默克速度 ——3个月实现定制化培养基开发

“随着生物制药行业的飞速发展，国内外的竞争日益加剧，主要表现在国内热门靶点的集中申报，例如PD-1/PD-L1，多种生物药面临专利到期，生物类似药大量出现，进口新药加速上市等等，给生物药行业带来很多挑战，例如在新药研发上加强创新性，把更多的研发精力投入在多抗、纳米抗体、融合蛋白及ADC药品上，这种复杂结构就带来了产量，质量及工艺上的挑战。另外，由于热门新药及生物类似药进入如医保，带量采购带来的定价压力持续存在，所以各个方面都要求药企提升药物性能并降低成本”

培养基的定制化开发是生物医药领域中非常重要的一环。通过充分了解目标CHO细胞的营养需求和生长特性，选择合适的基础培养液和营养成分，进行组分的筛选和优化，最终得到满足需求的定制化培养基，可以显著提高生产效率和产品质量，同时降低成本和风险。从图1的成本计算模型来看，商业培养基转换成定制化培养基后，在其他条件不变的情况下，可以将培养基的成本占比从30%降到18%。

图1：单抗药物成本计算模型

默克拥有40多年的定制化培养基开发历史，在长期的开发中积累形成了庞大的培养基库。通过层次聚类分析（HCA）方法，将众多的培养基根据他们之间的相似性划分成了不同的培养基家族，然后从每一家族中选定代表性的培养基形成了特有的多样性培养基库。通过培养基库的筛选，可以快速获得支持特定克隆生长表达所需要的培养基，纵向对比，产量高低差异明显，证明库的多样性，横向对比同一滴度水平可选择多个配方，极大增加其他响应调节空间。

图2：默克多样性培养基库

基于培养基库筛选的结果，将所有的培养基成分X和不同的相应Y（细胞密度，活率，产量及质量）输入到多变量分析软件（MVDA）中，通过MVDA在复杂的培养基成分之间建立交互关系，快速识别出针对不同响应影响较大的关键组分，再对这些关键组分进行优化，真正从配方优化的层面进一步提升培养基性能。以图3为例，紫色点表示原料，黄色点表示测量的培养基相应，当二者之间越靠近，表示为正影响，处于对角线位置的二者即为负影响。

图3：多因素多变量分析

默克上海研发中心建立了一套成熟的高通量细胞培养平台，集成了液体工作站，96孔板-24孔板-TPP高通量细胞培养筛选流程，并通过iQue进行细胞密度和活率的检测，用Forte Bio来测定蛋白表达，可以实现自动制备培养基库，自动取样、计数及蛋白表达量测定，整个过程实现高通量及自动化，加速了培养基开发进程，节约了宝贵的开发时间。

培养基开发是以结果为导向，则需要建立分析平台对培养基开发过程中的蛋白产量、蛋白质量（电荷异构体，糖基化，纯度，蛋白结构表征等）与培养基成分（氨基酸、维生素、微量金属元素）之间的关系，通过这些结果来对培养基优化方向提供方向。

基于默克40多年的培养基开发经验、庞大的培养基库、多因素分析软件、高通量的筛选及分析平台，可以使默克的定制化培养基开发具备全面且高效的特点，基本可以在3个月完成快速的培养基筛选及优化并确认配方，另外南通的培养基生产工厂，可以实现从配方到干粉化生产，全链路赋能默克的培养基开发服务。

案例A：该案例的目的蛋白为IgG，客户在生产工艺种使用了5种不同的培养基（1种基础，4种流加混合），并且需要添加水解物，客户面临着培养基配制过程中工艺复杂繁琐，批次间重复性差的工艺问题，同时由于需要向多家供应商采购培养基，也面临供应不稳定的风险。因此客户急需在不改变当前工艺表现的情况下，将生产工艺简化，变更成化学成分限定的单一基础/流加组合工艺，并且提供批次间稳定性，降低供应链风险。经过定制化培养基开发，在不改变客户产品质量的情况下，为客户提供一套单一基础/流加培养基组合的方案，并且将产量提高到了140%，降低了培养基和生产成本。

案例B：该案例主要面临的产量低（<3g/L)，同类分子竞争力大的问题，希望在满足产品质量的条件下尽可能提高蛋白产量，提高未来商业化后的竞争力。经过基础和流加培养基筛选后，产量已经达到了客户的预期（提高了180%)，但是产品质量-电荷异构体与对照品相比碱性峰（~10%）和酸性峰（>25%)普遍偏高，距离客户的要求（酸性峰<20%,碱性峰<4%)存在一定的差异。

经过多轮的培养基成分和工艺的优化（改变碱性氨基酸和金属元素的浓度，流加策略），产量进一步提高（210%），电荷异构体比例也调节到和客户对照工艺相似。并为客户降低了培养基的使用成本。

通过培养基开发拿到配方还远远没有结束，如何保证开发出的培养基正式用到工业生产中需要干粉生产及验证。默克在南通建立了IA及GMP生产工厂，前期可以通过IA生产小量样品给客户进行培养基验证，然后进行GMP货号的建立和生产，通过IA保障培养基的快速交付和放大稳定性。