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高质量生物反应器+数字化服务=产业新进程,新挑战激发新动能

2021-11-04 08:30
2020年,新冠肺炎疫情在全世界无情蔓延,这个突发的卫生公共事件瞬间让世界人民进入了一级警戒状态。截至北京时间2021年10月14日,Worldometers世界实时统计数据显示,全球累计确诊新冠肺炎(COVID-19)达到239,863,590例,累计死亡病例4,887,927人。面对这样可怕的敌人,民众对疫苗的爆发式关注给中国生物制药行业带来了新的机会点,生物制药领域一时被推上了风口浪尖。   
如果说许多国家和行业都因为疫情被按下了暂停键,那中国无疑是其中元气恢复的**、最快的。在国家各项政策、资源调配都向疫情的防疫倾斜时,以疫苗及抗体为代表的中国生物制药行业作为不可忽视的“主力军”在病毒防疫这场战役上发挥了不可替代的作用。
当然,随着生物制药产业进一步被关注,中国生物制药设备市场需求也进一步扩大。机遇迸发的同时,生物制药设备行业面临的挑战也再一次凸显:设备中高端市场的严重缺位,行业整体创新能量薄弱,药企对国产生物制药设备的信任度低下,都在不断向生物制药核心设备的国产化和高质量化提出新的要求
其中最为重要的生物反应器作为抗体生产的上游核心设备,它必须要能够**程度地发挥细胞株的潜能和工艺技术水平。生物反应器的核心设计思想是提供**的细菌或细胞生长条件实现快速规模化的生产,它能通过提供合适的温度、压力、DO、 pH、渗透压、有效的底物、营养盐、维生素及控制合适的代谢物浓度来支持这个自然过程,使细胞能进行生长和新陈代谢。
作为生物制药生产过程中的关键设备,生物反应器需要同时提供适宜的多参数控制条件,这对生物反应的硬件设计、软件设计和培养工艺都提出了较高的要求。特别对于哺乳动物细胞培养来讲,具有培养周期长,细胞对剪切力高度敏感、高发泡倾向和毒性敏感等特性。细胞生长更容易受到剪切力、环境污染、温度波动等因素影响,这对生物反应器的供应商来说都是不小的挑战。
据不完全统计,国内生物反应器企业近20家,且几乎都是不锈钢搅拌式反应器,行业竞争异常激烈,但质量和技术水平仍然不高。而在这众多的生物反应器供应商之中,上海森松制药设备工程有限公司就很值得拿出来说一说。
作为核心设备和数字化智能化工程解决方案领域的领跑企业,森松早在10多年前就看准了生物反应器在生物制药行业的巨大发展空间。森松通过合作引进日本和欧美的先进技术和人才,早在2012年就采用森松Pharmadule的模块化厂房技术建立了适合细胞培养的生物工程实验室,通过实际的细胞培养,对生物反应器进行系统的研发、生产测试和持续迭代改进。经过十多年的发展,森松已经建立了高质量的生物反应器的实验测试、工艺放大设计、自控设计、生产制造、品质管理的完整体系,率先在国内实现了核心设备国产化。在生物反应的供气、搅拌、温控、尾气、采样、收获和软件控制等方面均形成了与世界先进技术同步的成熟设计。
2019年,森松向全球**的CDMO企业交付了6000L规模的生物反应器。这一项目直接改写了国产大规模生物反应器无出口欧美的历史。时隔2年,森松再次承接了瑞士巨头CDMO公司多套20KL用于抗体生产的生物反应器项目,为全球**规模的生物反应器项目之一。
那么,国际CDMO巨头为什么会多次选择森松?森松的生物反应器到底有何不同才能在国内外众多竞争者中拿走这一块蛋糕?
