再生医学与先进疗法的医药产品（ATMPs）生产过程

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2023年8月24日/医麦客新闻News/--细胞与基因医治作为新型生物药业领域的热门方向，有许多的企业涉足于研制、试验、生产、转化等等。而在这之中，从近期万众瞩目的CAR-T疗法，到曾获诺奖的诱导干细胞，再生医学领域内的前沿技术都逃不开最基础的操作：细胞的获取和培养。因此，要荣获足够安全且高活性的目标细胞，并不是一件简略的事。随着细胞与基因医治领域的急速发展，研究者与生产企业对软件设施的技术要求也在不断增加。 #

近期，ISCT官方刊物上发表了一篇题为“incelland”的文章，对现今再生医学市场中细胞漂洗与浓缩方法的纯化生产过程进行了述评剖析，并对未来的发展方向作出了猜想。

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再生医学与先进疗法的医药产品（ATMPs）包括基因治愈、细胞治愈和组织安装工程产品。随着越来越多的ATMPs打算或则早已步入市场，ATMP的受众也越来越广泛，其制造规模也逐渐提高，带给新的重大挑战。 #

为何选择手动化封闭式细胞治愈处理系统？ #

在ATMP的制造过程中，提高液体容积和缓冲液交换都是必不可少的方法。在该文献中，手动化的细胞漂洗浓缩过程是指，使用单个设备进行提高液体容积、交换缓冲液和交付最终产品的过程。ATMPs的特殊性在于，其最初的传统研制常常在试验室中小规模展开，其常规的纯化操作不能满足市场转换的需求。对于较大规模、商业化的生产而言，手动化的封闭式细胞处理系统是细胞漂洗和浓缩的更优选择。

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1）手动化的封闭式细胞处理设备可以在极大程度上减少污染风险 #

在研究试验室环境中，细胞漂洗和浓缩等方法一般使用台式离心机完成，于是重复进行自动移液，来荣获最终的细胞悬液。其实自动过程的部份也可以在符合GMP要求的生物安全柜中进行，而且打开和关掉容器盖的操作会带给很高的污染风险，尤其是操作牵涉多个培养容器时，污染风险更甚。通过手动化的封闭式细胞处理系统，将分开的多个方法整合至一个设备中，由此提高了处理的方法次数与无菌边界之间互相接触的数目，借此来减少污染风险。

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2）封闭式处理系统或可更有效运用空间

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因为将多个设备整合到同一设备中，手动化的封闭式细胞处理系统常常容积不大，可以在保证低污染风险的同时去白红细胞和洗涤红，增加占地空间，那样才能更有效地运用净化室的面积，也侧面可节约费用。 #

3）封闭式细胞医治处理系统可以进行模块化管理，按产品进行订制 #

这些设备并不是将多个方法整合为一个方法，所以可以对不同方法进行模块化管理，随时根据生产需求进行模块更改，也就可以根据顾客需求订制最适宜其产品的工作步骤和平台选择。现在使用最广泛的模块化设备类别之一就是细胞漂洗浓缩处理平台。

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4）对操作职员的要求更低，增加对GMP规范要求的轮训，提高了人工费用 #

全手动的封闭式细胞医治处理系统一般会搭载有直观的程序硬件，从而用户操作、设计和管理。同时，由于无需操作人员直接处理细胞，也就降低了对职员操作的轮训费用，使生产过程更方便。

选择手动化封闭式细胞漂洗和浓缩设备时的考虑诱因

现在市面上早已有多款手动化封闭式细胞治愈处理系统可供选择，并且各有利弊。同时，不同的细胞治愈产品还有着不同的需求，想要建立一个最适宜产品的手动化步骤链，还要对产品的技术和设备的技术都有深入的了解。

