生物製劑在醫學治療及檢驗上佔有不可或缺的地位,包括醫療級疫苗、實驗用單株抗體、醫藥級單株抗體、蛋白質藥物、實驗用酵素等。隨著全球疫情的爆發和新興療程的成功開發,蛋白質製劑的需求日益重要。全球市值每年預計以8.3%成長,從2021年市價約為2千6百億美元,預估到2026年將達3千9百億美元。近年來,許多美國FDA核准的生物藥品專利將屆滿,預計將有許多廠商投入生物相似性藥品的研究與開發,進而引進大量生產設備。然而,生物製劑生產並非易事,主要原因是蛋白質在生產過程中容易失活或降解,需要盡早進行純化。此外,蛋白質種類多樣,有效期限短,大量生產具有風險。在生產過程中,蛋白質也面臨著高風險的汙染,例如微生物或批次交叉汙染。這些因素使得許多廠商無法像大型藥廠一樣投入大量資本進行大型生產設備的購置,尤其純化是決定產品是否能量產的重要製程。為了克服上述挑戰,我們團隊透過3D微流體網路導流技術,並結合智能調控開發出連續式蛋白質純化系統。相較於傳統的批次純化製程,此連續式純化系統使得蛋白質能在尚未失去活性前即以連續方式進行純化,同時提高了整體的容積生產率。搭配自動化系統和即時偵測裝置,可以在純化過程中立即得知產物的純化結果,並通過調整純化參數以獲得最佳的純化程序。此純化系統的整體尺寸約為桌上型電腦主機大小,並包含冷卻系統,可以現場部署並完成純化任務。其主要創新特色包括:(1)整併純化程序,將原本控制組件從16 組大幅減少為 2 組。由於純化程序變少,讓使用者能進行簡易操作,讓整體純化時程縮短為原本之1/4。(2) 整合控制元件與管線,將管線與控制閥整合於單一元件,減少管線使用量達90%。(3) 可拋棄式控制組件,能排除交叉汙染與減少清洗維護時間至少2至3小時。(4) 設備小型化,系統微小化後能減少無效體積達90%。(5)智慧操作,讓使用者更具所需純化條件,進行流程的最佳化排定。
(6)全封閉系統,除了進料口與產品出口外,整體設備都與外界隔絕,以避免純化
時所造成之汙染。本團隊所開發之連續蛋白質純化技術能夠有效解決傳統生物製劑生產面臨的挑戰,提供更高效、可靠且可控的蛋白質純化方法。更重要的是其所產生之經濟效益能讓企業減少溶劑及層析樹脂使用量達75%,以及省去額外系統清洗所花費的時間。此創新之研發未來將有助於滿足不斷增長的蛋白質製劑需求,並促進生物製劑行業的發展。