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微生物发酵工艺在生物制药中的应用与优化研究
摘要:在生物制药过程中,使用的原料和材料会影响产品最终的质量、安全性和有效性。良好的物料质量可以确保生物制药产品的一致性和稳定性。而质量较差的原料可能会对产品的纯度和效力产生负面影响。为了确保生物制药产品的高质量,制药公司需要采取严格的质量控制措施来检查和验证原料的质量。因此文章对生物制药中物料质量的控制要点展开分析,并提出相应的策略,以期为相关制药工作提供学术参考和帮助。
关键词:微生物发酵工艺;生物制药中的应用;优化
引言
生物制药是利用活体组织、细胞或微生物合成药物的过程。常见的生物制药物料包括细胞培养基和培养细胞、基因表达载体、发酵剂和营养品、纯化材料等。在制药过程中,某些生物制药物料可能在特定环境条件下失去活性,或者在储存和运输过程中出现降解,又或者使用的细胞和微生物存在一定的被污染的风险,因此需要采取适当的控制措施,以防止因物料的质量问题对产品质量造成影响。因此探析物料质量的控制要点,并制定合理的策略,是确保制药工作稳定推进的首要工作。
1我国生物制药技术发展意义
相对来说,我国生物制药技术的发展起步较晚,直到 20 世纪70 年代初才开始将 D N A 重组技术应用到医学上,模仿多于创新,生物技术产品的销售额约 40%来自仿制药。我国生物医药技术当前很大一部分还停留在科研方面,并没有有效地转换为生产力。但我国生物制药发展速度却非常迅猛,经过多年的发展和市场竞争,我国生物技术、人才、资金密集的区域,已逐步形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。这些产业集群使得生物制药整体产业链得到优化,在生产效率方面得到大幅提升。国产基因工程药物的不断开发生产和上市,打破了国外生物制品长期垄断中国临床用药的局面。目前,国产干扰素 α 的销售市场占有率已经超过了进口产品。
2生物制药中物料质量的控制要点
2.1物料污染的控制
在生物制药工厂中,不同批次或不同产品的物料可能共用一些设备、管道和工作区域。如果不充分清洁这些共用设施,有可能发生交叉污染,导致微生物、细菌、病毒或其他有害物质传播到其他批次的产品中。同时,生物制药过程中使用的原料可能暴露在空气、水和土壤等自然环境中,这些环境中存在着大量的微生物和细菌。如果没有适当的控制措施,这些微生物和细菌可能进入物料中并导致污染。微生物、细菌、病毒或其他有害物质的污染可能会引入附加的蛋白质、核酸或其他杂质,导致产品的纯度降低。如果这些有害物质存在于制药产品中,可能会对使用者的健康产生不良影响,甚至造成严重的副作用。为了确保物料的质量和安全性,相关企业需要建立监测和检测系统,定期对设备、物料和产品进行检查,以确保其符合规定的质量标准。
2.2物料不纯的控制
从生物源获取原料时可能会夹带其他生物产物,例如细胞培养基中的细胞碎片、细胞分泌物等;部分杂质可能会在制药过程中形成,比如在高温或高压条件下,蛋白质可能发生变性或聚集,导致杂质产生。这些原料中的杂质会随着物料进入制药过程,并且在后续步骤中难以完全去除。不相干的杂质会导致产品的纯度下降。这些杂质可能与目标蛋白质竞争结合位点,降低目标蛋白质的提取和纯化效率,从而降低产品的纯度。某些杂质可能与目标蛋白质发生非特异性相互作用,改变其构象或功能,最终可能导致产品在治疗或应用过程中失去预期效果,甚至引起不良反应。
2.3物料变异问题