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▲选择设备时的一些参考诱因（图源：文献） #

1）从细胞来源的视角而言： #

细胞的来源可分为自体细胞和同种异体细胞产品，这两者对生产加工的核心需求是不同的，如细胞数销量、活性和细胞含量等，所以对设备的选择也不同。 #

漂洗和浓缩的方法可发生在细胞富集过程的初始方法，也可应适于后边过程来改变介质或在纯化结束时来浓缩细胞悬液，最后适于产品配方和灌装。 #

对自体细胞产品而言，设备的最小处理量和活细胞回产率的能力是重点考虑的诱因。较低的活细胞回收比列会造成最终这一细胞治愈产品生产失败。而当纯化浓缩的细胞漂浮液时，最小输出量只是纯化能够顺利进行的关键。 #

比如，当通过电穿孔法纯化CAR-T细胞产品时，细胞含量还要保持在40-^6个细胞/mL。一般状况下，对于单采来说，一个细胞漂洗装置还要才能将搜集的产物浓缩至容积大于10mL，就能适用于电穿孔。而现在只有少数封闭性细胞治愈处理设备能达到这一要求（如Rotea、Sepax、Ekko等）。 #

据悉，部份产品还须要具备细胞分选功能的手动化设备。诸如，来始于尿液成份的ATMP还需清除红细胞或则从短发选所需细胞。Rotea、Lovo、Sepax、等设备除了可以交换缓冲液来漂洗细胞，能够同时消除红细胞，在同一方法中实现更多处理，因而最大限度减少工艺开发费用。

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对同种异体细胞产品而言，最大处理量才是较重要的诱因。主要考虑的是起始材料的键入容积范围。对于同种异体产品而言，其起始材料的容积可小到50mL（如脐带血来源），进行细胞扩大培养后容积可大至1000L。因此对设备的容积处理量要求较高。 #

影响漂洗和浓缩设备选择的另一个关键诱因是处理速率和时间。任何对细胞品质的负面影响（比如剪切蠕变）都或许会在下游设备处理中被放大。另外，转染、转导、酶消化或细胞分选等过程就会给细胞施加压力，使其对漂洗和浓缩的操作愈发敏感，不易控制。 #

不过，鉴于处理速率或许会因每天纯化时培养基的组成和细胞密度的不同而改变，虽然只好通过在即将生产纯化前先对样品进行漂洗浓缩，来帮助确定后续生产的条件设置。在文登度的细胞漂浮液（>5x10^5个细胞/mL）中，细胞可以产生细胞簇并从漂浮液中分离，基于声学的设备可以更高效地处理这么的漂浮液。相比之下，以过滤为原理的设备（比如Lovo）则遭到最小输出量的限制。 #

▲市面上部份封闭式细胞治愈处理系统的键入容积范围， #

标黄为可做细胞分选方法的设备（图源：文献）

2）从设备视角而言： #

可整合性是手动化封闭式细胞治愈处理系统的核心价值。手动漂洗和浓缩设备作为加工链的一部份，是以模块化的形式与其他设备进行地理连结，这其中怎样规划和评估设备的相互连结模式是非常重要的。

假如试剂是包装在盒子中，则漂洗和浓缩装置的设置方法或许很简略。由于包装袋可以和几乎所有设备兼容，在管线规格合适的状况下，通过棘刺的端口或则无菌冲压连结即可。但若果是选用了其他方式的包装，还要提高一个将材料先转移到盒子中的方法，再进行无菌连结和漂洗浓缩的。因此，倘若此次转移不能实现无菌连结，则手动化设备清除污染风险的价值将大大增加。理想状态下，浓缩后的产品也应当通过封闭设备转移到下游的步骤中（如剂型和分装）。 #

