單克隆抗體（mAb）是現(xiàn)代生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)品，但其復(fù)雜的下游純化工藝始終是制約產(chǎn)能提升、壓縮生產(chǎn)成本的核心瓶頸，純化環(huán)節(jié)成本可占據(jù)整體制造成本的60%-80%。行業(yè)主流的傳統(tǒng)平臺工藝高度依賴Protein A親和層析技術(shù)，不僅專用樹脂采購成本高昂，還存在緩沖液消耗量極大（最高可達(dá)25000 L/kg mAb）、工藝連續(xù)性差、設(shè)備利用率低等諸多行業(yè)痛點，難以適配規(guī)?；?、低成本的現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。

針對上述行業(yè)難題，賓夕法尼亞州立大學(xué)聯(lián)合武田制藥的科研團(tuán)隊，在國際頂級期刊《Biotechnology and Bioengineering》發(fā)布2025年最新突破性研究成果。研究首次實現(xiàn)單程切向流過濾（SPTFF）與高性能逆流膜純化（HPCMP）的工藝集成，構(gòu)建了澄清細(xì)胞培養(yǎng)液（CCF）一體化預(yù)處理新體系，可實現(xiàn)20倍物料高倍濃縮、60%宿主細(xì)胞蛋白（HCP）去除率、30倍DNA雜質(zhì)清除效果，同時維持94%的抗體工藝總收率。該集成工藝緩沖液消耗量僅為76 L/kg mAb，相較傳統(tǒng)工藝降幅達(dá)99.7%，為低成本、全連續(xù)化的單克隆抗體智能制造平臺搭建提供了核心技術(shù)支撐。

一、技術(shù)原理：1+1>2 的集成膜工藝

單一膜工藝存在明顯技術(shù)短板：SPTFF技術(shù)可高效完成CCF物料預(yù)濃縮，但幾乎不具備HCP雜質(zhì)去除能力；HPCMP技術(shù)可精準(zhǔn)去除HCP并完成緩沖液置換，但低濃度進(jìn)料工況下緩沖液損耗極高、經(jīng)濟(jì)性極差。本研究創(chuàng)新串聯(lián)兩大核心膜工藝，搭建“先濃縮提質(zhì)、后純化置換”的一體化連續(xù)生產(chǎn)流程，補(bǔ)齊單一工藝的技術(shù)短板：

圖1 集成 SPTFF 和 HPCMP 工藝示意圖

• 第一階段：SPTFF物料高倍濃縮：采用低成本商用中空纖維膜組件，通過單程連續(xù)過濾模式將CCF物料穩(wěn)定濃縮20倍，大幅縮減后續(xù)純化工藝的處理體積，從源頭降低設(shè)備負(fù)荷與試劑消耗

• 第二階段：HPCMP精準(zhǔn)純化置換：針對濃縮后高濃度抗體料液開展逆流膜純化處理，同步實現(xiàn)HCP、DNA關(guān)鍵雜質(zhì)去除與緩沖液體系置換，處理后的成品料液可直接對接下游精制、制劑工序

整套工藝全程采用一次性膜組件，無需中間儲罐緩存、無需頻繁停機(jī)清洗再生，工藝流程簡潔、連續(xù)性強(qiáng)，完全適配生物制藥連續(xù)化、智能化的工業(yè)生產(chǎn)需求。

二、核心突破 1：SPTFF 實現(xiàn) 20 倍穩(wěn)定濃縮，遠(yuǎn)超行業(yè)水平

研究選用Baxter Revaclear 400中空纖維膜（30 kDa截留分子量），通過通量階梯法系統(tǒng)性探究工藝臨界參數(shù)，篩選出適配長期穩(wěn)定生產(chǎn)的最優(yōu)運(yùn)行條件：

圖2 SPTFF 通量階梯實驗結(jié)果

實驗數(shù)據(jù)表明，在60 mL/min標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料流速下，工藝可穩(wěn)定耐受26倍濃縮工況，全程跨膜壓（TMP）平穩(wěn)無波動，無明顯膜污染現(xiàn)象；當(dāng)濃縮倍數(shù)提升至40倍時，跨膜壓以6 kPa/h的速率持續(xù)上升，膜污染問題凸顯，無法適配長期連續(xù)生產(chǎn)?；诠に嚪€(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性綜合考量，研究最終確定20倍濃縮倍數(shù)作為工業(yè)化最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，并開展24 h長效穩(wěn)定性驗證實驗：

