《Bioengineering & Translational Medicine》：Current GMP standards for the large-scale production of monoclonal antibodies
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本综述系统阐述了单克隆抗体（mAbs）大规模生产所需遵循的良好生产规范（GMP）标准。文章不仅回顾了从细胞系筛选、培养策略、抗体纯化到制剂与质量控制的完整流程，还探讨了新兴技术在提升生产效率和安全性方面的潜力，并指出了当前面临的生产批次间差异和高成本等挑战。对于从事生物制药研发、生产与质控的专业人士而言，这是一份极具价值的参考资料。
单克隆抗体及其治疗应用
单克隆抗体（mAbs）是由单一B细胞克隆产生的、针对特定抗原的均一性抗体，已成为治疗癌症、自身免疫病、感染性疾病、神经系统及胃肠道疾病等多种疾病的强大工具。其靶向特性、高特异性及多样的作用机制，使其在现代医学中占据了举足轻重的地位。
在癌症治疗领域，mAbs通过多种机制发挥作用。例如，抗体偶联药物（ADCs）如靶向滋养层细胞表面抗原2（Trop-2）的Sacituzumab govitecan，能将细胞毒性药物精准递送至肿瘤细胞。免疫检查点抑制剂（ICIs）如靶向程序性死亡受体-1（PD-1）的纳武利尤单抗和靶向程序性死亡配体1（PD-L1）的阿替利珠单抗，则能解除肿瘤对免疫系统的抑制，恢复T细胞抗肿瘤活性。此外，靶向CD20的利妥昔单抗用于治疗B细胞恶性肿瘤，靶向HER2的曲妥珠单抗用于治疗HER2阳性乳腺癌和胃癌，都是成功的范例。
在自身免疫性疾病中，mAbs提供了比传统免疫抑制剂更具靶向性的治疗选择。例如，萨特利珠单抗（抗IL-6受体）用于治疗重症肌无力（gMG），利妥昔单抗（抗CD20）用于类风湿关节炎、多发性硬化症（MS）和系统性红斑狼疮（SLE），而替利珠单抗（抗CD3）在延缓1型糖尿病（T1D）发病方面显示出潜力。
在感染性疾病方面，mAbs作为抗病毒和抗菌免疫疗法崭露头角。例如，eculizumab（抗补体C5）用于治疗非典型溶血性尿毒症综合征（aHUS）和重症COVID-19。针对人呼吸道合胞病毒（hRSV）的帕利珠单抗和尼塞维单抗（具有更长的半衰期）可用于高危人群的免疫预防。
在神经系统疾病中，靶向降钙素基因相关肽（CGRP）的mAbs如erenumab和galcanezumab能有效减少偏头痛的发作频率和严重程度。靶向新生儿Fc受体（FcRn）的efgartigimod和rozanolixizumab可加速致病性自身抗体的清除，用于治疗重症肌无力（MG）。抗CD20单抗如ocrelizumab和ofatumumab则用于治疗多发性硬化症（MS）。
在胃肠道疾病，特别是炎症性肠病（IBD）中，抗肿瘤坏死因子α（抗-TNF-α）单抗如英夫利西单抗和阿达木单抗，以及靶向IL-23p19亚基的guselkumab和risankizumab，还有选择性抑制肠道归巢淋巴细胞迁移的vedolizumab（抗-α4β7整合素），都是重要的治疗手段。
此外，mAbs的应用正不断扩展到眼科疾病（如抗VEGF治疗年龄相关性黄斑变性）、代谢心血管疾病（如抗PCSK9治疗高胆固醇血症）等新领域。生物类似物作为原研mAb专利到期后的替代产品，在保持疗效和安全性的同时降低了治疗成本，其开发和生产也需遵循严格的监管标准。
遵循GMP标准的mAbs生产
单克隆抗体的大规模生产是一个复杂的过程，必须严格遵循良好生产规范（GMP）以确保其质量、安全性和有效性。生产过程主要包括研发、细胞库建立、大规模培养、纯化、制剂和质量控制。
