填补空白！国产自研1.5万升超大规模细胞生物反应器下线
导读： 近年来，随着国家对生物经济的重视和扶持，国内已有公司成功研发出1.5万升动物细胞高端生物反应器，填补了国内1万升以上高端生物反应器空白。近期，仪器信息网走进苏州沃美生物有限公司一睹了这套设备的真面目。
当前，我国生物医药生物反应器设备虽然已经实现了较大程度的国产替代，但是高端产品，尤其是超大规模生物反应器（1万升以上）仍然严重依赖进口，不仅成本高，而且在关键技术和维修保养方面也极易被卡脖子。我国在这一领域长期处于空白状态，仅通过罐体加工国产化、软件自控用进口的方式实现部分国产替代。近年来，随着国家对生物经济的重视和扶持，我国在上游生物工艺装备的技术创新和市场投入程度持续加大，国内已有公司成功研制出全自主知识产权的国产制造，并成功进行了抗体表达工艺的验证测试。此次超大规模1.5万升生物反应器的设计、制造和下线，填补了我国在该领域的空白。
双方合影
（从左至右：仪器信息网生命科学编辑李兆坤、沃美生物总经理滕小锘博士、仪器信息网客户成功经理康龙、仪器信息网生命科学编辑樊雪竹）
为了一睹这套设备的真容，仪器信息网一行走进了这家在生物制造上游产品和服务有着良好口碑的公司——苏州沃美生物有限公司（以下简称“沃美生物”），并在沃美生物总经理滕小锘博士的带领下进入了超大反应器研究和测试车间。那么这套设备到底有什么特别之处？我国在高端生物反应器领域还有哪些难点亟待攻克？……跟着我们的脚步一起去了解吧！
专注高端产品，成功自研国内1.5万升动物细胞生物反应器
高端装备制造业作为国家战略性新兴产业，是提升制造业核心竞争力、实现新型工业化、建设制造强国的重要支撑。那么，什么是高端装备呢？高端装备又称先进装备，是指具备高技术含量、高附加值的先进工业设施设备，是以高技术为引领，处于价值链高端和产业核心环节，决定整个产业链综合竞争力的核心装备。以高端生物反应器为例，其“高端化”体现在设计、制造、运行和维护等各个细节之中，该系统集成了诸如数字化设计、CFD仿真模拟、PAT技术、QbD设计理念和智能化控制等关键核心技术，每一项都需以高度专业化的人才和精密仪器作为支撑。
“换句话说，谁掌握了最先进的生产力，谁就能在竞争中占据优势。比如，在细胞株、菌株无较大差异的情况下，不同的装备最大可造成20%-50%的产量差异。”滕博士解释道，“我们专注于高端的产品，如今，已经有很多企业开始使用这些高端产品，其中多为行业龙头和先进制造企业。”
在滕博士介绍完高端装备的概念后，我们也走进了沃美生物工业反应器研究和测试车间。在看到了经历三次技术和软件迭代的生物反应器系列产品后，这台完全自主研发的1.5万升动物细胞生物反应器（DOE-BS15000L）便映入眼帘。
这套1.5万升动物细胞生物反应器总共有三层，所有核心元器件均为进口。在问及为何不选用国产配件时，滕博士表示：“该设备主要用于人用抗体药物的生产，国内用户在配件选型阶段优先考虑具有成熟法规认证和良好使用记录的国外供应商。对于高端反应器的配件来说，国产配件在合规性、稳定性和关键性能方面尚不及进口配件，这也导致了我们在进行国产替代的时候，只能先努力做到整机的国产替代，而对于配件的国产替代来说，仍需要后续和众多国产配件商的共同努力。”
DOE系列15000L不锈钢细胞生物反应器系统（DOE-BS15000L）
工业反应器研究和测试车间布局也充分考虑实际GMP生产时的要求，进行了合理化设计，管廊与主体设备分区布置，充分考虑操作和维护保养便捷性。设置有操作和检修专用通道，可以方便的对每个配件和每一层管道进行检修。所有这些设备都是全自动控制，且具备全生命周期管理功能。同时，整个反应器配备了也配置了联合华东理工大学国家生物反应器重点实验室研发的拉曼在线检测整体解决方案，可实现包括氨、糖、氨基酸、抗体质量属性等二十几种物质的实时在线检测。滕博士说，这套用反应器的设计、自控水平和PAT解决方案代表当前国内生物反应器的最高水平。
DOE-BS15000L的背面管道分布图
在另一间测试实验室内，35L多联平行细胞生物反应器(图A和图B)和第四代500 ml高通量平行智能生物反应器（图C）在实验台上一字排开，“我身边的这款仪器，就是我们最新研制的多联高通量平行智能生物反应器（WT-IM500），它主要用于高通量工艺开发，，通过自主开发的XBIO上位机软件，可以实现一台控制器同时操控4-64台平行生物反应器的运行。”滕博士为我们介绍道。同时，他认为多联高通量平行智能生物反应器的关键技术主要有以下几点：罐体的合理性设计、制造加工精度和平行性、智能传感器、稳定的自控系统和功能强大的数据采集和工艺分析软件。“总体来说，多联平行生物反应器的技术方面国内外已无明显差异，并且从最终使用效果来看差别也不大。而在售后服务方面，进口品牌做的远不如国内品牌，这也是促使用户从进口品牌转向国产品牌的主要原因之一。”
