1、Chinese Health Resources，November 2022，Vol.25，No.6http:/682生物药（bio-therapeutics）是指采用生物技术制备的、临床上用于疾病治疗的大分子生物制品，具有结构复杂、异质性高等特点1。生物类似药的名字源自“biosimilar”的中文翻译，之所以称为类似药而不是仿制药，原因在于重组表达的生物大分子药物本身（包括原研药）的复杂且相对不均一的特性2。由于研发的技术难度、临床研究的长时间及临床效果的不确定性，生物药研发投入成本高昂，上市后价格居高难下，普通患者难以承受。生物类似药的研发和上市极大地降低了患者使用负担，提高了生物药的可
2、及性。生物药难以像小分子化学仿制药一样易于仿制并得到结构完全相同和均一的活性物质，故化学仿制药的评价原则和法规并不适用于生物类似药3。2006年欧盟率先提出“生物类似药”的概念及相关技术要求，随后，世界卫生组织、韩国、日本和美国也相继发布了生物类似药的相关技术要求。2015年2月国家食品药品监督管理总局颁布了 生物类似药研发与评价技术指导原则（试行）（以下简称 指导原则），文件明确生物类似药是指在质量、安全性和有效性方面与已获准上市的参照药具有相似性的治疗性生物制品4。指导原则 基本与国际通行的世界卫生组织、美国食品药品监督管理局（FDA）和欧盟药品监督管理部门（EMA）执行的政策一致，主要有
3、四大原则：逐步递进原则、比对原则、相似性原则和一致性原则。在整个生物类似药的研发过程中，与参照药的比对贯穿始终，开发过程中所采用工艺、处方和分析方法等应与参照药保持一致（一致性原则）；药学、非临床和临床的研发逐步递进，只有前面取得相似性的结论，后面的研究才能继续相似性评价（逐步递进和相似性原则）5。同时，指导原则 也指出，此指导原则适用于结构和功能明确的治疗用重组蛋白质制品，因此，本文主要讨论重组表达的生物大分子的生物类似药。生物大分子本身内在的复杂的结构性质和特点，生产工艺上的微小区别，如由不同宿主细胞生产的控制条件、表达环境及纯化制备过程和条件等，都可能使其类似药与参照药间在产品纯度、杂质
4、种类和活性方面有所不同，从而产生安全、有效性的差异。因此，生物类似药的研发和生产与创新药相比有其本身的特点：一方面其最突出的特点是在药物开发的各个阶段与参照药的相似性的对比贯穿始终；另一方面由于知识产权保护、参照药工艺保密等原因，生物类似药的生产工艺不可能与参照药完全一致，这也加大了相似性评估的难度。本文从生物类似药生产工艺开发的特点、生产放大的特点和质量研究的特点进行了分析，并佐以实例进行说明，以期为生物类似药的开发提供参考思路。基于研发和生产视角的生物类似药特点分析刘升波，艾丽静，艾现伟，车立平，曹平，刘传磊，安振明齐鲁制药有限公司，山东 济南 250100本文链接 http:/doi.o
5、rg/10.13688/ki.chr.2022.220632【摘要】生物类似药近年来得到快速发展，其研发和上市极大地降低了患者使用负担，提高了生物药的可及性。由于生物大分子本身内在的复杂结构和理化特点，生产工艺上的微小区别都可能使生物类似药与参照药间产生安全性、有效性的差异。生物类似药的研发和生产与创新药相比有其独有的特点。结合国内外生物类似药的法规要求，基于研发和生产视角，从工艺开发、生产放大和质量相似性评价等角度探讨生物类似药的特点，以期为生物类似药的开发提供参考。【关键词】生物类似药biosimilar；研发development；生产manufacture；相似性评价similarit
6、y evaluation【引用】刘升波，艾丽静，艾现伟，等.基于研发和生产视角的生物类似药特点分析J.中国卫生资源，2022，25（6）：682-687生物类似药发展【作者简介】刘升波，高级工程师，博士，主要从事生物类似药开发研究，shengbo.liuqilu-【通信作者】安振明，zhenming.anqilu-【中图分类号】R945；R19 【文献标志码】A 【文章编号】1007-953X（2022）06-0682-06683中国卫生资源 2022年11月 第25卷 第6期http:/1生物类似药生产工艺开发的特点与创新药可选择适合产品本身的工艺不同，生物类似药的生产工艺的开发主要围绕产品
