细胞治疗生产的当前挑战
将基于细胞的产品放行并及时送到诊所、以治疗患者的后勤工作可能具有挑战性，产量和可放大性在满足临床预测方面也可能存在问题。了解并仔细评估在开发早期向市场提供细胞疗法的潜在瓶颈，对于开发可行的产品生命周期至关重要。细胞治疗领域正在研究不同的细胞类型，这些细胞可能更脆弱，并且不适合许多当前生物制药在其生产过程中使用的现成解决方案。我们如何进行扩展，以供应 1,000、10,000 或更多受试者，并确保我们仍然拥有可比的产品？必须开发定义明确的工艺和特征良好的产品，并避免效力的任何变化。此外，例如，当细胞产物已从多能干细胞分化为新的细胞类型时，必须在放大过程中保持细胞的特性和纯度。
材料通常也是生物生产中的一个挑战。在当今世界，拥有单一来源或定制材料会增加流程和业务的风险。随着 COVID-19 大流行引起的供应链问题的增加，有必要建立质量协议，以及使二级供应商多样化和安全。与材料供应商合作变得越来越重要，尤其是在临床开发的不同阶段。此外，确保供应商能够处理您的预测和时间表也很关键。在寻找 GMP 级材料或人源和/或动物源材料的替代品时，用于细胞治疗产品的材料质量也可能是一个挑战。在将组件引入生产过程并建议制定升级关键材料的计划时，材料风险评估是必不可少的。最后，培养基和生长因子的价格对商品成本有显著影响，与供应商或合同生产组织合作，以降低这些成本是帮助患者更好地负担得起和获得这些疗法的关键。
细胞治疗生产中的其它挑战包括，对于一些新产品，很难找到具有合适专业知识的合同开发和生产组织 (CDMO)，无论是在工艺方面还是在分析方面。此外，许多这些治疗需要大量细胞。如果可以提高细胞效力 - 例如，通过基因编辑和定向分化 - 这反过来将减少每剂所需的细胞数量，减轻放大要求，并可能降低每剂成本。此外，后期生产程序会影响产品对于患者的可及性。产品存储、产品保质期、分发、物流和合规性等多个领域的关键决策可以对产品的生命周期做出积极贡献。
自动化的局限性
在 ViaCyte，胰腺内胚层细胞的生产是一个约 30 天的过程，其中培养的时间和复杂性导致显著的无菌风险。在细胞疗法生产中，通过工艺验证、操作员培训和环境监测等方式管理无菌风险，并转向封闭且可能自动化的工艺过程是未来的最佳方向。
在自动化方面，细胞治疗领域的工艺开发挑战之一是利用现成的技术，而不是为了放大工艺而修改设备。通常，细胞疗法的生产方法是新颖的，且是定制的；我们如何获得这些细胞疗法的现成和/或自动化流程？在大多数情况下，该行业仍在就如何与技术提供商合作开发自动化所需的机器人技术进行调整，因此这个问题仍有待回答。随着该领域的发展，希望在早期开发中可以利用标准化设备，并且会从定制转向通用型的平台。目前，为了满足对定制解决方案的需求，工艺开发工程师与细胞治疗领域的合作者密切合作 - 幸运的是，有一些很棒的合作者：Invetech、PBS Biotech、Cytiva、Pall、Millipore Sigma、Thermo Fisher 等。随着细胞治疗领域的发展，生物工艺行业越来越意识到合作伙伴关系的重要性。然而，即使通过协作，也必须认识到开发新的或定制的设备和工艺需要时间 - 因此，在开发过程中尽早开始扩大规模以及踏上自动化的道路至关重要。
提高产量的局限性
ViaCyte以及该领域的其它公司面临的挑战之一是使用细胞团块或球体，甚至类器官，而不是单细胞悬浮液（图 1)。由于这些多细胞体的物理特性，冷冻保存通常不是很有效，需要优化才能获得可行的解冻后高产量。
冷冻保存对于这些多细胞产品来说可能是一个巨大的障碍，尽管有机会利用受控速率冷冻机并优化冷冻曲线，以获得更好的产量。正在开发新的低温保存介质并确定小分子以改进这一关键工艺步骤。或者，一些小组正在研究冷冻保存前多细胞球体的解离，以提高解冻后的产量。在某些情况下，这种方法甚至被证明有可能作为特定细胞群的阳性选择步骤。典型的冷冻防腐剂二甲基亚砜 (DMSO) 的毒性是该领域的另一个挑战。放大通常会带来更长的处理时间，这可能导致更长时间地暴露于 DMSO 毒性并降低产量。因此，表征这些关键工艺参数并确保可以在工艺能力的时间限制内进行生产非常重要。
