疫苗接種是保護(hù)全球數(shù)十億人的最有效、最具成本效益的方式，為全球健康做出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)世衛(wèi)組織稱，免疫意識(shí)和政府舉措每年幫助預(yù)防 200 萬至 300 萬人死亡。 根據(jù)各個(gè)國(guó)家報(bào)告的數(shù)據(jù)，世衛(wèi)組織估計(jì)，2021 年全球疫苗市場(chǎng)針對(duì) 47 種疫苗、有 94 家制造商中提供了大約 160 億劑疫苗（高于 2019 年的 58 億），包括 COVID 疫苗，價(jià)值 1,410 億美元（高于 2019 年的 380 億美元）。這一數(shù)字占醫(yī)藥市場(chǎng)的 10%（高于 2019 年的 4%）。
用于病毒和細(xì)菌蛋白亞單位疫苗純化的方法之前已有描述。多年來，疫苗開發(fā)技術(shù)有了顯著改進(jìn)，從最早開發(fā)為減毒活或滅活病原體的疫苗到新菌株和新系統(tǒng)的工程化。基于植物或昆蟲幼蟲的系統(tǒng)作為替代性低成本平臺(tái)出現(xiàn)。為了開發(fā)針對(duì)新出現(xiàn)的 COVID-19 大流行的候選疫苗，已經(jīng)開發(fā)了兩種新型平臺(tái)，即基于 mRNA 的疫苗和基于病毒載體的疫苗。由于其方法論的快速進(jìn)步而率先進(jìn)入市場(chǎng)。
下游純化：挑戰(zhàn)與機(jī)遇
每種疫苗都有其獨(dú)特的生產(chǎn)過程。從基于細(xì)菌的疫苗生產(chǎn)到基于病毒的疫苗生產(chǎn)（圖 1），下游工藝是疫苗生產(chǎn)中最復(fù)雜、要求最高的環(huán)節(jié)。
圖 1：疫苗生產(chǎn)示意圖
如圖 2A 所示，下游工藝旨在消除來自宿主細(xì)胞或培養(yǎng)基的污染物，通過實(shí)施多單元操作（例如柱層析、超濾（ UF）和洗濾（DF）等（圖2B）。
圖 2：下游純化示意圖
疫苗行業(yè)顯然需要并渴望變革和創(chuàng)新。這是由市場(chǎng)需求增加、產(chǎn)品短缺、監(jiān)管要求增加、對(duì)產(chǎn)品可重復(fù)性、流程簡(jiǎn)化以及協(xié)調(diào)的需求、以及滿足不斷變化的傳染病格局所推動(dòng)的。該行業(yè)一直面臨著在盡快到達(dá)臨床的同時(shí)、產(chǎn)生投資回報(bào)的壓力。對(duì)于老一代產(chǎn)品，還存在確保產(chǎn)品質(zhì)量和供應(yīng)的壓力，同時(shí)還需克服設(shè)施、設(shè)備和遺留工藝?yán)匣瘞淼奶魬?zhàn)。
純化技術(shù)和分析的進(jìn)步
如圖 3 所示，下游技術(shù)進(jìn)步由多種因素驅(qū)動(dòng)，例如：
相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步激發(fā)了生物工藝新技術(shù)的發(fā)展。
提高分析工具的靈敏度。
來自學(xué)術(shù)界的創(chuàng)新思想。
來自提高表達(dá)水平的壓力。
對(duì)更高產(chǎn)量的需求。
增加去除雜質(zhì)的監(jiān)管要求。
這些需求為供應(yīng)商和實(shí)驗(yàn)室提出創(chuàng)新解決方案來應(yīng)對(duì)下游挑戰(zhàn)創(chuàng)造了巨大機(jī)會(huì)。多年來，供應(yīng)商和疫苗制造商共同努力開發(fā)生物工藝新技術(shù)和解決方案，例如共同開發(fā)無菌填充床層析系統(tǒng)以及用于純化不可除菌的病毒疫苗的一次性全封閉系統(tǒng)。
圖 3：純化技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力
在疫苗工藝開發(fā)中實(shí)施新的純化技術(shù)