观看国内的生物反应器公司,**的问题就是在于缺乏生物过程技术的研究力量以及工艺、工程、装备一体化的研究体系。国产生物反应器还不能随着生物技术的发展同步实现符合 GMP 要求的生物反应器的开发能力。另外,对于生物技术深度结合的高度自动化的实验室装置也缺乏深度研制和工程实践能力,更多的是以简单的仿制为主。有专家指出,国内生物反应器缺乏技术创新、核心技术,加上反应罐和主要配件质量的良莠不齐,造成了国产生物反应器只能在动物疫苗等行业进行价格竞争的局面。目前,国内生物反应器市场主要被美国 ABEC、德国 Sartorius、瑞士Bioengineering等进口品牌垄断。大多数国产生物反应器在生产品质和生产效率上与国外进口品牌还存在一定差距。
其主要表征为:
①材料选用的安全性较低;
②功能设计、结构设计、设备外观设计较差,设备接口设计的无污染性难以得到保障;
③控制系统的精度和稳定性较差;
那么如何打破进口垄断的局面,为核心设备国产化争得一席之地?除了上面提到的建立生物反应器的实验测试、自控设计、生产制造的完整体系。森松的生物反应器在工艺放大设计和品质管理两方面下了苦功夫,形成了自己的核心竞争力。
放大设计可以说是生物反应器的核心技术。从小试或中试生产来讲,对细胞生长环境的满足相对容易实现,但在千升级或万升级规模的生长环境中,要保持与小试或中试生物反应同样生长条件具有较高的难度。反应器的传质、传热均匀性要求与细胞剪切力耐受相互冲突,pH控制和CO2移除也面临挑战。在放大设计过程,需要通过CFD流场模拟来确定每种细胞培养工艺条件下的**罐体高径比、搅拌桨叶型式和规格、通气速率、通气结构的型式和规格。以罐体高径比为例,高径比对氧和二氧化碳在罐内溶解度有直接的影响。高径比越大,有利于增加气体在罐内的停留时间和溶解度,有利于增加传热面积;但高径比大也容易造成罐子底部和表层的气体溶解度差值增大,罐子底部和表层的培养基组分浓度差异增大,pH值、温度等关键参数达到均一性的难度也成倍增加。
国内企业为什么更多选择进口的生物反应器,放大设计的稳定性是很重要的考量。而据内人士透露,森松结合其20多年的工程经验,在满足工艺设计放大的产品方面就从未有过失败的案例。
根据市场数据显示,目前森松在国际项目中与全球前20大制药巨头的合作比例超过80%,是许多国内外领先生物制药公司的首选供应商。那么森松到底是凭借什么拔得头筹,拿下多个国际大厂订单?我想主要源于森松的品质管理理念和优质的服务。
对比其他国产供应商,我们还是从这三个方面来看区别:
①从选材来讲
森松利用自身的行业龙头的优势,有效控制原材料的渠道,确保原材料的品质可控。例如对板材的选择采用质量稳定的无底伤板,有效控制板材表层的点状凹坑,有利于保证反应器的耐腐蚀性能和清洁验证。
②从工业设计来讲
利用森松Pharmadule的资源对生物反应器进行工业设计,在整体的外观和细节设计、可操作性方面不断提升。
③从控制系统的精度和稳定性来讲
自控方面,森松将生物反应器系统的功能模块化,譬如温度控制、pH控制、DO控制、补料关联控制等均经过大量项目验证,已经标准化。可以根据客户的工艺搭建定制化的工艺配方系统。确保系统的稳定性和灵活性。同时与高校建立合作关系,研究生物反应器的PAT(Process Analytical Technologies,过程分析技术)技术,通过过程参数在线检测,软件分析后自动实现补料等反馈控制,为客户的工艺优化和自动执行优化工艺提供技术支持,加速提高用户的研发进程和降低用户的工作量。
其实在中国对外开放格局不断增强的大背景下,制造业市场准入也在不断放宽。走出去,参与国际合作与竞争,让核心设备国产化是国内制造业企业的“必修课”。面对更加广泛和复杂的竞争环境,森松国际给出的经验是持续深耕、不断创新。
为了帮助客户实现精益化的建造和生产运营,实现快速的产业化,森松率先在行内践行数字化服务。根据国内外市场行业形势以及国家“智能制造2025”政策,森松提出了公司智能模块化生产制造以及数字化工厂建设,为客户提供从方案设计、项目交付以及后期运维在内的全生命周期的数字化服务。一举从传统制造业向智能高端制造业转型。
森松通过整合价值链,从数字化设计、数字化制造、数字化安装、和数字化运维四个维度赋能,提供附加值更高的高端生物反应器。在数字化设计方面,森松凭借强大的数据模型库和专业的设计软件,将项目生命周期中所有的信息集成在数字化管理平台上,以可视化和模块化的方式呈现给用户,同时确保数据在各个阶段的一致性。设计中的三维模型可通过云端实时共享,无论身处何方,客户通过互联网就能进入三维场景中参与工厂的设计。森松的整个数字化制造可以极大提高生产效率和产品质量的稳定性。据了解,森松数字化制造的生产订单可以由MES统一下达到各个工位,自动化制造设备实时调用所需的加工信息。
同时,森松在EPC的基础上,扩展了两个”O”,分别是运行(operation)和优化(optimization)。在运行阶段,有电子批记录、设备运维、操作培训等。而在优化方面,有工艺分析、故障分析等。而最终这些分析的结果,将反哺设计。为工厂及核心设备的升级改造,提供理论和决策依据,从而形成闭环,真正做到数字化运维。
如果说在生物反应器领域,一直以来龙头似乎并不明确,但森松却凭借前沿的工程理念和先进的建造方式,在这个领域取得了同行难以比肩的成绩,率先实现了高端生物反应器技术自主国产化,使得高品质的关键设备在中国得以突破,为行业发展起到了引领作用。伴随着此次疫情,生物制药行业的经济进入了换挡期,说是藏着未来世界经济发展的秘钥恐怕也不为过,而其核心生物反应器及其产品行业也进入了品牌竞争的时代。在新的市场环境下,无论是国内还是国外的上下游企业,都应顺应发展趋势,结合自身特色,形成独特的品牌竞争力,向更加多元化的方向发展。
文章来源:森松