圖3 SPTFF 24 小時連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性

• 長效運(yùn)行穩(wěn)定：24 h連續(xù)過濾過程中，跨膜壓穩(wěn)定維持在26 kPa，軸向壓降僅0.8 kPa，膜組件無結(jié)垢、堵塞等污染問題

• 抗體收率優(yōu)異：mAb工藝收率達(dá)100±1%，透過液中抗體殘留量低于檢測下限（<0.01 g/L），無有效產(chǎn)物損耗

• 濃縮能力行業(yè)領(lǐng)先：出料抗體濃度穩(wěn)定在56±0.5 g/L，是目前行業(yè)公開最高濃縮水平（<10 g/L）的5倍以上，大幅突破傳統(tǒng)工藝濃縮瓶頸

• 產(chǎn)品純度可控：處理后料液無新增抗體聚集體，高分子量雜質(zhì)占比＜5%，與原始CCF物料純度水平一致

單支1.8 m2膜組件可實現(xiàn)24 h連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，累計處理90 L澄清細(xì)胞培養(yǎng)液，對應(yīng)產(chǎn)出0.25 kg單克隆抗體，全程無需停機(jī)清洗、膜組件再生及其他輔助操作，工業(yè)化適配性極強(qiáng)。

三、核心突破 2：HPCMP 同步實現(xiàn)純化與緩沖液置換

針對SPTFF產(chǎn)出的20倍高濃縮料液（mAb濃度56 g/L、HCP基數(shù)105000 ppm），研究采用3M中空纖維純化膜（50 kDa截留分子量）開展HPCMP深度純化實驗，設(shè)定透析液與進(jìn)料流速比為4:1的最優(yōu)工藝配比，完成36 h連續(xù)生產(chǎn)驗證：

圖4 HPCMP 36 小時連續(xù)運(yùn)行性能

• 高產(chǎn)物收率：mAb工藝收率穩(wěn)定在94±3%，少量產(chǎn)物損耗僅來源于工藝正常的擴(kuò)散透析，無大規(guī)模產(chǎn)物損失

• 高效HCP去除：工藝初期HCP去除率達(dá)60%，料液HCP含量由105000 ppm降至44000 ppm；連續(xù)運(yùn)行36 h后，仍可維持55%的穩(wěn)定去除效果

• 強(qiáng)效DNA清除：可實現(xiàn)DNA雜質(zhì)30倍高效去除，DNA含量由10000000 ppb降至300000 ppb，大幅降低工藝雜質(zhì)風(fēng)險

• 工藝穩(wěn)定性良好：36 h連續(xù)運(yùn)行全程進(jìn)料側(cè)壓降＜0.1 kPa，僅運(yùn)行后期因濃縮料液中DNA微量吸附膜表面，輕微降低HCP純化效率，整體工藝穩(wěn)定性可控

除雜質(zhì)純化功能外，HPCMP工藝兼具高效緩沖液置換能力，可一步完成料液體系優(yōu)化，簡化下游工藝流程：

圖5 HPCMP 緩沖液置換效率

研究采用1355 Da維生素B??作為模型溶質(zhì)開展置換效率驗證，36 h連續(xù)運(yùn)行過程中，成品料液內(nèi)標(biāo)志物濃度穩(wěn)定在1.1±0.1 g/L，實現(xiàn)99%以上的緩沖液置換率。該工藝可直接將原始CCF的緩沖體系精準(zhǔn)調(diào)整為下游工序所需的pH、電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)，省去傳統(tǒng)工藝獨立透析置換步驟，大幅精簡生產(chǎn)流程。

四、集成工藝整體性能與經(jīng)濟(jì)性分析

研究通過尺寸排阻色譜（SEC）、SDS-PAGE凝膠電泳兩大核心檢測手段，全方位驗證SPTFF-HPCMP集成工藝的純化提質(zhì)效果：

圖6 各步驟樣品 SEC 色譜圖

SEC檢測結(jié)果顯示，集成工藝可完全去除分子量＜10 kDa的培養(yǎng)基小分子雜質(zhì)，同時有效去除約60%的宿主細(xì)胞蛋白；SDS-PAGE電泳結(jié)果進(jìn)一步佐證，體系中分子量＜25 kDa的小分子HCP雜質(zhì)可被高效清除，純化提質(zhì)效果顯著：

圖7 各步驟樣品 SDS-PAGE 分析

集成工藝的整體性能總結(jié)如下：

表1 集成工藝各步驟關(guān)鍵參數(shù)

