拉曼光譜技術(shù)是基于拉曼散射原理檢測被測物組分及含量的方法，已被廣泛應(yīng)用于食品、化工等行業(yè)定性和半定量分析中。目前，全球已有越來越多的制藥企業(yè)應(yīng)用拉曼光譜法作為藥品質(zhì)量研究、控制及生產(chǎn)過程分析技術(shù)（PAT）的重要手段之一。細(xì)胞培養(yǎng)過程相當(dāng)復(fù)雜，生物反應(yīng)器中的成分往往高達(dá)50-100種，細(xì)胞生長、代謝、生化和生產(chǎn)力以及產(chǎn)品質(zhì)量對于成功的生產(chǎn)都很重要。拉曼光譜使傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)過程能夠僅使用一個(gè)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測甚至控制大量參數(shù)，從而大大簡化了PAT的復(fù)雜性。

藥明生物全球生物制藥開發(fā)及運(yùn)營總裁、首席技術(shù)官周偉昌博士在專業(yè)雜志《GEN News》上發(fā)表的《未來生物工藝技術(shù)發(fā)展趨勢》文章2中也指出，大規(guī)模生產(chǎn)中采用過程分析技術(shù)（PAT），如拉曼光譜，以及其他在線檢測方法，可實(shí)現(xiàn)重要工藝參數(shù)和性能的實(shí)時(shí)檢測和控制。現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)已開發(fā)多種PAT平臺，可用于在線監(jiān)測連續(xù)生物工藝過程中的產(chǎn)物聚集化和碎片化度，以及自動控制活細(xì)胞密度，這有助于開發(fā)更好的工藝，并加快CMC開發(fā)進(jìn)度。

早在2018年，藥明生物就組建了專門的PAT團(tuán)隊(duì)，致力于開發(fā)包括拉曼光譜在內(nèi)的PAT技術(shù)，應(yīng)用于技術(shù)開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)中。藥明生物已經(jīng)積累了豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，針對不同項(xiàng)目特性（如單抗、雙抗、酶等）和客戶個(gè)性化需求定制適宜的預(yù)測模型，包括設(shè)備驗(yàn)證，利用設(shè)備建模預(yù)測物質(zhì)濃度，在線監(jiān)測各項(xiàng)工藝參數(shù)和性能和各類基于預(yù)測參數(shù)的反饋控制，并且在專業(yè)期刊上發(fā)表了相關(guān)論文3,4。借助藥明生物自主知識產(chǎn)權(quán)平臺，藥明生物可以實(shí)現(xiàn)光譜的全流程自動處理并依托于大數(shù)據(jù)庫，云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)模型及控制算法，實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜模型預(yù)測反饋控制功能。

目前，藥明生物在上游細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域，已經(jīng)具備多種基于拉曼光譜的過程分析能力，包括但不限于以下能力，可以實(shí)現(xiàn)從小試生物反應(yīng)器到大規(guī)模GMP生產(chǎn)一次性生物反應(yīng)器的的多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，non-GMP規(guī)模基于拉曼的實(shí)時(shí)反饋控制，幫助客戶在研發(fā)端降本增效，在生產(chǎn)端更好地執(zhí)行批次生產(chǎn)。

1）多種細(xì)胞培養(yǎng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括活細(xì)胞/總細(xì)胞數(shù)目，細(xì)胞活率，葡萄糖、谷氨酰胺、谷氨酸以及其他多種氨基酸濃度，乳酸、銨等代謝副產(chǎn)物濃度，pH、CO2分壓、滲透壓等其他參數(shù)等；

2）蛋白（包括單克隆抗體、雙特異性抗體及其他）產(chǎn)量、質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，如聚體、碎片、糖基化修飾等的實(shí)時(shí)監(jiān)測；

3）進(jìn)階的細(xì)胞培養(yǎng)工藝控制，包括自動補(bǔ)料、降溫，基于營養(yǎng)消耗的實(shí)時(shí)營養(yǎng)流加，以及各類其他反饋控制；

4）賦能灌流培養(yǎng)控制，包括傳統(tǒng)灌流培養(yǎng)的放流速率自動控制，以及WuXiUPTM加強(qiáng)型灌流培養(yǎng)的多參數(shù)自動控制，及產(chǎn)量實(shí)時(shí)監(jiān)測以賦能連續(xù)親和捕獲等；

近期，藥明生物首次在GMP生產(chǎn)1000升一次性生物反應(yīng)器實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用拉曼光譜技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)中各參數(shù)，保障敏感細(xì)胞株大規(guī)模生產(chǎn)穩(wěn)健、順利完成，增強(qiáng)了客戶對于挑戰(zhàn)項(xiàng)目順利執(zhí)行的信心。

在過程中，生產(chǎn)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)借由此技術(shù)，可以實(shí)時(shí)觀察各項(xiàng)參數(shù)的變化。特別地，在前期實(shí)驗(yàn)觀測到的批次培養(yǎng)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)掌握各參數(shù)隨著操作的變化，進(jìn)而降低工藝放大生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著細(xì)胞培養(yǎng)工藝開發(fā)從簡單的工藝參數(shù)優(yōu)化，逐漸向大規(guī)模、自動化、低成本、高產(chǎn)量等方向發(fā)展，加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測工藝過程，特別是確定關(guān)鍵質(zhì)量屬性至關(guān)重要。而PAT應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)過程就在于加強(qiáng)關(guān)鍵過程參數(shù)的監(jiān)控來確保蛋白藥物的最終質(zhì)量。此次基于拉曼光譜的PAT成功放大至1000升GMP生產(chǎn)細(xì)胞培養(yǎng)，也為藥明生物持續(xù)應(yīng)用和拓展PAT，加速優(yōu)化工藝開發(fā)和生產(chǎn)等奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來藥明生物也將繼續(xù)探索和推廣PAT，為全球合作伙伴賦能，幫助客戶更好地實(shí)現(xiàn)速度、質(zhì)量和成本之間的平衡，造福廣大病患。