細胞治療產品的工藝平面與廠房設施的設計

陳國筍

摘 要 細胞治療產品的制備分為載體物質制備和CAR-T細胞終產品制備兩大部分，筆者闡述了其工藝平面，如房間布局和人流、物流等要求。重點以CAR-T細胞終產品為例，介紹了其工藝設備和廠房設施的設計要求。

關鍵詞 細胞治療產品 廠房設施設計 工藝平面 嵌合抗原受體T細胞

中圖分類號：TQ460.8 文獻標志碼：C 文章編號：1006-1533（2019）09-0071-03

Design of process layout and plant facilities for the production of cell therapy products

CHEN Guosun

（Shanghai Macroprocess Lustration Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201100， China）

ABSTRACT The preparation of cell therapy products can be usually divided into two parts including vector preparation and CAR-T cell final product preparation and its process layout requirements such as the room layout and flows of personnel and materials were described. Meanwhile， focusing on the final product of CAR-T cell as an example， the design requirements for its process equipment and plant facilities were also introduced.

KEY WORDS cell therapy product； facility design； process layout； chimeric antigen receptor T cells

近年來，細胞治療產品的研發與臨床應用發展迅猛，尤其是嵌合抗原受體T細胞產品（CAR-T細胞產品）。CAR-T細胞產品對多種血液腫瘤有著非常好的臨床療效，而且對實體瘤治療也有著非常大的潛力[1]。2017年美國批準了2個CAR-T細胞產品上市，然而，細胞治療還是一個新興領域，它的技術成熟度和產業化還有待進一步的摸索和發展。筆者參與了多個細胞治療產品的產業化項目，結合積累的經驗，針對以CAR-T細胞產品為代表的細胞治療產品的工藝平面和廠房設施的設計進行探討。

1 細胞治療產品的工藝特點

一個典型的CAR-T細胞產品的生產工藝流程，主要分為如下幾個步驟：血樣-T細胞分離-基因修飾-細胞擴增-檢驗放行[2]。結合CAR-T細胞產品生產工藝和無菌藥品的特性，可以總結此類產品及其工藝特點為：①屬于個性化產品，批量小，自動化操作難；②個體差異大，產品質量一致性難；③生產過程需無菌操作，屬于非最終滅菌的無菌產品，也不能無菌過濾；④生產周期長，約2周[3]。

2 工藝平面的探討

CAR-T細胞產品的制備包括基因載體物質的制備和CAR-T細胞終產品的制備這兩大生產環節。同時，載體物質的制備又包括了質粒載體制備和病體載體制備工藝過程[4]。所以，完整的CAR-T細胞產品的生產車間分成3個區域，分別為質粒制備、病毒載體制備和CAR-T細胞終產品制備區域。部分廠家可能將載體物質的生產委托給其它有條件的廠家進行生產，或直接外購，這樣僅需CAR-T細胞終產品制備區域。除了生產區域，還需包括質控區和儲存區，質控區包括支原體、內毒素、無菌、微生物限度、陽性對照、流式細胞儀和分子生物學等相關檢測，儲存區包括病毒、菌種和細胞儲存。

2.1 CAR-T細胞終產品制備區域

CAR-T細胞終產品制備區域，包括了血液樣本接收區、準備區、細胞操作區、輔助區、人流更衣、物料緩沖等區域（圖1）。血液樣本接收區，是用于外來血液樣本的接收和登記，并傳遞到準備區的區域。準備區，是用于血樣樣本的初步處理以及該批所需原輔料和一次性材料的領取和準備的區域。另外，準備區還用于血液樣本、原輔料和一次性材料的暫存，所以需要配備一定數量的貨架和冰箱。輔助區，主要包括工器具清洗滅菌、潔凈服清洗滅菌、潔具清洗或滅菌、生物廢棄物的滅活等的區域。通常，輔助區與準備區可共用1個區域，潔凈級別為C級。

細胞操作區，是用于進行CAR-T細胞產品的生產操作區域，包括T細胞分離、基因修飾、細胞培養擴增、制劑分裝等。1個細胞操作間，同一時間只能生產1個批次的產品，細胞操作時間約2～3 h，培養時間約10～15 d。如果生產過程中為非全封閉操作，則應該在生物安全柜之內進行，房間環境潔凈級別為B級。細胞操作區的人員更衣，建議進出通道分開，以避免交叉污染。生物廢棄物收集到密閉的袋子或容器，經廢物通道轉移到C級區，使用雙扉式濕熱滅菌柜進行滅活處理。

此外，還需1個產品傳出通道和1個取樣樣品的傳出通道。產品傳出潔凈區后，進行成品外包裝操作。

如果建筑面積允許，細胞操作間的物流可以設計成單向流，廢棄物的退出通道與產品和生產物料的潔凈通道分開，設立獨立的廢棄物走廊和廢物滅活房間，這樣可以最大限度地減少交叉污染，也可便于生產管理。

如果產品的批次多，可以設立獨立的細胞培養間，細胞在細胞操作間處理之后，轉移至細胞培養間的培養箱培養。細胞操作間也可相應縮小面積，物料的減少也便于批次之間的清場管理。

2.2 病毒載體制備區域

病毒載體制備區域，包括了細胞培養、病毒傳染、病毒載體純化和產品灌裝以及輔助間、人流更衣、物料緩沖、廢棄物滅活等區域（圖2）。房間的潔凈級別，除了產品灌裝為B級外，其它為C級。另外，生物安全等級，