過去三十年純化技術(shù)和分析工具的發(fā)展和突破使疫苗行業(yè)受益。例如，高通量工藝開發(fā)和分析工具的可用性加速了疫苗工藝開發(fā)，并有助于縮短工藝開發(fā)周期時(shí)間，從而加快概念的臨床驗(yàn)證并縮短上市時(shí)間。將一次性技術(shù)引入生物工藝簡(jiǎn)化了新生產(chǎn)線和設(shè)施的建立，增加了疫苗工藝開發(fā)和生產(chǎn)的靈活性。連續(xù)生產(chǎn)在疫苗生產(chǎn)中的新興概念和應(yīng)用將進(jìn)一步有助于降低商品成本和資本支出，同時(shí)由于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行而確保產(chǎn)品質(zhì)量始終如一。
之前曾報(bào)道過使用高通量液體處理系統(tǒng)進(jìn)行純化開發(fā)可顯著節(jié)省時(shí)間。結(jié)果表明，雖然在傳統(tǒng)方法下完成 24 種填料篩選研究需要大約兩個(gè)月的時(shí)間，但使用高通量液體處理系統(tǒng)僅需八天。此外，一次性技術(shù)的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，例如與傳統(tǒng)的硬管道設(shè)施相比，資本成本降低了高達(dá) 40%，同時(shí)，通過縮短進(jìn)入臨床的時(shí)間而節(jié)省資金。
實(shí)施最先進(jìn)的分析工具，以支持疫苗開發(fā)
新疫苗的開發(fā)高度依賴于其設(shè)計(jì)和評(píng)估分析方法的可用性。如表 2 所示，過去三十年分析技術(shù)取得的重大進(jìn)步，改進(jìn)了疫苗開發(fā)的測(cè)試范式，同時(shí)也支持現(xiàn)有的疫苗生產(chǎn)和質(zhì)量控制。
表 2：疫苗開發(fā)中使用的先進(jìn)分析方法總結(jié)。
mRNA 提供新疫苗的潛力
世界上第一個(gè)基于 mRNA 的 COVID-19 疫苗的迅速交付使 mRNA 技術(shù)的前景成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 如表 3 所示，與傳統(tǒng)疫苗不同，基于 mRNA 的疫苗（例如輝瑞和 Moderna COVID-19 疫苗）為人類細(xì)胞提供了制造觸發(fā)免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)的藍(lán)本。mRNA 的生產(chǎn)與序列無關(guān)，這使其對(duì)不同的病原體具有高度適應(yīng)性。
表 3：傳統(tǒng)疫苗與基于 mRNA 的疫苗的比較
與傳統(tǒng)疫苗相比，mRNA 最重要的優(yōu)勢(shì)之一是其生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，且與序列無關(guān)，從上游工藝（包括 mRNA 的酶促生成）和下游工藝（包括純化 mRNA 產(chǎn)品所需的多單元操作）到脂質(zhì)納米顆粒 (LNP) 制劑和灌裝/完成步驟。
由于缺乏成熟且具有成本效益的工藝，下游工藝以及灌裝/完成仍然是 mRNA 疫苗生產(chǎn)的主要瓶頸。盡管行業(yè)在努力開發(fā)獲得高純度產(chǎn)品的方法，但大多數(shù)方法都與傳統(tǒng)的沉淀或核酸酶消化技術(shù)相結(jié)合。此外，大多數(shù)方法都不具有成本效益。具有成本效益的替代技術(shù)，例如單程切向流過濾 (SPTFF) 或水性兩相系統(tǒng) (ATPS)，可以在連續(xù)模式下應(yīng)用，可能會(huì)縮短工藝時(shí)間，提高生產(chǎn)靈活性，同時(shí)降低成本，并保持質(zhì)量。此外，新的層析操作模式，例如復(fù)合模式層析，可以克服對(duì)多個(gè) mRNA 純化步驟的需求。
結(jié)論
多年來，純化技術(shù)取得了重大進(jìn)展，推動(dòng)了更高產(chǎn)量和更高質(zhì)量的產(chǎn)品。然而，疫苗和生物行業(yè)仍然面臨著降低成本、提高質(zhì)量和產(chǎn)量以及提供解決方案、以滿足未滿足的醫(yī)療需求的壓力。本文展示了疫苗純化方法創(chuàng)新的好處及其影響。這項(xiàng)工作將需要繼續(xù)強(qiáng)化整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程，特別是下游純化以及引入 mRNA 等新方法引起的復(fù)興。
