生物制药中物料质量的控制要点及策略研究

许惠玲

福建基诺厚普生物科技有限公司，福建 莆田 351100

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 生物制药中物料质量的控制要点

1.1 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[1]。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。

1.2 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[2]。

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。

1.3 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[3]。

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。

2 生物制药中物料质量的控制策略

2.1 加强物料检测，完善源头控制

在生物制药过程中，为了确保原材料的质量和安全性，相关企业可以使用PCR 等技术检测原材料中微生物、细菌和病毒等生物体的存在及其感染状态。例如，在生物制药过程中使用一种细胞培养基为原材料，该培养基用于生产生物制品。为了确保培养基没有受到细菌污染，需要对其进行微生物检测[4]。首先，制药单位的管理人员需要从生产批次中取出一定量的培养基样品，将其转移到实验室条件下。其次，确保操作环境的洁净，并采取无菌措施以防止外源污染。其三，使用合适的DNA 提取方法从培养基样品中提取DNA。这一步骤可以通过商业化的DNA 提取试剂盒或其他标准的DNA 提取方法来完成。其四，确保提取的DNA 质量和纯度足够高，以保证后续PCR 反应的准确性和可靠性。其五，根据需检测的目标细菌选择适当的引物。引物应具有高度特异性，只能与目标细菌DNA 序列匹配。其六，将引物添加到PCR 反应体系中，加入提取的培养基DNA 作为模板，并按照PCR 反应条件进行循环反应，以扩增目标细菌DNA 序列。通常PCR 反应包括一系列的变性、退火和延伸步骤。在每个循环中，目标DNA 序列会指数级地扩增。最后，将PCR 扩增产物进行凝胶电泳分析。将扩增产物加载到琼脂糖凝胶上，并通过电流刺激使DNA 片段在凝胶中迁移。根据目标DNA 序列的大小，可以确定是否存在预期的扩增产物。如果PCR 反应出现了预期的扩增产物，说明培养基样品中存在目标细菌的DNA 序列，表明可能存在细菌感染。反之，如果没有观察到预期的扩增产物，则表明培养基样品中不存在目标细菌的DNA，即无感染。

除加强对物料的检测外，还要从源头减少污染的发生，制药单位需对操作员进行适当的培训，确保他们具备正确的操作技能和卫生意识。同时，要遵循相关法规和标准，如GMP（Good Manufacturing Practice）等，维持操作环境的洁净度和温湿度控制，使用空气过滤系统、无菌技术等来减少微生物污染，确保设备和工作区域的彻底清洁，并验证清洗和消毒程序的有效性。通过严格的控制措施和合规要求，可以降低污染源对生产过程和产品的不良影响。

2.2 组合清除技术，增强物料提纯

物料中残余的杂质可能会对药物的稳定性和有效性产生负面影响。为了清除这些残余物质，可采用酶处理、碱性水解、超滤等多种方法。酶处理涉及使用特定的核酸酶（如DNase 或RNase）来降解DNA或RNA，从而消除它们的影响。这些酶可以选择性地切割DNA 或RNA 链，使其失去功能。进行酶处理时，需要根据清除目的选择合适的核酸酶（如DNase或RNase）；根据酶的要求，在酶溶液中加入适当的缓冲液，以维持最适pH 和离子浓度；轻轻颠倒混合酶溶液，以确保酶的均匀分布，并将适量的酶溶液加入含有待处理的DNA 或RNA 的物料中，根据酶的操作要求在恰当的温度下孵育反应混合物，一般以37 ℃为宜。之后使用相应的方法停止酶反应，如加入抑制剂或改变反应条件，并通过凝胶电泳、荧光探针染色等来检测处理后的DNA 或RNA，以验证酶处理的效果。

碱性水解一般用于分解DNA 或RNA 较小的碱基残基。进行碱性水解需要使用氢氧化钠（NaOH）和磷酸缓冲液等，根据所需反应体系的比例，将适量的碱性试剂加入含有待处理的DNA 或RNA 的样品中，轻轻摇动反应混合物，以确保碱性试剂与DNA或RNA 充分接触，在适当的温度下，孵育反应混合物一段时间，在室温下通常孵育约10～30 min。在反应结束后，添加足够量的磷酸缓冲液以中和碱性试剂的影响。这有助于防止进一步分解或损伤物料。

超滤一般用于清除物料中的细胞碎片和蛋白质聚集体。进行超滤时要选择合适的膜型和孔径大小，根据需要的分子质量截留范围进行选择，同时准备将其用于连接超滤器与收集装置或系统以及收集容器，将超滤器装置与样品处理系统连接，确保连接紧固并无泄漏[5]。将含有需要清除杂质的溶液加入超滤器中，通过超滤器施加适当的压力（可以通过重力、离心或使用泵等方式），使溶液通过超滤器。大分子物质会被滞留在超滤器的膜上，而小分子物质则通过膜进入收集容器。

2.3 进行技术监测，预防物料变异

基因组测序是一种广泛应用于确定DNA 序列的技术，通过对细胞系或动物个体的基因组进行测序，可以检测到可能的遗传变异[6]。

首先，收集要进行测序的物料样本。要确保样品采集过程中的无菌条件，并尽量选择具有代表性的样本以获得全面的数据。其次，使用适当的DNA提取方法从样品中提取基因组DNA，包括常规的离心、裂解和纯化步骤，以从细胞或组织中提取高质量的DNA。其三，将提取的DNA 进行片段化处理，并构建文库，以便于后续测序。这通常涉及连接适配器序列并进行扩增反应。其四，使用高通量测序平台（如Illumina HiSeq、PacBio 或Oxford Nanopore）进行基因组测序。这些平台可以产生大量的读取数据，覆盖整个基因组。其五，对测序得到的数据进行质控和数据处理，包括去除低质量序列、剔除污染物等。其六，使用生物信息学工具对得到的序列进行比对和变异检测。通过比对到参考基因组，检测样品中的单核苷酸多态性（SNPs）、插入/缺失（InDels）和结构变异等。这些检测可以使用一系列的生物信息学软件和算法来实现。最后，根据基因组测序的结果评估细胞系的遗传变异情况，注重检查是否存在突变、拷贝数变异、重排等。

3 结语

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。