2021年，FDA批准的抗体药物突破100款，跨越近40年的发展，抗体药物不断从实验室走向商业化，应用领域也得到不断扩展。同时，基于多领域生物技术的突破，从抗体生产工艺来看，无论是其规模还是效率也是发生着翻天覆盖的变化。
抗体单位体积表达量从不到1g突破到10g以上，生产规模从几十升到几万升，纯化收率也是大幅提升，这使得抗体药物的生产成本在过去20年持续得到降低，达到几十美元/克的水平，大幅提升了这些优质药物的可及性。
然而，一方面伴随生物类似药的崛起，高剂量抗肿瘤抗体药物的频繁应用，以及慢性病领域的边界拓展，下一代如双抗药物的表达量限制。另一方面，当PD-1抗体药物在中国的使用费用降低至3万/年，当CGRP为代表的偏头痛抗体药物治疗费用突破7000美元/年以下时，抗体生产工艺的成本与效率再一次成为相关药物开发的关键考量点。
即便是抗体药物的生产模式发生巨大的改变，但是上游细胞培养的培养基和下游蛋白纯化的层析填料，仍然是生产成本中两个最关键的因素，原材料性质和生产效率的突破成为重点。
以下游层析为例，以传统树脂填料为主的层析模式是主流的纯化模式。它的传质模式主要是扩散传质，因此，其在实现相对高的动态结合载量的情况下，需要更长的保留时间，通常为4~6分钟，极大的限制了其生产效率。随着材料化学的突破，膜层析生产工艺近年来开始崛起，其基于4~6 μm更大的孔径，表现出对流流通的特性，极大地提高了流速和通量，仅在6~12秒的保留时间下，即可获得相对高的动态结合载量。
基于膜层析工艺巨大的优势，其已经逐步运用到各类产品的工艺开发和生产过程中。阴离子层析工艺主要去除宿主DNA及宿主蛋白等工艺相关杂质，大多数使用高载量的流穿模式，且其工艺相对简单，是最早使用膜层析的工艺步骤，在糖蛋白和磷脂酶的纯化过程中均有所应用。此外在抗体的大规模生产中，德国克劳斯塔尔工业大学也使用阳离子膜层析工艺，以半连续的方式进行抗体药物纯化，大幅提高了工艺效率。
值得注意的是，Sartobind作为膜层析技术的领航者，以稳定化的再生纤维素为基架，偶联相应的离子交换、疏水等功能配基而形成的一系列膜层析产品，此前已经推出过阴离子交换层析膜（Sartobind® Q, STIC PA），阳离子交换层析膜（Sartobind® S），疏水层析膜（Sartobind® phenyl）等产品。
Protein-A亲和步骤作为抗体药物生产过程中最关键的单元操作，其单批次纯化的循环数是限制抗体整体生产效率的瓶颈，单批次通常为3-6个循环，生产周期达到1-3天。如果选择减少循环数以提高生产效率，在载量不变的情况下则需要扩大生产规模。由于Protein-A填料单位体积的高成本，必然将进一步加剧药物的成本压力。随着非亲和膜层析作为替代传统填料层析的潜力已经体现，Protein-A亲和膜层析工艺的需求也更为旺盛。
近期，笔者发现Sartobind家族新添Sartobind Rapid A蛋白A亲和层析膜，即刻引起了从业者的关注。与传统树脂层析填料相比，Sartobind Rapid A在10秒左右的保留时间即可实现40 g/L以上的动态结合载量，而前者则需要在2分钟以上的保留时间才可以实现相同的动态结合载量，Sartobind Rapid A将生产效率提高了10倍以上，极大地驱动了抗体药物生产工艺的变革，加速了成本效益的实现。
不同类型的抗体药物开发数据表明，在5个膜柱体积每分钟的高流速下，Sartobind Rapid A均可实现40~50 g/L的高动态结合载量，且收率达到90%以上。同时抗体单体纯度达到95%以上，有效去除工艺相关杂质，病毒清除能力得到有效验证。在多达200个循环次数的验证实验表明，动态结合载量无明显变化，同时protein-A残留量小于3 ppm。
基于膜层析的易于放大性以及灵活性，Sartobind Rapid A提供从实验室级别到生产级别等多个规格，充分满足多种工艺的使用需要。以2000L的生产规模，5g/L的上游表达量来看，需要近60L的层析填料以4个循环每批次进行生产。如果在相同的生产周期下使用Sartobind Rapid A膜层析技术，仅需要3.2L的膜。因此Sartobind Rapid A膜层析技术可以有效优化亲和层析的成本和效率。
值得注意的是，虽然Sartobind Rapid A不是第一个推出的蛋白A亲和膜层析技术的，但却是第一个提供真正意义商业化解决方案的产品。Sartobind Rapid A将以超高流速的优势极大地提高抗体药物纯化的效率，并降低成本，驱动新型抗体药物生产工艺的变革。
成本和效率是药物生产工艺永恒的主题，两者在药物开发的不同阶段体现出差异性化的权重，建立高度灵活化的工艺是匹配产品商业化开发的终极目标。当然双抗及抗体偶联药物等不断崛起，商业化的需求量将变得多元化，膜层析技术不但可以提升工艺的成本效益和效率，并将为工艺带来惊人的灵活性，重塑产品在生命周期中的活力。
参考文献：
1.Process Capability Requirements [B]. Biopharmaceutical Processing, 2018:73-94.2.
2.Intensified Downstream Processing of Monoclonal Antibodies Using Membrane Technology [J]. Biotechnol J 2021 Mar;16(3):e2000309.
