Содержание статьи
- Введение в однократные системы
- Ключевые преимущества Single-Use систем
- Области применения однократных систем
- Сравнение с многоразовыми системами
- Проблема Extractables и Leachables
- Валидация и квалификация однократных систем
- Экологические аспекты и утилизация
- Современные тренды и перспективы развития
- Вопросы и ответы
Введение в однократные системы
Однократные системы (Single-Use Systems, SUS) или технологии одноразового применения представляют собой одну из наиболее значимых инноваций в современном биофармацевтическом производстве. Эти системы включают в себя широкий спектр оборудования и компонентов, предназначенных для однократного использования в процессе производства биологических препаратов, после чего они подлежат утилизации.
За последние два десятилетия индустрия биопроизводства претерпела существенную трансформацию. Если в начале 2000-х годов доминировали традиционные системы из нержавеющей стали, требующие сложных процедур очистки и стерилизации, то сегодня однократные технологии занимают все более прочные позиции. Согласно данным исследований рынка, глобальный рынок однократных биопроцессинговых систем в 2024 году оценивался приблизительно в 30-32 миллиарда долларов США и прогнозируется достичь 112-147 миллиардов долларов к 2034 году, что соответствует среднегодовому темпу роста около 15-16 процентов.
Ключевые преимущества Single-Use систем
Внедрение однократных систем в биофармацевтическое производство обусловлено рядом существенных преимуществ, которые делают их привлекательными для производителей биологических препаратов различных масштабов.
Операционная гибкость и сокращение времени
Одним из главных преимуществ SUS является значительное сокращение времени между производственными циклами. Традиционные системы из нержавеющей стали требуют проведения процедур очистки на месте (Clean-in-Place, CIP) и стерилизации паром (Steam-in-Place, SIP), что может занимать от нескольких часов до нескольких дней. Однократные системы поставляются предварительно стерилизованными и готовыми к использованию, что позволяет производителям быстро переключаться между различными продуктами и сериями.
Снижение риска перекрестной контаминации
Использование новых компонентов для каждой производственной серии практически исключает риск перекрестной контаминации между различными продуктами. Это особенно важно при производстве высокоактивных соединений или в мультипродуктовых производственных помещениях.
| Параметр | Однократные системы | Традиционные системы |
|---|---|---|
| Время подготовки к производству | 2-4 часа | 1-3 дня |
| Необходимость в CIP/SIP | Не требуется | Обязательна |
| Риск перекрестной контаминации | Минимальный | Требует контроля |
| Гибкость производства | Высокая | Ограниченная |
| Потребление воды | Низкое | Высокое (до 300-500 л/цикл) |
| Максимальный объем единичной системы | До 6000 л (развивается) | Более 20000 л |
Экономические факторы
Первоначальные капитальные затраты на внедрение однократных систем значительно ниже по сравнению с установкой традиционного оборудования из нержавеющей стали. Производственные помещения требуют меньшей площади, поскольку отсутствует необходимость в размещении систем CIP/SIP и связанного с ними оборудования. Однако необходимо учитывать регулярные операционные расходы на приобретение расходных материалов.
Экономическое обоснование
Для производственного масштаба 2000 литров, однократные системы обеспечивают снижение совокупного энергопотребления на 30-40 процентов по сравнению с традиционными системами за счет исключения процессов CIP/SIP, которые требуют значительных затрат энергии на нагрев воды и пара.
Области применения однократных систем
Однократные технологии нашли широкое применение практически во всех этапах биофармацевтического производства, от upstream до downstream процессов.
Биореакторы одноразового использования
Однократные биореакторы стали революционным решением в области культивирования клеток. Современные одноразовые биореакторы доступны в диапазоне объемов от нескольких литров до 6000 литров, причем производители продолжают работать над увеличением максимальных объемов.
Пример применения
Компания Lonza в октябре 2024 года приобрела производственную площадку Roche's Genentech в Vacaville стоимостью 1,2 миллиарда долларов США, значительно расширив свои мощности по крупномасштабному производству биологических препаратов с использованием однократных технологий для удовлетворения растущего спроса на терапевтические препараты на основе клеток млекопитающих.
Системы фильтрации
Сегмент фильтрации доминирует на рынке однократных биопроцессинговых систем. В 2024 году этот сегмент занимал ведущее положение благодаря растущему внедрению однократных технологий в процессах фильтрации различного масштаба. Однократные фильтрационные системы эффективны для снижения биологической нагрузки, ультрафильтрации и полировки биомолекул.
| Тип системы | Применение | Типичный диапазон объемов |
|---|---|---|
| Одноразовые биореакторы | Культивирование клеток, ферментация | 50 л - 6000 л |
| Фильтрационные системы | Стерильная фильтрация, ультрафильтрация, очистка | От лабораторного до промышленного масштаба |
| Системы хранения | Хранение сред, буферов, промежуточных продуктов | 10 л - 3000 л |
| Системы смешивания | Приготовление буферов и сред | 50 л - 2000 л |
| Хроматографические системы | Очистка белков | Разрабатываются для промышленного масштаба |
Системы хранения и транспортировки
Однократные контейнеры для хранения обеспечивают безопасное хранение культуральных сред, буферов и готовой субстанции лекарственного препарата. Они изготавливаются из многослойных полимерных пленок, которые обеспечивают барьерные свойства и совместимость с биофармацевтическими продуктами.