图A：DOE-B35多联平行细胞生物反应器；图B：多联平行生物反应器产品线
图C：WT-IM500 500ml高通量平行智能生物反应器
依托华东理工大学技术背景稳扎稳打15载
沃美生物最早成立于2010年，成立初始便与华东理工大学国家生化工程技术研究中心（上海）（以下简称“工程中心”）建立合作。经过十多年的发展，公司现在形成了围绕生物医药（动保和人用）、合成生物学上游关键技术服务和相关产品的业务范围，其中细胞培养基和生物反应器是公司的两大主要产品线。
在企业发展历程墙边，滕博士与我们回顾了沃美生物的发展史。公司成立初期，沃美生物在上海以技术服务和细胞培养基起家。得益于扎实的技术基础，沃美生物培养基的业务发展很快，2012年便在苏州建立了生产基地。2016年，沃美生物成立了生物反应器事业部，主要开发各种高端生物反应器，2021年，为进一步提高公司的装备制造能力，沃美生物联合珐成制药系统工程（上海）有限公司（以下简称“珐成浩鑫”）共同成立了一家专注于高端生物反应器研发、生产和销售于一体的合资公司——沃钛思（南通）生物科技有限公司（以下简称“沃钛思”），并与华东理工大学生物反应器国家重点实验联合成立了华东理工大学&沃钛思智能制造和过程控制联合技术创新转移中心（创新中心），“通过该中心，可以将最前沿的生物反应器一系列先进关键技术及前沿成果实现快速产业化转移。本次15000升的研发过程也得到了创新中心的强力支持。”滕博士自豪地说。
滕小锘介绍沃美生物发展历程
2024年如此复杂的环境，沃美生物生物反应器板块仍实现了稳健的发展。仅7月份新签1600万订单，其中海外订单超过一半。“得益于国家对于海外市场的支持，加之一带一路国家的市场需求旺盛，加快了我们产品走出国门的步伐。”滕博士说。
公司15年来一直深植技术研发和创新、稳扎稳打。如今，沃美生物的研发总面积将近一万平米，以上海研发中心为主，并在苏州姑苏区和武汉设有研发中心，制造则在张家港工厂。此外，珐成浩鑫的海宁与广州工厂则承担反应器的主要生产制造业务，滕博士说：“当前，我们的制造能力、技术水平和服务能力与国内其他同类型企业相比处于前列。”
高端生物反应器领域国内外仍有差距
据滕博士介绍，在高端生物反应器领域，国内外的技术差距虽然小，但仍存在。这些技术差距主要体现在以下几个方面：
第一，微型高通量智能生物反应器。该类型仪器对于合成生物学的研究以及药物、培养基的开发至关重要，目前国内还没有企业可以在这个方面真正实现高通量和智能化，尤其是在工艺层面的高通量和智能化。
第二，超大规模生物反应器。虽然我国目前可以做到生物反应器的大型化，但在高端生物反应器的超大规模生产和应用方面还缺少成功案例。当前，我国对于万升的细胞生物反应器基本依赖于进口厂商，或者进口技术国内制造。
第三，核心元器件和传感器。在自控的仪器仪表、阀门、核心的过程监测传感器等配件方面，尚不能实现完全国产化。部分领域已出现国产化替代产品，但在高端生物医药领域的推广应用还比较匮乏。
第四，基于工艺出发的理性设计与放大技术。如今，大多数反应器的设计均是在效仿国外，“照葫芦画瓢”，但真正的设计要结合自己的菌株、产品、工艺等特点。在放大过程中，以往靠的是经验，但真正的放大需要依赖于对工艺特性和设备特性的充分理解，流场分析技术起到至关重要的作用，可以从方法学上解决问题。
合成生物学发展方向：工艺工程装备一体化
如今，合成生物学已经成为了沃美生物业绩快速增长的新型业务板块，其主要发展方向是“工艺-工程-装备一体化”。未来五年，沃美生物仍将继续深耕生物技术产业链上游环节，不仅提供工艺开发过程的全流程装备，还将为用户提供工程设计以及合成生物CDMO服务。“虽然今年的合成生物学市场变得更加‘理性’，但整体来说仍然十分乐观。我认为，合成生物学的繁荣不止50年，由于合成生物学技术发展很快，合成生物企业需要将产品快速落地并产生效益才能有未来，否则很容易被市场淘汰。在企业快速发展的过程中，不仅需要政府的大力支持，同时也离不开我们这种合成生物学的上游企业，希望我们能做好上游繁荣，并通过上游繁荣来支撑下游的发展。”
据悉，除了与华东理工大学建立的华东理工大学&沃钛思智能制造和过程控制联合技术创新转移中心以外，沃美生物也与华东理工大学合作建立了合成生物联合技术创新转移中心，主要侧重于合成生物关键技术研究及科研成果的快速产业化。
谈及未来的发展策略，滕博士表示，一方面持续加大自身的研发投入，增强自我造血功能，另一方面将继续深化与华东理工大学、华中科技大学、四川农业大学、苏州工学院等高等学府的合作，通过校企合作的方式加速科研成果产业化，最终实现双赢乃至多赢的局面。此外，沃美生物还在积极参与国家和地方在生物医药、合成生物、生物制造等领域的布局，将自身的发展融入到国家战略发展中。
沃美生物总经理滕小锘博士