2.3 質粒制備區域

質粒制備區域，包括了細菌菌種接種、發酵、收獲、質粒提取純化和產品灌裝以及輔助間、人流更衣、物流緩沖、廢物滅活等區域。房間的潔凈級別，除了產品灌裝為B級外，其它為C級。另外，生物安全等級，需根據細菌特性而定，一般設計為生物安全等級2級。質粒制備區域的工藝平面，與病毒載體制備區域類似。

3 廠房設施的設計

本文以CAR-T細胞終產品的制備區域為例，對工藝設備和廠房設施的設計要求進行闡述。病毒載體制備區和質粒制備區的廠房設施的要求，與疫苗車間類似。

3.1 工藝設備

CAR-T細胞產品的制備需要進行血液細胞的分離和純化，其工藝設備分為開口式和封閉式。目前封閉式的設備，有德國Miltenyi Biotec公司的CliniMACS Prodigy、GE公司的Biosafe Sefia、Cesca公司的CARTxpress等，它們均采用滅菌過的一次性材料。

細胞操作（分離和純化），如存在非全封閉式操作，則需要在生物安全柜A級保護下進行，其房間潔凈級別為B級。然后在CO2培養箱內進行細胞培養。

血液樣本接收之后可能需要暫存，所以在準備間需配置2～8 ℃的冰箱。

CAR-T細胞產品進行制劑分裝之后，也需2～8 ℃的冰箱進行暫存。如果需要過夜，則需使用程序降溫儀進行降溫，然后轉移至液氮儲存罐進行儲存。

進入B級區的生產用工器具、潔凈服和清潔用百潔布，需要使用濕熱滅菌柜進行滅菌。

生物廢棄物，需要使用濕熱滅菌柜進行滅活，然后按醫療廢棄物進行處理。

3.2 工藝公用設施

工藝公用設施，指的是那些對產品質量有直接影響的系統，如注射用水、純化水、純蒸汽、潔凈氣體系統和凈化空調系統等。

因為CAR-T細胞產品不能最終滅菌和過濾除菌，所以生產用水和試劑應為無菌。如每日用量不大，可直接使用外購的無菌水和試劑，如每日所需無菌水較多，則可考慮設計1個注射用水儲存和分配系統，注射用水理論上為非無菌水，應經過濕熱滅菌之后使用。

所有與產品接觸的容器和材料，均為一次性無菌材料，因此車間不需要純蒸汽系統。

需要1個純化水站及儲存和分配系統，以用于潔凈區工作服的清洗、生產用的工器具的清洗和潔凈區的清潔。

需要1個CO2氣瓶間，通過匯流排調壓后輸送到CO2培養箱，并監測CO2濃度。

潔凈區的凈化空調系統，需要按照區域進行設置，以便于管理和減少交叉污染。傳染性病毒陽性血的細胞操作間，應設計為全排風。

潔凈區的溫濕度，一般為18～26 ℃和45%～65%相對濕度。房間的壓差，可按照《藥品生產質量管理規范》進行設計，即潔凈區與非潔凈區之間、不同級別潔凈區之間的壓差應>10 Pa。建議細胞操作間與相鄰的B級走廊壓差應>10 Pa。

3.3 輔助公用設施

輔助公用設施，指的是那些對產品質量無直接影響的系統，如冷凍水、工業蒸汽、熱水、自來水、排水和配電等系統。

對于CAR-T細胞產品車間，工藝設備不需要冷凍水、工業蒸汽和熱水，但其凈化空調系統可能需要冷源（冷凍水）和熱源（工業蒸汽或熱水），冷源和熱源需要具備同時供給的能力，以便控制潔凈區的溫濕度，使之滿足規定要求。

另外，考慮到斷電影響CAR-T細胞產品質量的風險，需要為關鍵設備提供UPS電源，比如細胞分離和純化設備、CO2培養箱、冰箱、關鍵的分析儀器和液氮儲存罐等。

3.4 環境監控系統

為了保證生產環境始終符合規定要求，CAR-T細胞產品車間需要設立1個環境監控系統，對潔凈區關鍵位置的溫濕度、壓差和塵埃粒子進行實時的監測。該系統的監測數據可按設定的時間間隔進行儲存，監測數據不可更改，參數設定和關鍵操作行為具備追溯功能，具備分級權限管理。

4 結語

隨著細胞治療產品的生產設備向全封閉式、一站式自動化發展及隔離器的應用，對生產環境的要求也將降低，潔凈級別也可由B級降低為C級或D級，從而使得細胞治療產品產業化生產車間也將進一步簡化，大大降低車間運營成本和提高工作人員的舒適度。但是，細胞治療產品生產車間的工藝布局和廠房設施，應該與企業自身情況如場地、生產品種和批次等相適應。

參考文獻

[1] 葉世光， 李萍， 梁愛斌. 嵌合抗原受體T細胞治療的研究進展[J]. 上海醫藥， 2018， 39（11）： 3-8.

[2] Eaker S， Armant M， Brandwein H， et al. Concise review： guidance in developing commercializable autologous/patientspecific cell therapy manufacturing[J]. Stem Cells Transl Med， 2013， 2（11）： 871-883.

[3] Levine BL， Miskin J， Wonnacott K， et al. Global manufacturing of CAR T cell therapy[J]. Mol Ther Methods Clin Dev， 2017， 4： 92-101.

[4] Alici E， Blomberg P. GMP facilities for manufacturing of advanced therapy medicinal products for clinical trials： an overview for clinical researchers[J]. Curr Gene Ther， 2010， 10（6）： 508-515.