证，无穿透风险，两步超滤总收率92.5%，楚天源创提供0.1㎡到120㎡全自动超滤系统可供各个研发和生产级别选择，适配Merck，Pall，Sartorius，Cobetter等大部分国内外市场主流膜包，所有系统同一平台，从小试工艺开发、中试工艺确认到大规模生产，能实现稳定线性放大，确保工艺稳定。

楚天科技生物制药中心COE

楚天科技生物制药中心，简称“卓越中心”COE（CentreofExcellence），COE着力于生物制药工艺开发及放大，工艺技术咨询服务，制药设备新产品研发、测试及验证，能够承担与制药企业、科研院所对接研发平台。旨在为全球生物医药客户解决工艺开发和生产方面的关键挑战。  

COE配备先进的工艺开发及中试设备，并拥有多位深耕生物制药行业多年的工艺技术专家的专业团队，可以帮助企业客户进行技术咨询、工艺开发、产品使用培训及问题解决，促进生物医药项目的快速推进和转化。COE拥有小试工艺实验室、分析测试平台、一次性平台工艺、生物制药中试平台、制药工艺方案规划等技术平台，旨在为抗体、疫苗、基因与细胞治疗、重组蛋白药物、核酸药物、血液制品等多个生物制药领域提供从研发到生产整体解决方案。

楚天源创生物技术（长沙）有限公司

楚天源创是楚天科技旗下专注致力于为全球生物制药企业提供分离纯化整体解决方案和服务的技术供应商，公司核⼼团队来⾃航天科⼯集团，同时引进MILLPORE和GE的国际顶尖⼈才加盟。作为国内最早从事生物大分子分离纯化设备生产的公司之一，公司产品线涵盖下游纯化小试、中试和生产所需的全套纯化、超滤、在线配液等设备和纯化方案，并能提供相应工艺服务。

楚天源创以客户需求为导向，以技术创新为驱动。公司通过吸收国际顶尖⼈才并结合楚天科技平台强⼤设计及加⼯制造能⼒，⽬前能为客⼾提供从⼚房概念设计到施⼯的下游纯化整体解决⽅案，服务⼴⼤⽣物医药⾏业。目前公司已与国内外数百家企业建立良好的合作关系，产品已出口至日本、印度、巴西、俄罗斯、柬埔寨等多个国家，产品性能稳定、安全可靠、使用便捷，荣获客户的广泛好评。