重組疫苗生產車間工程設計要點及案例分析

馮重卜，安濤

（中國電子系統工程第四建設有限公司醫藥工程設計院，石家莊 050051）

重組疫苗是指采用基因重組技術將編碼病原微生物保護性抗原的基因重組到細菌、酵母或細胞，經培養、增殖后，提取、純化所表達的保護性抗原制成的疫苗[1]。重組疫苗生產技術作為現代生物科學領域中的重要進展，具有安全性好、生產周期短、易于放大生產，是當今與未來疫苗研制與開發的主要方向之一[2]。重組疫苗生產工藝具有生產周期長、生物安全風險高以及生產過程控制嚴格等特點。針對重組疫苗生產工藝特性，結合GMP和相關設計規范，開展重組疫苗GMP車間設計要點分析具有重要意義。

1 設計要點

1.1 工藝流程設計

重組疫苗的典型生產工藝流程見圖1。生產工藝流程大致分為三個階段：

圖1 重組疫苗生產工藝流程Fig.1 PFD of recombinant vaccine production

（1）上游（從種子復蘇到澄清）：種子復蘇擴增，在種子罐擴增后，在發酵罐/生物反應器進行批培養。原核表達體系經細胞破碎，澄清，進入下游工藝，真核表達體系經過澄清，收獲液進入下游。

（2）下游（從層析到原液）：收獲液經過不同類型的層析柱，去除其中的蛋白碎片、DNA等，經超濾濃縮，獲得精純產物，加入佐劑制得原液。

（3）制劑（從原液到成品入庫）：原液經制劑分裝-燈檢-包裝得到成品，送至2 ～ 8 ℃庫中保存。重組疫苗的制劑型式有：預灌封水針、西林瓶水針、凍干等。

1.2 車間布置設計

1.2.1 車間布置主要遵循的標準規范

《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》；

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018年版）；

GB 50073—2013《潔凈廠房設計規范》；

GB 50457—2019《醫藥工業潔凈廠房設計標準》。

1.2.2 布置原則

（1）滿足工藝流程要求：根據工藝流程，重組疫苗分為種子擴增，發酵/培養，純化，配液及清洗，制劑等功能區。為方便操作，減少折返，車間布置宜按照生產流程展開[3]。

（2）滿足GMP要求：車間設計遵循《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》附錄3“生物制品”[4]。種子擴增在C級背景下完成，發酵/培養，純化，在D級背景下完成，配液及清洗環境設為D級。除菌過濾在層流保護完成。

（3）滿足生物安全的要求：重組疫苗由特定基因工程菌或動物細胞制得，生產過程中會伴隨工程菌或宿主病毒，存在生物污染的潛在危險[5]。在進行布置時，應考慮將有生物活性區與無生物活性區嚴格分開。生產廢氣經過濾吸附后排空，廢水、廢固滅活處理，降低生物安全風險。

（4）滿足疏散要求：遵循建規對防火分區、安全疏散的相關規定。

1.2.3 人/物流組織

人/物流宜采用單向流設計。有生物活性的區域設置獨立的人物流通道，人員經更衣進入各功能區域，操作結束后從返回走廊退出，各出入口設置門禁，保證流向為單向。有生物活性的廢棄物先經滅活，再經返回走廊退出生產區，最大程度避免交叉污染。

1.3 凈化系統設計

空調系統依據生產的功能分區，將種子，發酵/培養，純化，配液及清洗等分別采用獨立機組。由于細胞收獲、純化等步驟存在非密閉操作，有生物活性暴露的風險，空調系統應獨立。不同潔凈級別維持壓差梯度。有生物活性的房間排風經過處理后排放，并保持相對負壓。

1.4 潔凈公用工程設計

1.4.1 制藥用水系統

純化水主要用于CIP系統、工器具清洗等工序。純化水以飲用水為原料制得，水質符合藥典標準。純化水通常采用常溫儲存和分配，并進行周期性的消毒[6]，以降低微生物負荷。純化水用點采用“U形三通+隔膜閥”組合，閥門處死角長度滿足3D原則。

注射用水主要用于配液及清洗的終淋等工序。注射用水以純化水為原料蒸餾制得，水質應符合細菌內毒素試驗要求。注射用水可采用70 ℃以上保溫循環，進行周期性滅菌，以防止微生物污染。注射用水用點可采用零死角塊閥和多通道閥門。

純蒸汽主要用于滅菌和關鍵崗位的空調加濕。純蒸汽以純化水為原料制得，并檢測干燥度，過熱度，不凝氣體含量等指標，純蒸汽冷凝水應達到注射用水標準。純蒸汽用點設計應保證冷凝水及時排放，降低微生物和內毒素的污染風險。

1.4.2 壓縮空氣和潔凈氧氣

壓縮空氣主要用于物料轉移和儀表氣。壓縮空氣采用無油螺桿空壓機制得，工藝壓空用點需要在終端設置除菌過濾器。

潔凈氧氣主要用于細胞培養。可采用鋼瓶匯流排或分子篩制氧機組獲得。氧氣用點需要在終端設置除菌過濾器。

1.4.3 廢水滅活

破碎、純化等操作產生的生物活性廢水應統一收集，經121 ℃蒸汽滅活后，方可排入污水處理系統。

2 案例分析

圖2展示了某生物制品公司的重組疫苗原液生產車間設備布置。本項目采用重組工程菌經過菌種、發酵、粗純、精純、吸附（不帶菌）等步驟得到原液，該工藝步驟長，易發生交叉污染、混淆。生產過程中伴隨重組工程菌及碎片，易產生污染。該車間是改造項目，原液生產車間及空調系統新建，制劑車間、器具清洗及潔凈公用工程系統可以依托原有工程。由于是改造項目，平面布局受到一定限制。根據本項目以上的特點，在設計過程中做了如下考慮：

圖2 基因重組疫苗案例Fig.2 The case of recombinant vaccine workshop

（1）根據產能分析，本車間需要設置兩條生產線，綜合考慮平面的局限和生產管理的需要，設計兩條相互獨立的平行生產線，空調系統獨立，配液系統共用。兩條生產線采用相同的配置，方便施工和生產運行管理。配液區、CIP等輔助區域與生產區域分開，避免了輔助區域的染菌風險。

（2）本車間設置三臺組合式空調，其中兩條生產線的菌種、發酵、粗純、精純等帶菌功能間、退更、滅菌及帶菌走廊單獨設置空調，粗純間、精純間有工程菌碎片污染風險，不回風。吸附間及配液間等不帶菌區域沒有生物安全風險，共用一臺空調機組。

（3）本車間兩條生產線采用人、物單向流設計。設置潔凈走廊和退出走廊，人員在更衣后進入D級潔凈走廊，菌種、發酵、初純、精純的崗位操作人員經過正壓緩沖進入帶菌走廊直接進入生產崗位，人員退出時需退更后進入退出走廊。待清洗器具需要滅活后送到清洗中心洗滌；廢棄物先經滅活后送到廠區指定地點集中處理；廢水收集后，蒸汽滅活后方可進入污水系統，最大程度降低生物安全風險。

通過以上措施，在局促的平面中設置了兩條平行重組疫苗生產線，并配套配液、CIP等系統。目前該車間已完成改造，順利通過GMP認證，為該疫苗的生產提供了保障。

3 結束語

重組疫苗生產車間設計需要符合生產工藝，遵循GMP等法規，合理組織人物流，滿足生物安全要求。本文提供了一種重組疫苗生產車間的布置方案，隨著生物制藥行業不斷發展，重組疫苗車間設計經驗仍需在實踐中不斷完善和改進。