单克隆抗体的研发有多种方法。经典的杂交瘤技术通过融合免疫小鼠的B细胞和骨髓瘤细胞，产生能持续分泌特异性抗体的杂交瘤细胞系。而噬菌体展示技术则能在不进行动物免疫的情况下，从大型抗体库中筛选出高亲和力的人源化抗体片段。新世代方法如利用禽类B细胞（DT40）的自主多样化文库（ADLib）系统，以及源于骆驼科动物的仅由重链可变区构成的纳米抗体，为快速生成特异性抗体提供了新途径。
获得能稳定生产目标抗体的细胞克隆后，需建立主细胞库（MCB） 和工作细胞库（WCB）。这是确保生产批次间一致性和长期稳定供应的基础。监管指南要求对细胞库进行全面鉴定，包括无菌性、支原体、外源病毒、细胞身份、遗传稳定性和生产力测试，并提供单克隆性的证据。
大规模生产通常使用中国仓鼠卵巢（CHO）细胞、人胚肾（HEK293）细胞或小鼠骨髓瘤（NS0）细胞等哺乳动物细胞系。通过基因工程将抗体基因导入细胞，并利用选择标记（如二氢叶酸还原酶DHFR、谷氨酰胺合成酶GS）筛选出高表达克隆。生产规模从摇瓶逐步放大到生物反应器。培养策略可分为批次培养、流加培养和灌流培养。灌流培养能维持高细胞密度，实现抗体连续生产，并控制乳酸、铵等有害代谢副产物的积累。整个培养过程中，温度、pH、溶氧（DO）、搅拌速率、营养成分等关键工艺参数（CPPs） 需要被持续监控和调整。
培养结束后，收获的细胞培养液需要进行下游纯化。蛋白A亲和层析是最常用的捕获步骤，能特异性结合抗体的Fc区域。随后通过离子交换层析、疏水相互作用层析（HIC）和分子排阻层析（凝胶过滤层析，GFC）等多步层析去除宿主细胞蛋白、DNA、病毒和抗体聚集体等杂质。超滤/渗滤步骤用于浓缩抗体并置换到制剂缓冲液中。
纯化后的抗体需要进行制剂，通过添加糖类、氨基酸、表面活性剂等辅料来防止抗体聚集和变性，确保其在储存和运输过程中的稳定性。最终产品可以液态（2–8°C）、冷冻或冻干形式保存。
GMP的核心要素包括建立稳健的制药质量体系（PQS），对人员进行全面培训，确保设施设备（如HVAC系统）符合设计要求并经过充分验证，以及建立完整的文件记录系统以实现全程可追溯性。质量源于设计（QbD）理念被应用于工艺开发，通过理解关键物料属性（CMAs）和关键工艺参数（CPPs）对关键质量属性（CQAs）的影响，来建立可靠的生产工艺。
验证与追溯系统
工艺验证是GMP合规的基石，旨在证明生产工艺能够持续稳定地生产出符合预定标准的产品。这包括设备验证（如生物反应器、层析系统）、清洁验证、分析方法验证以及病毒清除验证。培养基模拟灌装试验是验证无菌工艺的关键。
追溯系统对于确保产品质量和患者安全至关重要。一个强大的系统可以追踪原材料、设备、生产批次和所有操作记录。区块链等新兴技术与二维码（QR）、射频识别（RFID）、物联网（IoT）传感器结合，为构建防篡改、实时可追溯的供应链提供了新可能。所有数据记录必须遵循ALCOA原则，即可追溯、清晰、同步、原始、准确。
质量控制
最终产品必须通过一系列严格的分析测试来放行。这包括使用高效液相色谱（HPLC）检测纯度和聚集体，质谱测定分子量，表面等离子共振（SPR）分析抗原结合亲和力，以及生物活性测定等。还需要进行无菌、内毒素、宿主细胞DNA和蛋白质残留等安全性检测。整个生产过程中的环境监控（如颗粒和微生物水平）也是质量控制的重要部分。
总结与展望
尽管在生物工艺和监管框架方面取得了显著进展，但单克隆抗体的大规模生产仍面临批次间差异、高生产成本以及需要不断适应新法规等挑战。整合创新方法（如连续生产工艺、人工智能驱动的过程控制、新型表达系统）与不断演进的法规，将有助于优化单克隆抗体的生产，确保其全球可及性，并最终为更多患者带来安全有效的治疗选择。
