單克隆抗體生產車間的工程設計要點及案例分析

鄭云飄

（中國醫藥集團聯合工程有限公司上海分公司，上海 200235）

單克隆抗體生產車間的工程設計要點及案例分析

鄭云飄

（中國醫藥集團聯合工程有限公司上海分公司，上海 200235）

針對單克隆抗體生產工藝特性，結合GMP和國家相關設計規范，對單克隆抗體的生產工藝流程、車間布置及廠房設施要求進行設計和闡述，并提供單克隆抗體生產車間的設計方案實例。

單克隆抗體；工程設計；GMP

1 概述

單克隆抗體生產技術作為現代生物科學領域中的重要進展之一，具有廣泛的應用價值，已逐漸成為目前生物制藥行業發展趨勢［1］。單克隆抗體生產工藝具有生產周期長、多產品共線、采取病毒防范措施以及生產過程溫度控制嚴格等特點［2］。

本文針對單克隆抗體生產工藝特性，結合GMP和國家相關設計規范，對單克隆抗體的生產工藝流程、車間布置及廠房設施要求進行設計和闡述，并提供單克隆抗體生產車間的設計方案實例。

2 設計要點

2.1 工藝流程設計

單克隆抗體的典型生產工藝流程見圖1。

生產工藝流程大致分為三個階段：

（1）上游工藝（從種子到收獲）；

（2）下游工藝（從蛋白捕獲到原液收獲）；

（3）制劑工藝（以凍干制劑為例，從配液到成品儲存）。

上游工藝涉及種子復蘇等敞口操作需在層流保護下進行，并且該生產區域與其他操作活動分開，背景環境要求較高。種子擴增階段采用密閉的生物反應器+一次性儲液袋，有效降低產品污染風險。下游工藝涉及多步純化和過濾工序，也多采用密閉系統，最終原液產品的過濾及封裝在層流保護下進行。

2.2 車間布置設計

2.2.1 車間布置主要遵循的法規規范

《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）；

《潔凈廠房設計規范》（GB 50073—2013）；

《醫藥工業潔凈廠房設計規范》（GB 50457—2008）；

《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》（衛生部令第79號）。

2.2.2 布置原則

（1）滿足工藝要求：設備布置首先滿足工藝流程圖要求，各區域功能明確，流程順暢，潔凈區相對集中，車間布置符合潔凈廠房要求［3］；

（2）滿足操作要求：考慮操作和檢修通道，合理的設備間距和凈空高度；

（3）滿足安全及消防要求：遵循《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）。

2.3 空調設計

2.3.1 空調系統劃分原則

（1）不同功能區采用獨立空調系統，便于生產運行管理；

（2）有生物活性區和無生物活性區采用獨立空調系統；

（3）不同產品生產專用區域分設空調系統，避免交叉污染。

2.3.2 房間壓差設定

（1）潔凈區和非潔凈區之間、不同級別潔凈區之間的壓差保證10 ～15Pa；

（2）相同潔凈等級區域內有空氣流向控制的房間之間的壓差保證5 ～10Pa；

圖1 單克隆抗體工藝流程Fig.1 process flow diagram of monoclonal antibody

（3）氣閘壓差控制：無生物活性區氣閘間采用正壓氣鎖，空氣流向氣閘間兩側；有生物活性區氣閘間采用負壓氣鎖，兩側空氣流向氣閘間；

（4）產生濕熱氣體、產生粉塵房間保持相對負壓。

2.4 潔凈公用工程設計

2.4.1 氧氣、二氧化碳

主要用于細胞培養。

可采用鋼瓶站匯流排。氣體使用點末端設除菌過濾。

2.4.2 工藝壓縮空氣

主要用于細胞培養、純化、配液、CIP系統、洗瓶、灌裝、凍干等工序。

采用無油、無塵、干燥空壓機，氣體使用點末端設除菌過濾。

2.4.3 純化水、注射用水系統

主要用于培養基/緩沖液配制、CIP系統、工器具清洗、洗瓶、洗膠塞鋁蓋等工序。

采用純化水/注射用水制備裝置，水質符合現行《中國藥典》質量標準。純化水/注射用水分配系統以環形回路進行循環，各使用點采用U形管接衛生型隔膜閥。

2.4.4 純蒸汽系統

主要用于SIP系統、工器具滅菌、膠塞鋁蓋滅菌。

采用純蒸汽發生器。純蒸汽接管無死角，無凝水積聚。

2.5 生物安全防護措施

單克隆抗體藥物本身對人體無生物學危害。但是，單克隆抗體來源于特定細胞庫引入的細胞培養物，存在潛在病毒污染的危險性。污染可來自原細胞系（細胞基質）本身，也可來自生產過程中可能帶入的外源病毒［4］。為了減小病毒污染的風險，采取以下措施：

（1）病毒活性與非活性區域分開，培養基和緩沖液配制與工藝操作生產區分開；

（2）設備單獨進行CIP及SIP，病毒活性區設備的CIP系統單獨設置；

（3）工藝生產廢水經專門的廢水系統收集并滅活后排放。

3 案例分析

按工藝生產流程，單克隆抗體生產車間分為原液生產和制劑生產。原液生產包含上游工藝和下游工藝以及相關生產輔助區域，廠房及設施設計遵循《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》附錄3“生物制品”［5］。制劑生產按最終產品的不同，可分為凍干制劑、預充針、水針制劑等，布置可參照無菌制劑車間，本案例僅對原液生產布置進行分析，制劑生產布置不在分析范圍內。

