一次性使用系统(SUS)已成为生物制药产品商业化前生产的主导模式。据估计，现在超过85%的商业化前的上游生物加工主要或完全使用一次性使用设备进行制造。而SUS在大规模商业制造中的应用刚刚起步。未来几年，用于商业化生产的一次性使用系统的应用数量将呈现很大的增长。

SUS的现状和趋势

一次性使用系统(SUS) 是专为一次性使用或单一产品制造而设计的生物加工设备，SUS中所有与产品发生接触的部件，均采用经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的塑料材料，如聚乙烯或聚碳酸酯。这些一次性系统通常由制造厂商以贝塔射线或伽马射线进行灭菌，可以随时投入使用。

多年来，人们对使用一次性系统的接受度已经得到极大的提升。尤其对所有涉及到动物细胞培养物的流程，需要快速开发和高效生产中小批量的产品时，如治疗性抗体、激素、酶和疫苗时，人们对一次性系统的接受度尤其之高。

例如, 在预临床和临床样品生产过程中，一次性过滤器、塑料贮存袋、一次性搅拌器和一次性生物反应器等上游处理（USP）部分是最为常用的部件。但是，生物制药行业也在更深入地将一次性系统应用于下游处理（DSP）、配方和填装。其中，一次性搅拌釜式生物反应器是当前行业优先发展方向之一。此外，处理干细胞和T 细胞的一次性设备也是本行业所需。

形成这种趋势的原因是与传统的不锈钢固定设备相比，SUS展现出很多优点。
● 可以降低前期资本投资和运营成本，系统安装、调试和投运所用时间更少；
● 提供了更大的灵活性，包括快速实现产品切换，以及增强产品安全性，将产品交叉污染风险降至最低；
● 能更快形成生产能力免去了不锈钢设备的清洗、消毒和(再)验证。
然而，SUS也存在一些影响其应用范围的限制。
● 需要大量的经常性费用；
●面临缺乏标准化、溶出/析出验证等挑战。



析出物和溶出物(L&E)是一次性系统的主要缺点，L&E是一些在处理条件下或在最差条件下，从塑料当中迁移出来的物质，这些物质会导致产品品质降级。其中最大的缺点是，此系统缺乏用于检测L&E 的标准化测试规程，同时还缺乏适合的分析试验规程。业界针对这一限制，进行了大量的研究，也取得了一些成果，并加快了适用于贮存袋、搅拌器袋和生产反应器袋的更坚固且最优化薄膜的开发工作。除了L&E 问题之外，与一次性生物反应器的完整性、供应商资格、材质和部件可更换性以及流程特性描述方面的问题也正在得到解决。



所以如果选用了正确的设备并且正确使用，一次性系统的优势非常明显。随着更多创新SUS设备的推出，过去十多年中，采用基于SUS的工艺线来取代不锈钢设备的情况迅速增长，使得SUS工艺线在上游商业前生物制药生产中占据主导地位。但是，在下游生物加工中，SUS的应用程度较少。因为，实现大部分SUS下游加工仍然非常困难、昂贵和罕见，因为目前色谱和其他净化技术抵消了SUS使用的成本有效性。虽然一次性使用系统在下游加工中已经有了进步。

而且，SUS几乎完全被用于哺乳动物的细胞培养应用；微生物处理应用不理想。因为与哺乳动物相比，微生物加工需要更高的温度、压力、特殊的环境，以及更强有力的搅拌和回旋。一些微生物SUS产品线现在已经上市，但似乎没有获得很好的市场吸引力。

另外，规模也是一次性工艺应用的主要限制之一，因为后期的临床和商业制造需要更大的生产能力。而如今一次性反应器已经达到2000L的规模，足可以满足多数情况的需要。同时，一些供应商正在突破规模限制，例如，ABEC现在可提供4000升的SUS生物反应器。但是，如果SUS的容量超过2000 L，会有些笨重，安装和移动困难，不太实用，或对许多设施不具有成本效益。因此，不锈钢仍然在商业制造中占据主导地位，在生物加工能力方面完全占据主导地位；商业前的制造只是在需要时进行，所涉及的数量远远小于全球商业市场所需的数量。