不同个体或品系的动物在遗传水平上存在差异。这些差异可能包括基因型、表达水平、代谢能力等方面。因此在细胞培养过程中,细胞系可能发生突变,导致基因组变异。这些突变可能由自然选择、污染或处理条件等因素引起,例如外部环境和处理条件(如温度、pH、营养物质等)的变化可能对细胞或动物的基因表达产生影响,从而导致其一致性难以保证。生物制药依赖高度一致的生产过程来获得稳定的产品质量。如果原料中的细胞或动物存在变异,例如细胞系的突变或动物个体间的遗传差异,就可能导致生产过程中的一致性难以保证。不一致的原料可能会导致批次间的差异,使产品无法满足质量标准和规范的要求。
3制药技术在生物制剂生产中的应用
3.1生物酶催化技术
制药工艺技术给人们带来健康保障的同时,也给人们带来了一定困扰。比如,生物制剂在生产过程中产生的废水和日常生活中的废水有很大的不同,前者含有更多的盐分以及有害物质。随着制药技术的不断发展,废水已成为生物制剂的主要污染来源。制药废水的处理存在着一定困难,而目前已有的生物制剂废水处理方法的作用效果还不够理想。因此,该催化技术已经成为目前国际生物制药技术发展的重要方向。由于该技术是一种生物制剂的优化创新工艺技术,主要作用原理是通过利用生物酶的制药技术,将制药过程中所产生的污染物进行化学处理,使其中的大分子物质得以有效降解,从而改善制药废水的处理效果。除生物酶催化法以外,还可以采用微生物降解法处理废水。但是与微生物法相比,生物酶催化法具有反应设备简单、降解速率快、可循环使用等优点。
3.2细胞工程技术
在生物制药过程中,细胞工程技术起着至关重要的作用。在生物制药领域的应用可以分为上游工艺工程和下游工艺工程,由于动物、植物与人体均为真核细胞构成的生命体,因此该技术不仅能够生产大量的天然稀有药物,同时药品更具高效性。此外,细胞工程技术不仅可以用来生产常见的基因工程药品,例如:重组蛋白、单克隆抗体、基因治疗等,还可以应用于基因编辑和免疫细胞治疗等前沿领域。细胞工程技术在生物制药领域中的应用多样且广泛,能够保障生物制药的安全、效果以及质量。
3.3基因工程技术
随着生物制剂的制药技术和基因技术的进步与发展,使得活性因子能够有效实现。研究证实在基因工程中应用生物制药技术之后,微生物繁殖速度明显提升,根据微生物的特点,利用基因工程方法,能够在动物的体内提取到胰岛素,并采用体外合成的方式,将基因移植到微生物的体细胞内,最终能够合成大量的胰岛素。基因工程技术是一种利用基因工程手段,对生物体进行基因重组以获得多种合成蛋白,并生成大量具有活性物质的蛋白质,如细胞因子、抗体和酶等,从而在生物制剂领域获得广泛应用。该技术已经逐渐取代传统的制剂工艺技术,使生物制剂的生产效率、质量以及成本均得到有效提升。因此,在生物制剂领域,基因重组技术是一项关键核心技术。
3.4微生物培养技术
微生物培养技术是生物制剂生产领域的又一新兴技术,目前已广泛用于医药企业生产领域,该技术原理是将工程菌株、酵母以及真菌等微生物应用于生物制剂的合成,可以极大程度上降低生产成本,同时提高生物制剂的生产效率和质量。除此之外,利用微生物培养技术还可以将培养细菌或真菌等应用于生物制剂领域,以此有效地提高生物制药企业的生产效率和经济效益。
结语
综上所述,在生物制药中,物料污染、不纯、变异是常见的质量问题,也是质量控制的要点。制药企业在控制策略上要尽可能采取多种方法并行,如物料检测要引入 PCR 方法,杂质清除要采用酶处理、碱性水解、超滤等方法,预防变异要根据生理特征及时进行基因组测序,以此保证质量控制的有效性,缩小物料污染、不纯和变异等质量问题的发生概率,避免因物料质量问题影响产品效果,对患者机体造成损害。
参考文献
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[2] 王宏伟. 生物制药行业中磁力搅拌装置的特点[J]. 流程工业, 2023(6): 52-55.