7、质量与参照药的相似性开展，一般采用“逆向工程”的研发策略（reverse engineering）。首先，尽可能地收集多批次、具有代表性的参照药，使用多种正交分析技术（以多种方式测量多个属性）对参照药进行详细分析，采用这些数据创建生物类似药可接受特征的边界。然后，采用“迭代模式”（iterative mode）进行生产工艺开发。通过在上游分子构建/克隆筛选、发酵/细胞培养、下游纯化等阶段反复优化，确定生物类似药的制备工艺可以生产出与参照药质量相似的产品。最后，通过对生物类似药和参照药进行充分的相似性比对研究，获得与参照药相同的临床适应证应用6。1.1上游工艺研发宿主细胞是生物药开发的基础，指导
8、原则 指出：“应考虑参照药所使用的宿主细胞，也可采用当前常用的宿主细胞。对与参照药不一致的，需进行研究证明与有效性、安全性等方面无临床意义的差别。”4由于生物药分子的复杂性，不同类型的宿主细胞往往会产生不同类型的杂质差异，如二硫键、翻译后修饰、糖基化等产品相关杂质的差异7-8，这有可能会对后期与参照药相似性研究造成难以解决的困难。因此，企业在开发生物类似药时大多会选择与参照药相同的宿主细胞，只有在由于技术或专利等原因无法实现时才会选用其他宿主细胞，并进行充分的评估。上游工艺条件比如培养基组成、pH、温度、溶氧等参数会对产品质量产生重要影响，尤其是翻译后修饰、糖基化等产品相关杂质。这些修饰由于在
9、相对分子质量、电荷性质等方面与目的蛋白非常相似，因此难以通过纯化步骤去除，需要对上游工艺反复优化获得与参照药相似的产品纯度。例如，抗体的糖基化影响产品的有效性和安全性，不同糖型影响到抗体空间结构，进而影响Fc段介导的效应功能9。对生物类似药来说，糖基化作为主要的关键指标，在工艺开发过程中更需要注意与参照药的相似性。齐鲁制药有限公司开发的某单抗类生物类似药初期，发现与参照药的糖基化有明显差异，主要表现在去岩藻糖化糖（A-fuc）比例为参照药的1.3倍，导致抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）显著高于参
10、照药。同时，半乳糖苷化糖（Gal）比例也高于参照药。通过培养工艺的优化和调整，从细胞密度、培养温度和补料体积等方面进行研究，结果表明，培养温度和培养后期的pH控制是影响糖型比例的关键控制条件，优化后产品质量与参照药基本一致，达到相似性要求。见图1。1.2下游纯化工艺研发生物药的下游纯化步骤主要目的为去除工艺相关杂质和产品相关杂质，获得高纯度的原液。生物类似药的开发关键点是产品质量与参照药的相似性，因此纯化工艺在生物类似药的开发中尤为重要。生物类似药的纯化步骤应根据产品特点设计，尽量与参照药保持一致，尤其是工艺步骤的原理和先后顺序及中间过程控制的要求4。由于知识产权等因素，生物类似药的生产商往往
11、不能获得参照药生产过程的具体信息，增加了产品被精确复制的难度。生物类似物一般具有较为繁杂的分离纯化步骤，采用不同的纯化方法会得到不同的产品质量属性。需要综合分析参照药的关键质量属性，确定纯化工艺使用的层析、过滤等方法，纯化步骤的先后顺序及过程控制也会影响目标蛋白的纯度和活性等质量属性。此外，还要关注步骤中的温度、pH、缓冲液体系等都可能会影响目标蛋白的活性。与创新药相比，生物类似药在下游纯化工艺开发中最大的挑战还是杂质的种类和含量与参照药的相似性。若存在未知杂质，则需要进行大量的分离鉴定工作，以证明杂质对安全有效性的影响，而这种鉴定和评估往往是非常困难的，因此去除未知杂质是最佳选择。在创新药开
