一次性生物工艺与模块化工厂

01概览与价值链

标记: [EC: EU GMP Annex 1 | OECD: Bio-Pharmaceuticals | 监管机构: FDA (美国), EMA (欧盟), NMPA (中国)]

一次性生物工艺（SUS）是基于一次性组件的生物制造：生物反应器（最高 5,000 L）、袋、管路、 过滤器和传感器。无菌塑料系统以即用型供货，运行后即弃，消除了 CIP/SIP 清洗和产品间交叉污染。 结合模块化工厂（Cytiva KUBio——由预制模块在 12–18 个月内组装，而传统工厂需 5–7 年）， SUS 大幅降低资本支出和上市时间，使产能可灵活切换多种产品。

一次性生物工艺的关键方向：

1. 一次性生物反应器 (Single-Use Bioreactors): 袋式 SUB 最高 2,000–5,000 L（DynaDrive）。
2. 一次性下游 (Single-Use Downstream): 封闭过滤/层析（Allegro）。
3. 模块化工厂 (Modular Factories): 预制模块化 GMP 工厂（KUBio）。
4. 膜与传感器 (Films & Sensors): 多层膜（Flexsafe、Aegis5-14）+ 一次性光学传感器。

产业价值链

[膜/袋] ──> [SUB 生物反应器] ──> [一次性纯化] ──> [灌装]
                │
          (无 CIP/SIP)
                │
                ▼
[产品] <─── [一次性收获] <─────┘

价值链层级

行业的横切技术：

• 多层膜 (Multilayer Films): Flexsafe/Aegis5-14——机械强度高、E&L 低。
• 一次性光学传感器 (Single-Use Sensors): 长时间发酵中信号漂移小。
• 模块化工厂 (Modular Factories): KUBio——预装设备的模块化组装。

02美国

美国在 SUS 膜、传感器和大规模 SUB 方面领先。

Thermo Fisher, Pall, Merck Millipore SUS technologies

• Thermo Fisher (HyClone): Aegis5-14 膜、DynaDrive 生物反应器最高 5,000 L。
• Pall / Merck Millipore: 封闭下游 SUS 系统（Allegro）。
• FDA: 支持灵活产能和加速技术。

03中国

中国正积极本地化 SUS 组件并建设模块化生物制药工厂。

Truking, modular biopharma build-out, NMPA

• Truking: 国产 SUS 生物反应器和灌装线。
• 模块化工厂: 为生物类似药快速部署 SUS 产能。
• NMPA: 将 SUS 标准与 GMP 协调一致。

04欧盟

欧盟是领先 SUS 供应商（Sartorius、Merck KGaA）和 KUBio 概念的发源地。

Sartorius, Merck KGaA, Cytiva KUBio

• Sartorius Stedim: Biostat STR 生物反应器、Flexsafe 膜——全球 SUS 领导者。
• Merck KGaA: 模块化洁净室和 Mobius SUS 解决方案。
• Cytiva KUBio: 标准化模块化 GMP 工厂，12–18 个月内组装。

05领先企业与研究机构

06技术栈与创新

该技术栈以一次性材料、传感器和模块化为基础。

1. 一次性生物反应器 (Single-Use Bioreactors):
   • 袋式 SUB 最高 2,000–5,000 L；DynaDrive 立方构型改善混合。
2. 多层膜 (Multilayer Films):
   • Flexsafe/Aegis5-14——可浸出物与可析出物低、细胞生长稳定。
3. 模块化工厂 (Modular Factories):
   • KUBio——模块化组装 12–18 个月，而传统建设需 5–7 年。

07价值链与生产管线

一次性生物制造管线 (GMP / Annex 1)

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 培养基配制 (SUB)        │ ───> │ 2. 上游 (SUB)             │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 下游 (SUS)              │ <─── │ 3. 收获（一次性）          │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 制剂 (UF/DF)            │ ───> │ 6. 灌装 (SUS)             │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段 1: 培养基配制

在一次性袋中由粉末和 WFI 配制培养基。

阶段 2: 上游 (SUB)

细胞在一次性生物反应器中生长至目标滴度；无需 CIP/SIP。

阶段 3: 收获

一次性深层过滤分离细胞，无开放步骤。

阶段 4: 下游 (SUS)

在封闭回路（Allegro）中进行一次性层析和 TFF。

阶段 5: 制剂

一次性盒式 UF/DF 浓缩产品并转入制剂。

阶段 6: 灌装 (SUS)

在 Annex 1 下的 SUS 线无菌灌装；批次送 QC 放行。