單克隆抗體生產車間布置工程案例見圖2。

圖2 單克隆抗體生產車間布置Fig.2 Layout of monoclonal antibody production building

本案例包含兩條單克隆抗體原液生產線，各自的生產區域相對獨立，上下游生產區域也相對獨立，下文按上游生產區、下游生產區、輔助生產區分別進行敘述。

（1）上游生產區

單克隆抗體細胞株一般凍存在液氮罐內，生產時先進行細胞復蘇及種子細胞的培養，該步驟為敞口操作，在超凈工作臺完成。隨后進行搖瓶培養，當培養液中細胞密度達到目標值后，再轉移至生物反應器。種子培養較細胞培養的時間周期較短，背景環境要求更嚴格，因此獨立設置空調分區。

種子培養液采用密閉的一次性容器移入生物反應器進行不斷地放大培養，單臺設備的溫度由TCU精確控制，且每臺設備配置稱量、溫度、壓力、酸堿度、溶氧量、空氣流量等檢測模塊。由于細胞培養周期較長，在細胞培養間外另設培養基存放間，用于流加培養基的更換與存放。生物反應器和培養基儲罐均采用一次性儲液袋密閉操作，細胞培養液和培養基的轉移采用一次性無菌軟管對接，背景環境設為D級。

細胞培養液分離收獲后，經親和層析柱純化，捕獲的大量抗體蛋白分裝入一次性儲液袋暫存或轉運到精純工序。該區域層析系統為獨立的CIP/SIP；緩沖液儲罐采用一次性儲液袋容器+無菌連接。

以上生產區域有細胞活性，設置獨立的人流通道，與下游及輔助生產人員分開。人物流采用單向流，路線順暢、簡潔、不迂回。生產人員經各自的更衣通道進入生產操作崗位，再從返回走道退出，最大程度避免了交叉污染，保障產品生產的背景環境。

（2）下游生產區

精純工序通過不同的層析系統進一步去除原液中雜質蛋白質、DNA、內毒素等。中間體儲罐采用不銹鋼容器，可獨立CIP/SIP，夾套通7℃低溫水冷卻；層析系統為獨立的CIP/SIP；緩沖液儲罐采用一次性儲液袋容器+無菌連接；該環境的潔凈級別為C級。

精純后原液經管道輸送至超濾系統，進一步進行緩沖液置換及濃縮，超濾后的產品暫存至移動儲罐中，經傳遞柜移入除菌過濾間，在層流保護下完成原液產品的過濾及封裝，該區域背景環境嚴格控制。超濾系統為獨立的CIP/SIP；中間體儲罐采用不銹鋼容器，可獨立CIP/SIP，夾套通7℃低溫水冷卻。

以上生產區域人員操作復雜，生產周期較短，批次更換及清場頻繁，背景環境較上游生產區更嚴格。人物流采用單向流，避免產品污染和交叉污染。

（3）輔助生產區

培養基和緩沖液的配置分別在獨立房間內，配置后的溶液經管道輸送至一次性儲液袋。配置罐及其分配系統均采用CIP和SIP。分配管路無死角，有一定坡度，便于放凈。

工器具經返回走道去至清洗崗位，依設定的程序清洗、烘干，再經雙扉滅菌柜滅菌，最終返回凈化生產區域。有細胞活性的工器具先滅活，再清洗；有細胞活性的廢棄物先滅活，再經單獨的通道退出。

上下游生產分別配置CIP/SIP系統，裝置放置在CNC區。有細胞活性成分的生產廢水也先收集，加熱滅活，再排入工藝廢水。滅活裝置放置在CNC區。

以上輔助生產區兩條生產線共用，合理分配空間面積，便于人員操作管理。

4 結束語

單抗生產車間設計既要遵循國家相關法規規定，又要符合生產流程及操作需求。合理的設計會使車間內人流、物流、設備在空間上優化組合，提高生產利用率，同時將污染的風險降低至可控的最低限度內。在滿足上述要求后，如何更好的提高經濟性、降低勞動成本、減少能耗也是該類項目重點思考的方向［6］。

隨著單克隆抗體生產技術發展迅速，生產設備日臻完善，自動化程度不斷提高，產量不斷放大，對廠房設施也提出更高要求。本文提供了一種單克隆抗體生產車間的布置方案，隨著現代制藥工業推陳出新，本文所提及的設計觀點仍需在實踐中加以檢驗并不斷修正提高。

［1］陳光.單克隆抗體技術歷史與發展簡述［J］.生物學通報，2003，（38）.

［2］倪華，陶靜，胡輝.單克隆抗體藥物生產車間工程設計探討［J］.機電信息，2010，（32）.

［3］制藥工程工藝設計［M］.北京： 工業出版社，2013.

［4］ICH質量管理文件匯編［M］.北京： 中國醫藥科技出版社，2010.

［5］藥品生產質量管理規范（2010年修訂），衛生部令第79號［S］.

［6］崔明勇.新生物制品生產車間設計的幾點體會［J］.醫藥工程設計，1997，8（5）.

Keys in Design of Monoclonal Antibody Workshop and Case Analysis

Zheng Yunpiao
（SINO PHARMENGIN Corporation Shanghai Co.，Shanghai 200235）

With respect to the features in productive process of monoclonal antibody and combined with GMP and other relative national design codes，the productive process of monoclonal antibody and the requirements for layout of workshop and facilities in plant building were designed and explained.Moreover，practical instance for the design of monoclonal antibody production workshop was provided.

monoclonal antibody； engineering design； GMP

TQ 460.8

A

2095-817X（2016）04-0029-004

2016-00-00

鄭云飄（1989—），女，助理工程師，從事醫藥工程工藝設計工作。