据悉，设备的占地面积和联通性只是考虑诱因之一。净化室空间一般是有限的，而可联通的设备降低了便利性，不性交间中联通无需再次测量，增加了纯化的复杂程度。 #

此外，硬件集成只是封闭式细胞处理系统的重要组成。集中的电子记录使操作可以手动化，才能代替批次间生产和质控的自动记录。因此，匹配的控制硬件还可以扩充到应用同一集中式系统的多个设备上，那样可以控制所有连结的设备并提供实时反馈。现在，硬件辅助控制步骤手动化还仅限在同一制造商的设备上应用。若要开发订制系统，这么从不同设备提取加密数据将成为一个挑战，但是还要大量投资研制。 #

3）从步骤设计视角而言： #

工艺开发的目标是开发一种稳健的、可重复的工艺，该工艺可扩充适于临床生产，同时保持产品品质，并满足监管要求。一种稳定、合适的漂洗和浓缩工艺应当做到不随材料的变化改变其生产的稳定性。 #

要开发那样一种工艺，还要大量的努力来确定和控制过程的关键工艺参数，重复的多变量剖析有时是必不可少的。诸如，基于离心的过程的关键过程参数或许包括流量速率、离心速率和沉降时间。优化这种参数时，应考虑工艺参数与产品品质之间的关系，以确保制造工艺适宜规模化生产。 #

对于细胞内部一致性较低的产品（如自体细胞产品），还可以开发预推算法来指导制造方法去白红细胞和洗涤红，以实现所需的产品轮廓。

开发的过程还应考虑费用问题。不仅设备原本的资金投入，应留意的是，选择不完全合适的设备或许会降低额外的费用。 #

现在市场上的部份全手动封闭式细胞治愈处理系统 #

封闭式细胞治愈处理系统一般包括一个核心仪器、配套的程序硬件和相关套件，可以通过硬件和套件的更换来满足不同的细胞处理需求。

赛默飞：GibcoCTSRotea逆流离心细胞处理系统[1]

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赛默飞借助其卓越的生命科学试剂和剖析仪器平台根基，建立了封闭式、模块化和手动化的CTS细胞治愈端到端生产平台，Gibco?CTS?Rotea?是CTS细胞生产平台中关键的工艺设备。该系统由一台轻巧的多功能主机、一次性使用无菌套件，以及直观、可视化、可订制程序的硬件组成。他们共同构成了一个封闭式细胞处理系统，可以高效、灵活地进行细胞的分离、浓缩、洗涤、缓冲液置换和冻存，从而帮助细胞治愈产品从试验室研制环节转换到临床实验、乃至商业化生产中。 #

Gibco?CTS?Rotea?不但才能与赛默飞其他设备像Xenon电转仪，摇摆式生物反应器等组合成CTS细胞生产平台，并且也能与市面上的其他工艺设备例如细胞车间，G-Rex培养瓶实现工艺衔接。赛默飞也在CTS细胞生产平台基础上开发一种数字化硬件解决方案，以提供与平台（是一个在生物生产和药业行业广泛使用的手动化系统）的直接连结，实现全手动过程管理和细胞工艺数据完整性与溯源性。 #

美天旎：平台[2] #

?是由公司在美天旎成熟的磁珠分选MACS?技术和?Plus系统基础上开发出的一款集合细胞分选、细胞离心、清洗和细胞培养等多种功能于一体的全手动细胞处理系统。新的?平台提供适于精简的初级集成解决方案细胞处理工作步骤：从细胞分离，通过细胞培养，产生最终的产品。其核心离心技术为密度梯度离心，可手动测试腮腺细胞分离白膜层，并进行分层，还可以分离尿液中的血清、白细胞、红细胞等成份。

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：Sefia和Sepax系统[3][4]

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(前身为GE医疗企业集团生命科学部)的Sepax和Sefia系统来自于GroupSA。Group创办于1997年，活跃于手动化细胞处理系统的设计、制造和市场营销。2023年7月13日，GE医疗对外宣布竞购了GroupSA。

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Sepax系统的产品包括和SepaxC-Pro，前者是在后者基础上更逐步更新开发而至的。Sepax系统均是基于Group的轴向离心专利技术，SepaxC-Pro细胞处理系统可适于多个细胞处理的方法，支持安全、可重现、标准化的程序。主要特征有： #