除了低温保存，优化生物反应器中的培养参数也有助于提高产量。开发培养基配方，以确定丙酮酸、葡萄糖或氨基酸等营养素的最佳浓度，以及了解特定细胞类型的最佳培养基置换过程（例如补料分批或灌流）可以提高细胞产量。
降低商品成本
基于细胞的产品的很大一部分成本通常归因于培养基、添加物和一次性材料。在引入封闭系统和定制培养基时，小规模生产时，每剂的成本可能很高。然而，从长远来看，努力提高放大效率，同时通过“背靠背”生产，最大限度地提高设施和人员的生产率，最终将导致每剂成本的降低。对于许多细胞治疗公司而言，这些效率在3期或商业生产开始时才开始显现。
通过自动化可以使工艺更加稳健，同时降低商品成本。一次性材料通常非常昂贵，因此如果设施和能力可用，可以验证使用不锈钢和在位清洗来抵消成本。利用 CRO 可以提供降低间接成本的优势，尤其是当每年生产的批次很少时 - 例如，外包标准化分析。最后，一些培养基成分很昂贵 - 如果 IP 和/或专业知识允许，在内部生产这些生长因子或其它培养基添加物，或与供应商或合同生产组织 (CMO) 合作，可以节省成本。
分析开发的能力是一项关键的放大资产
投资于稳健的检测开发能力是结构良好的质量源于设计 (QbD) 战略的基石，用于在放大期间维持产品的可比性，包括效力。维持细胞产品的关键质量属性 (CQA)，或在生产过程中将物理、化学、生物或微生物特性控制在适度的限度内，可确保达到治疗效果所需的产品质量。控制影响细胞 CQA 的各种关键工艺参数 (CPP) 应该有助于稳定且一致地大规模生产治疗性干细胞衍生产品。建立可用于建立和常规测量这些 CCP/CQA 的一致、合格且可靠的测定方法，确保清楚地了解和维护影响产品性能的输入/输出参数。
缩短工艺和产品开发时间表的建议
快速开发的关键是保持质量和管理风险。
如今，监管机构拥有更多提供快速审查或加速批准的途径 - 突破性疗法认定等举措。然而，即使不遵循快速通道，与监管机构的密切合作仍然至关重要。召开新药研究前会议、以尽早开始对话很有用。之后，举行 C 类化学、生产和控制会议将确保您的战略保持一致，并可能降低成本和缩短上市时间。通过这些早期的监管对话，可以避免在提交生物许可证申请后被认为生产或控制策略不充分。
接触关键人员，包括高素质的科学家和工程师，也很重要。具有正确心态的人是关键，尤其是在细胞疗法中，您会希望人们创造性地突破界限。细胞治疗领域致力于为患者服务，这反过来又创造了一种充满活力的文化，并推动确定能够改善患者健康和生活质量的解决方案。拥有具有广泛专业知识和背景的各种人员也很有价值，可以提供多元化思维的好处。ViaCyte 在多样性、公平性和包容性 (DEI) 方面取得成功，确保团队不仅在专业经验方面而且在一般背景方面都具有多样性。这有助于团队最终产生更强大的细胞疗法开发方法。此外，以目标为导向并在部门之间进行跨职能协作（而不是形成孤岛）对于支持效率和生产力至关重要。
同样，与供应商密切合作是关键，与关键意见领袖的密切接触也是如此。技术布局是选择最佳开发和扩展平台的核心。找出是否有现成的解决方案或方法来尽量减少建立细胞生产过程所需的“零件”。在心态方面，请记住，早期的战略投资将通过延长产品的生命周期并在以后得到回报。
行动要点
新型细胞疗法需要创新。在整个治疗产品开发过程中，无论是过程自动化还是提高产量，这都是必不可少的。与供应商合作 - 无论是材料、设备、定制设备还是自动化 - 都是关键。更早地关注或投资开发工艺流程，及时完成步骤以满足关键的临床和监管时间表。
启动与 CMO/CDMO 的合作，双方共同努力，为高质量的细胞产品提供创造性和创新的解决方案。确定具有最大产品生命周期跑道的放大平台。尽可能简化；考虑放大过程是否可以利用一个生产平台。在早期工艺开发期间，应考虑产品生命周期和商品成本的每个相关方面，以提高效率并最终最大限度地提高为患者提供安全有效的细胞疗法的能力。
原文：K.Kemp, S.Rieck, Key considerations for early investment in the process development of cell-based therapeutics. Cell & Gene Therapy Insights 2022; 8(10), 1407–1412.