核心工藝指標(biāo)匯總：總抗體收率94±3%、整體物料濃縮倍數(shù)18.8倍、小分子雜質(zhì)清除率＞99%，兼顧高收率、高濃縮、高純化三重優(yōu)勢

研究以行業(yè)主流500 L灌流生物反應(yīng)器（日單次體積置換、抗體滴度2.8 g/L）為模型，開展工業(yè)化工藝參數(shù)模擬測算，驗證規(guī)?；a(chǎn)可行性：

表2 工業(yè)化規(guī)模工藝設(shè)計參數(shù)

該工藝最核心的工業(yè)化優(yōu)勢為極致降本：緩沖液單耗僅76 L/kg mAb，相較傳統(tǒng)工藝25000 L/kg mAb的消耗標(biāo)準(zhǔn)，降幅高達(dá)99.7%，可極大削減試劑采購、廢液處理成本，同時縮小工廠生產(chǎn)占地。同時，整套膜工藝耗材成本低于0.02 $/g mAb，相較于傳統(tǒng)Protein A樹脂（成本＞1 $/g mAb），耗材成本實現(xiàn)數(shù)量級下降，工業(yè)化經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢突出。

五、工業(yè)應(yīng)用前景與未來展望

本次開發(fā)的SPTFF-HPCMP集成工藝，突破了傳統(tǒng)抗體純化工藝的技術(shù)局限，為mAb下游工藝強(qiáng)化、連續(xù)化生產(chǎn)落地提供了全新解決方案，核心工業(yè)化優(yōu)勢集中體現(xiàn)在四大維度：

1.極致的成本降低：緩沖液消耗減少 99.7%，膜成本極低

2.全連續(xù)化操作：無需中間儲罐，可直接對接灌流生物反應(yīng)器

3.靈活的工藝適配性：可與沉淀、結(jié)晶、流穿層析等多種下游技術(shù)無縫集成

4.快速的工藝開發(fā)：基于平臺化膜組件，可快速轉(zhuǎn)移至不同 mAb 產(chǎn)品

該集成工藝可完美適配無Protein A親和層析的新型純化平臺，是新一代低成本抗體生產(chǎn)工藝的核心前置預(yù)處理模塊?，F(xiàn)有研究證實，結(jié)合抗體沉淀、兩步流穿層析的無親和純化工藝，可達(dá)到與傳統(tǒng)平臺一致的產(chǎn)品純度標(biāo)準(zhǔn)，而SPTFF-HPCMP工藝提供的高濃度、低雜質(zhì)進(jìn)料體系，可進(jìn)一步提升沉淀、層析工序的純化效率與生產(chǎn)穩(wěn)定性，全方位優(yōu)化整體工藝經(jīng)濟(jì)性。

基于本次研究成果，團(tuán)隊明確后續(xù)優(yōu)化與產(chǎn)業(yè)化研究方向，持續(xù)完善工藝體系：

• 延長膜組件運(yùn)行時間至 7 天以上，開發(fā)有效的膜清洗方案

• 實現(xiàn)與灌流生物反應(yīng)器的直接集成，構(gòu)建端到端連續(xù)生產(chǎn)平臺

• 評估不同 mAb 分子的工藝適用性，建立平臺化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

• 結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)分析，優(yōu)化 HPCMP 對特定 HCP 的去除效果

本項2025年創(chuàng)新研究，是膜分離技術(shù)在生物制藥工藝強(qiáng)化領(lǐng)域的里程碑成果。通過創(chuàng)新耦合SPTFF高倍濃縮與HPCMP純化置換兩大技術(shù)，破解了單一膜工藝的應(yīng)用短板，實現(xiàn)了抗體生產(chǎn)緩沖液消耗的顛覆性下降。在生物制藥連續(xù)化、低成本化的行業(yè)發(fā)展大趨勢下，這套高效、低成本、易放大的集成膜工藝，有望重塑單克隆抗體生產(chǎn)工藝格局，推動高端生物藥降本增效、普及可及，為行業(yè)產(chǎn)業(yè)化升級提供重要技術(shù)支撐。

識別微信二維碼，添加生物制品圈小編，符合條件者即可加入

生物制品微信群！

請注明：姓名+研究方向！

本公眾號所有轉(zhuǎn)載文章系出于傳遞更多信息之目的，且明確注明來源和作者，不希望被轉(zhuǎn)載的媒體或個人可與我們聯(lián)系(cbplib@163.com)，我們將立即進(jìn)行刪除處理。所有文章僅代表作者觀不本站。