SefiaS-2000细胞处理仪是推出的大容积连续流细胞处理系统，SefiaS-2000细胞处理仪结合Sefia合同硬件和CT-300.1Sefia细胞分离套件，可以从多达880ml的单采产品中分离细胞；若配合Sefia硬件和CT-800.1Sefia细胞分离套件，则可以收获高达10L的扩增细胞。

/：Ekko系统[5]

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Ekko是使用低能量超声技术进行过滤分离的封闭式细胞处理系统，其超声室设计通过重力、流体阻力和高级和次级声力的组合，使细胞集聚最大化，进而才能“捕获”如腮腺细胞那样的低密度细胞，所以更适用于处理高声学对比度(如微载体)和高细胞密度(如单采单元)的原料，可以直接进行灌注。该系统配有触摸屏的控制页面和分步说明，以便操作人员的轮训和使用。Ekko系统可对原料进行聚合、扩增等处理，可以在纯化扩增后的同种异体CAR-T细胞的过程中消除TCR+细胞，实现细胞分选。 #

BCT：系统[6]

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该系统也选用逆流离心技术，是由COBE波谱单采系统和转氨酶白细胞降低系统工具包整修而成的细胞处理设备。现在可应适于从单采产物中分离单核细胞、用于树突状细胞为基础的疾病卡介苗以及适于T细胞治愈的腮腺细胞富集等。该系统可荣获高含量和回产率的细胞群，无需梯度碱液或价钱高昂的磁珠，因而增加生产费用，同时降低磁珠或梯度碱液在最终产物中的污染。磁珠提取的方法的消除还可以减少最终细胞数目。

Kabi：Lovo系统[7]

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LOVO是一种通过旋转膜过滤技术擦洗、浓缩和制备白细胞的手动化细胞处理系统。该系统使用的是奇特的泰勒-库埃特微旋流技术，对细胞外伤低。该系统最大可处理21L的源液体积，通过多重叠加过滤制备技术，其源液消除率最高可达99.9999%。其细胞漂洗选用漂浮法，防止了离心法会造成的细胞堆积问题。该系统的高效换液使其才能迅速清除转氨酶或其他小分子物质，提高制备方法。主要特征为： #

赛多利斯：Ksep系统[8]

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Ksep系列的封闭式细胞处理系统包括和。有6个加工室，每位加工室的容积可达1L，才能连续加工高达6000L的容积。近期的一项研究中提及，可在2小时内完成50L多能干细胞的漂洗浓缩过程，细胞回产率达到90%以上，且对细胞魅力没有负面影响。

赛多利斯的Ksep?是一项专利技术，该系统可以选择性地消除细小颗粒杂质，比如形成的塑胶、细胞碎片、细胞外病毒等，在生产过程中进行分离。其外置可扩充性（4-6倍），以便运用相似的系统进行开发和生产，无需稀释即可从浆液中回收氯仿。因此，通过保持细胞完整，还提高了细胞内蛋白质的污染。

博雅/：AXPⅡ系统/X-LAB/X-WASH/PXP系统[9][10][11]

AXP?II系统是一种脐带血处理系统，从而与提供的特定且兼容的一次性分离套件结合使用，供试验室使用。AXPII系统容许在封闭和无菌环境中迅速、自动化和可重复地分离脐带血。系统包括AXPII设备、AXPII扩充坞、AXP加工袋套装、软件和相关配件。 #

该系统可以搜集血沉棕黄层、红细胞和血清等组分，活CD34+干细胞回产率小于97%，低于其他可用系统。因此，用AXP处理的脐带血单位(CBU)比具备相同总有核细胞(TNC)的常规处理单位富含更多的单核细胞(MNC)，血细胞比容在最终存储量中仍然大于30%。 #

