在生物制藥行業建立更高效、更靈活的工藝的一個可能解決方案是過渡到連續集成式生產，其可以實現生產力、產品質量和一致性的提高，同時大幅降低工廠占地面積和生產成本。連續生物工藝通過各單元操作之間的連續物料液流，以便在穩定狀態下，只要操作運行，就可以生產出質量一致的產品。
許多行業，如化工、食品和制藥，長期以來一直采用連續生產，但其在生物技術領域，特別是生物治療藥物方面的實施仍然較為落后。Walther等人對集成式連續生物生產平臺進行了經濟性分析，并得出這樣的結論，與傳統的批次工藝相比，它可以將成本降低 55%，證明了實施用于生產重組蛋白的連續生物工藝的前景。因此，學術界和工業界對開發連續工藝系統的興趣日益濃厚。一個例子是正在進行的生物藥連續下游工藝項目 - CODOBIO（2018-2022），該研究項目的主要目標是應對未來向連續下游工藝過渡的挑戰，在生物制藥行業中實施創新的集成式連續生產。
集成式連續生物生產 (ICB) 會議旨在匯集學術界和行業同行，共同闡明生物工藝的最新進展和發現，這可能有助于實現連續端到端工藝的“圣杯”和真正的實時放行。2019 年在Cape Cod（美國馬薩諸塞州）舉行的第四屆會議 (ICB IV) 中，一個名為“針對 ICB 的高通量方法”的研討會匯集了不同背景的參與者（圖 1）。研討會旨在引發多項討論，包括在高通量 (HT) 技術中存在哪些可感知的差距，工藝開發、ICB 當前的需求是什么、主要問題和相應的預期解決方案，以及目前正在進行的、旨在實現連續生物生產的研究。
該研討會共有 73 名參與者（其中絕大多數來自行業），旨在收集有關生物制藥領域向連續生產轉變的觀點以及仍然需要哪些最新數據，目的就是讓這個行業更接近這個目標。與會者被要求與來自不同背景和隸屬關系的同行分開和混合。這旨在實現各組之間更多樣化的討論，并在發布答案時，達成更需要的共識。總體而言，八組中有六組在從屬關系方面混合在一起，并且也可以實現良好的背景混合（圖 1c）。
盡管當前生物制藥生產的趨勢是逐步從批次工藝轉向集成式連續工藝策略，但要以連續模式執行該工藝，將不同單元操作集成到一個生產和純化系列中是最終目標，除了每個單元操作職位，還包括循環液流的能力以及根據工藝要求清除雜質的能力。此外，分析技術必須提供每個生物生產步驟的實時信息，以獲得對整個工藝過程的了解和控制。
圖 1. 研討會參與者背景：(a) 參與者工作的領域：行業、學術界或監管機構；(b) 參與者工作的職能/部門：USP，上游工藝；DSP，下游工藝；工藝開發，涉及 USP 和 DSP 功能；以及分析。(c) 研討會期間形成的八個小組的描述性構成，根據每個參與者的領域/職能區分。
因此，本白皮書將討論不同單元操作中HTPD的主要差距、生物制藥連續生產中存在的集成問題以及克服這些挑戰的現有工具。通過介紹幾種成熟技術的最新進展，本文旨在闡明用于工藝開發的新興工具，以實現并加速向連續工藝的轉變。
研討會成果
在確定了 HTPD 的最新技術之后，可以確定當前用于連續生物生產的HTPD的差距。在圖 2 中，顯示了參與者認為的在 HTPD方面存在重大差距的單元操作/系統組件：每個組都一致確認首先是細胞培養，然后是過濾單元操作以及當前用于連續工藝的分析工具。一些小組還指出了在細胞培養基開發、病毒滅活、層析和其它單元操作（如離心和水兩相萃取）方面的潛在差距。
細胞培養多年來一直受到業界的關注，正在開發更高滴度的菌株。已經有可用于細胞培養的 HTPD 的設備，但是，這種系統的價格很高，這將進一步討論，這使得所有群體都認為它是一個存在重大差距的領域。
相反，在 HTPD 方面，過濾一直是一個被忽視的單元操作。許多研究人員將精力集中在層析的優化上，很可能是因為它是最昂貴的單元操作之一。當涉及到高通量替代品時，過濾步驟已經落后了。盡管批次過濾步驟可以很容易地在連續工藝中實施，但由于缺乏規模縮小的模型，這些步驟的優化可能會變得昂貴，并且需要大量投資來尋找所需的最佳操作條件。
圖 2 研討會參與者指出的集成式連續生物生產 (ICB) 高通量 (HT) 開發的主要差距
因此，通常在設備尺寸過大或花費大量資金來優化該單元操作之間存在折衷。然而，Fernandez-Cerezo 等（2019）人最近開展的研究對過濾裝置使用了一種規模縮小方法，結合使用臨界流態分析、建模和實驗來預測中試規模系統的性能，因此，為該單元操作中的未來條件研究展示了一種可能的高通量工具.
關于在連續工藝中實施所需的分析工具，討論指出的主要差距與樣品數量和獲取整個工藝信息所需的不同技術有關。此外，在 ICB 中使用的可用高通量分析工具方面仍然存在很大的局限性，特別是能夠與高通量平臺集成的技術數量有限。對此限制的一個可能解釋與每種技術的冗長分析時間有關，這可能使其難以用于過程監測和控制。目前解決這些分析缺陷的趨勢是創建近線傳感器，它可以提供關于連續工藝的實時測量和數據，稱為過程分析技術 (PAT)，這將在本文中進一步討論。
連續生物生產的最新技術
研討會參與者的任務是提出目前用于連續生物生產工藝開發的高通量技術。盡管某些單元操作比其它單元操作受到更多關注，但該活動的主要目標是了解在開發過程中主要使用的設備和工具是什么，以實現所需的、向連續操作的成功轉變。已經就位的主要工具是用于液體處理的自動化系統，可以為特定的單元操作使用“量身定制”的裝置，或者使用具有更廣泛能力的設備，可以針對不同的用途進行微調。在表 1 中，總結了用于開發不同單元操作的 HTPD 工具的最新技術。
在過去幾年中，使用液體處理站來確定細胞培養基開發和抗體純化的最佳操作條件已被廣受歡迎。Schmidt 等人開發的工作 (2016) 顯示了對先前研究的改進，其開發了一個用于在自動兩步層析純化中純化抗體的平臺。RoboColumn高通量系統在一定條件下的流速方面存在限制，這影響了可獲得的動態結合載量值，但結果與之前使用的 ?KTA? 系統相當。該平臺過程允許每周純化數百種單克隆抗體，即使在低進樣濃度下也是如此。
就用于病毒滅活和除病毒的可用 HTPD 工具而言，盡管參與者表示在開發方面存在相當大的差距，但最近的研究已經證明了開發除病毒過濾器微型 HTPD 模型的潛力。Tang等人（2020）結合自動化液體處理系統，使用 96 孔濾板來評估其是否適合作為新型 HTPD 縮小模型。借助這些類型的工具，高通量除病毒過濾優化現在成為一種選擇，可實現連續生物生產的快速工藝開發。此外，為了使這一重要步驟持續進行，已經模擬、設計并構建了幾個實驗室規模的病毒滅活系統模型：例如，Gillespie 等人 (2019) 測試了多個孵育艙設計，以允許實現狹窄的駐留時間分布；而Parker等人（2018）使用綜合計算流體動力學模型創建了層流管式反應器。