但是，目前1000升和2000升的SUS生物反应器正在逐步成为新的大规模和商业化生产的工业标准，最终将取代更大的不锈钢单元和设施。如果需要的话，可多个生物反应器并行使用。到目前为止，这类设施还很少，但建立SUS商业制造设施的趋势已经开始，商业化生产采用SUS的数量将在今后几年内急剧增加，尽管是从一个非常低的基线来看。但是，许多商业制造，特别是在最大的规模上，使用大型的、固定的不锈钢设备的工艺线/设备仍然具有更高的成本效益。从新设备和总产能来看，大多数商业制造至少在未来五年内将继续以不锈钢为基础。

现在呈现的是混合式生产形式。一次性过滤器、塑料贮存袋、一次性搅拌器和一次性生物反应器与不锈钢设备同时得到了使用。由一次性系统市场领导者设计的各种处理平台，例如，介质生产、发酵、生物质分离、病毒分离和灭活、配方和填装平台都在这些工厂当中得到了广泛采用。事实上，对于容量大于500 L的应用，如一次性离心限制、一次性使用蛋白质A 层析、缺少传感器系统，其应用空间仍然存在瓶颈。不论如何，一次性工艺在生物药物生产中的应用日益广泛，药企需要根据自身需要，确定选择何种工艺。



国内抗体药物一次性工艺应用广泛

如今一次性工艺在国内颇受欢迎，抗体新药企业、CMO对于速度更快、灵活性更高的一次性工艺更是青睐有加。药明康德安装多条2000L一次性生物反应器生产线，百济神州、金盟生物（信立泰子公司）、康方生物分别安装GE FlexFactory灵活工厂生产线，喜康生物直接采用了GE的模块工厂。

与制造商相比，合同制造组织(CMO) 广泛采用了基于SUS的生物加工技术，CMO生物加工在工艺路线、设备和产品的数量方面，特别是在临床规模上，现在主要是以SUS为基础。CMOs更多地使用SUS是完全预期的，通过使用一次性使用系统，CMO可以节省设备、运营成本以及资本投资，同时获得所需的灵活性，包括快速的生产线周转，使更多的产品能够更快地在不同的规模上生产。但是，高昂的成本；可使用性和可提取性问题；缺乏符合工艺要求的一次性设备等有关SUS的一些问题仍然阻碍了它的使用。
在一系列一次性使用生物反应器商业化应用中，绝大多数用户都偏好采用配备机载驱动装置的搅拌釜式生物反应器。波浪袋式反应器主要用于细胞扩增( 也有一些例外)，其中的生物反应通常在搅拌釜式生物反应器内发生。近年来，有一些波浪袋式和搅拌釜式一次性反应器经过了重新设计，简化了操作，将应用范围扩展到动物细胞培养物之外。用于微生物处理的搅拌釜式一次性反应器的开发值得探讨。这些一次性生物反应器所使用的传感器、控制器以及监测和控制软件都进行了修改和升级，确保了更出色的数据采集和流程监测。一次性生物反应器的开发工作仍在继续深入当中，并且业内已经开展了一系列合并。
一些流程开发商和合同制造组织(CMO)已经将切线流过滤(TFF)视为一种有效工具，用于提升那些用于动物细胞的一次性生物反应器时间空间产量，或者用于克服一些可扩容性受限的问题。这些组织采用搅拌釜式和波浪袋式一次性生物反应器，并组合了交叉流微过滤系统。

总结和展望

在所有涉及到动物细胞培养物的生物制药处理领域，一次性系统正在成为得到业界接受的技术。研究人员正在集中研究克服现有局限，如标准化、增强型传感器技术、改进自动化解决方案和大规模一次性使用层析技术。市场分析指出，预计SUS在商业化生产和微生物处理方面的应用将会增多。除了新建各种用于生产生物治疗药物和生物仿制药的灵活模块化设施之外，现有工厂当中的可重用设备也正在为一次性系统所取代。考虑到细胞、基因和免疫治疗应用方面成功水平的不断提升，对用于处理干细胞和T 细胞的一次性设备的需求将更大。