X-WASH是一种简略但功能强悍的基于沉淀的系统，容许将细胞样品受控分离、洗涤和提高容积到新鲜培养基中。PXP系统则是一种适于临床的手动化封闭式骨髓细胞处理系统，可以降低最终骨髓浓缩物中的红细胞污染，同时保持高含量的造血干细胞和祖细胞群。不仅保持对CD34+干细胞和MNC的高回产率此外，该系统还可以在不到20分钟的时间内迅速浓缩骨髓，红细胞消耗率少于98%。

2023年2月，该公司向FDA递交了其更新的PXP-系统的备案。PXP-系统是符合GMP的手动化细胞处理系统，可以迅速、自动化和靠谱地擦洗和重组细胞悬液，设计适于与PXP-1000系统一起使用。PXP-1000系统是适于下游cGMP合规的细胞疗法临床制造的一种医疗设备，可适于CAR-T细胞的临床用生产。

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PXP?系统主要特点是实现小于98%的红细胞清除率。但最大劣势是须要依赖离心机能够完成细胞处理，相比其他细胞处理系统的人力操作介入比较多。

Lonza：平台[12]

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系统是一个手动化、封闭式的单一系统，以帮助开发适于自体细胞治愈生产，可通过模块化设计适于多种不同的自体细胞的活化，增殖和搜集等处理，包括CAR-T、肿瘤浸润腮腺细胞(TIL)和间充质干细胞(MSC)等。 #

2023年Lonza竞购%的股权后，对系统进行了重大改进。改进后的平台减少了其系统的稳健性，并通过所有的监管、安全和品质要求，扩大生产，并荣获了欧共体CE标识以及DMF提交等，使其能应适于商业销售和临床生产。因此，该系统还基于Lonza系统，添加了整合式磁性细胞分离和整合式细胞电转。

平台还可对气温、气体、pH和DO进行检测；通过集成的4°C冷室进行细胞培养；可预读取过程试剂；信息记录和控制，以实现数据可溯源性。该平台现在已与部份临床实验展开合作。

深研bio：Pro[13] #

Pro是一款适于PBMC外周血单核细胞分离的全封闭手动化细胞处理系统，其分离原理和Sepax相同，均选用轴向离心原理，可通过预设的工艺程序，实现细胞分离、细胞复苏、细胞浓缩漂洗、细胞分装等。

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PBMC分离程序的起始血量最低可至30mL，最高达150mL，细胞漂洗程序起始细胞液量可达到。 #

Pro硬件操作系统简略易上手，配置Linux内核，相对较开放，用户可以按照自己的需求设置用户权限、工艺参数，且细胞数据完整、可溯源。 #

总结

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只有深入了解制造过程中的关键需求以及每种技术的优劣点，就能选择出合适的手动化解决方案。通常来说，新一代的漂洗浓缩设备更受欢迎，由于他们占地更小，便于使用和硬件支持。Sepax和Sefia等系统的处理参数类似于台式离心系统，所以其开发过程愈发直观，适用于经验较少的团队；Lovo系统可以消除DMSO，并处理低密度的细胞，或许更适于儿科应用；Ekko系统适用于处理高声学对比度(如微载体)和高细胞密度(如单采单元)的原料；Rotea系统则在手动化编程方面具备巨大的灵活性，容积控制比较准确且处理容积范围广阔比较适宜希望按照自己的需求订制步骤的用户。随着ATMP的制造过程中的工艺稳健性的要求提高，容积控制比较准确的Rotea系统开始被越来越多的用户引入。 #

未来在这一领域的发展或许会发展更灵活和订制的模块化设备组件，而不是开发新的设备。在这一方向下，怎样连结不同设备将是一个挑战。未来的发展也将鼓励细胞治愈技术的开发者和设备技术行业伙伴之间的合作，在细胞制造领域提出创新的解决方案。 #

参考资料：

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