12、发过程中，痕量的杂质在工艺开发过程中可能不需要特别关注，但是在生物类似药的分离纯化过程中，除了需要根据蛋白自身的理化性质和图1上游工艺优化前后糖型比例与参照药对比Chinese Health Resources，November 2022，Vol.25，No.6http:/684纯化原理设置合理的纯化步骤，还要对比参照药质量对纯化步骤的参数进行反复优化，以期达到质量相似的目标。例如，齐鲁制药有限公司在PEG-G-CSF生物类似药（参照药Neulasta）的下游工艺开发过程中，初期工艺获得的产品在IEC-HPLC检测时发现拖尾杂质，含量大约0.8%，但参照药并不含有此杂质。通过大量的纯化工艺优化
13、，包括筛选层析介质种类、优化层析上样和洗脱条件等方法，最终成功去除了此杂质，实现了与参照药的质量相似。见图2。图2PEG-G-CSF生物类似药纯化工艺优化前后和参照药Neulasta的IEC-HPLC对比图谱1.3制剂工艺研发指导原则4规定，生物类似药应进行处方筛选研究，并尽可能与参照药一致。对不一致的，应有充足的理由。一般来说，制剂处方与参照药保持一致可以保证产品的稳定性、药代动力学等的一致性。但在现实中，企业开发时由于专利保护等原因，生物类似药的制剂处方可能无法与参照药一致。这种情况下，应对制剂处方进行充分的研究，比较产品质量、稳定性等，同时在临床前药理毒理研究和临床研究阶段进一步确证安全
14、性和有效性的一致。2生物类似药生产放大的特点生物类似药在工艺开发完成后即需要进行逐级放大到商业化生产规模。在规模放大前，需由研发、生产、质量控制、质量保证等多部门联合进行规模差异风险评估，基于已获得的产品相关知识和经验，对放大前后的任何设备差异、工艺条件差异等进行风险分析，并对风险项进行研究。第一次在生产规模放大可先进行工程批（engineering batch）生产，用于收集工艺数据、质量数据和稳定性数据，这些数据对于后续的临床样品生产、工艺验证等非常有价值。规模放大需要密切关注与规模相关的参数和工艺条件的变化对产品质量的影响，如上游工艺放大过程中搅拌和混匀的变化、下游工艺放大过程中引起的温
15、度和工艺时长变化等，并将与参照药的质量对比研究贯穿其中。工艺表征（process characterization）在生物类似药的工艺开发过程中也发挥着重要作用。本着质量源于设计的理念，候选药与参照药的质量相似性与工艺条件参数的设定息息相关。因此，在工艺表征时应同时充分考虑参照药质量的相似性范围和产品质量标准，并在工艺表征过程中作为设计空间（design space）的依据。如果仅以产品质量标准为设计空间的依据，获得的产品质量在相似性评估时会存在一定风险。所以，生物类似药工艺参数的操作范围较创新药更窄，从而大规模生产上的可操作性受到限制，工艺的控制难度更大。此外，生产工艺规模放大属于中等以上的
16、变更，通常发生在非临床研究之后、确证性临床研究之前，因此需要可比性研究证明变更前的非临床和临床数据适用于变更后的产品，以推进开发并最终支持其获得上市批准。成功的规模放大，产品产量、收率、质量和稳定性应与放大前保持一致，并与参照药相似。工艺变更的可比性研究可参照ICH Q5E 生物制品在生产工艺变更前后的可比性 进行。3生物类似药质量研究的特点生物类似药的质量研究聚焦于与参照药的相似性评估，目的是确立生物类似药和参照药之间的相似性，同时排除两者可能存在的差异，以确认参照药所具备的安全性和有效性可以适用于生物类似药。国内外指导原则对于“质量相似性”的阐述大同小异。例如：世界卫生组织的指导原则认为，质量可比性应包括“生产工艺、结构表征、质量标准、分析技术和稳定性”10；欧盟的指导原则认为，质量相似性研究主要包括“理化性质、生物活性、免疫化学、纯度与杂质和含量”5个方面11；美国的相关指导原则认为，质量相似性研究应关注“表达系统、生产工艺、理化性质、功能活性、受体结合与免疫学、杂质、参考品与参考质量标准、制剂和稳定性”等方面12。国内的 指导原则 指出药学685中国卫生资源 2022年11月