Upstream биопроцессинг
Сегмент upstream биопроцессинга занимал наибольшую долю рынка (более 58 процентов) в 2024 году и ожидается, что будет демонстрировать самые высокие темпы роста в прогнозируемом периоде. Это обусловлено непрерывными разработками и совершенствованием технологий для upstream биопроцессинга, включая автоматизированные системы для оптимизации сред и подачи питательных веществ.
Сравнение с многоразовыми системами
Выбор между однократными и многоразовыми системами из нержавеющей стали является критически важным стратегическим решением для биофармацевтических производителей. Каждый подход имеет свои преимущества и ограничения, которые необходимо тщательно взвешивать.
Технические аспекты
Системы из нержавеющей стали имеют длительный срок службы (обычно до 600 производственных циклов) и могут быть изготовлены в объемах более 20000 литров, что делает их предпочтительными для крупномасштабного производства блокбастеров, таких как препараты для лечения онкологии или диабета. Однократные системы, напротив, ограничены максимальным объемом около 6000 литров, но предлагают непревзойденную гибкость и скорость развертывания.
| Критерий сравнения | Однократные системы | Системы из нержавеющей стали |
|---|---|---|
| Первоначальные капитальные затраты | Низкие | Высокие |
| Операционные расходы | Регулярная закупка расходников | Затраты на очистку, воду, пар, валидацию |
| Время вывода на рынок | Быстрое (недели-месяцы) | Медленное (месяцы-годы) |
| Масштабируемость | Модульная, быстрая | Требует значительных инвестиций |
| Подходит для | Клинические исследования, персонализированная медицина, мультипродуктовые производства | Крупносерийное коммерческое производство блокбастеров |
| Экологический след (общий) | Ниже за счет экономии воды и энергии | Выше из-за процессов CIP/SIP |
| Твердые отходы | Больше пластиковых отходов | Жидкие отходы от очистки |
Экономический анализ
Экономическое обоснование выбора между системами зависит от множества факторов, включая тип производимого продукта, объем производства, продолжительность производственного цикла и требования к гибкости. Для небольших объемов производства (клинические фазы 1-2) и высоко персонализированных терапий однократные системы обеспечивают существенное экономическое преимущество. Для крупносерийного производства коммерческих продуктов в объемах десятков килограммов в год системы из нержавеющей стали могут оказаться более экономически эффективными в долгосрочной перспективе.
Операционные преимущества
Однократные биореакторы обеспечивают более быстрое время оборачиваемости между сериями, что может способствовать увеличению числа производственных циклов. Системы из нержавеющей стали требуют более длительного времени оборачиваемости из-за необходимости проведения процедур CIP/SIP, что может занимать от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от сложности системы и требований валидации.
Проблема Extractables и Leachables
Одним из наиболее критичных аспектов использования однократных систем является оценка и контроль экстрагируемых (extractables) и выщелачиваемых (leachables) веществ. Эти термины описывают соединения, которые могут мигрировать из полимерных материалов, контактирующих с продуктом, потенциально влияя на качество, эффективность и безопасность биофармацевтического препарата.
Определения и различия
Extractables (экстрагируемые вещества) представляют собой соединения, которые могут быть извлечены из материалов системы первичной упаковки при воздействии растворителей или повышенной температуры в лабораторных условиях. Это потенциальные загрязнители, выявляемые в процессе экстракционных исследований в экстремальных условиях.
Leachables (выщелачиваемые вещества) - это соединения, которые реально мигрируют в лекарственный препарат из системы первичной упаковки в нормальных условиях использования. Leachables могут отрицательно влиять на жизнеспособность и продуктивность клеток или сохраняться в процессе очистки, представляя риск для пациента, если остаются в конечном лекарственном продукте.
| Аспект | Extractables | Leachables |
|---|---|---|
| Условия выявления | Экстремальные лабораторные условия (сильные растворители, повышенная температура) | Реальные условия использования продукта |
| Цель исследования | Определить потенциальные загрязнители | Выявить фактические загрязнители в продукте |
| Время проведения | На этапе разработки и квалификации | При валидации процесса и в рутинном производстве |
| Регуляторная значимость | Предварительная оценка рисков | Прямое влияние на безопасность пациента |
Регуляторные требования
Регуляторные органы, включая FDA и EMA, требуют оценки экстрагируемых и выщелачиваемых веществ для обеспечения безопасности пациентов. Ключевыми руководящими документами являются:
USP 665 и USP 1665: Обновленные главы Фармакопеи США, охватывающие пластиковые компоненты и системы, используемые для производства фармацевтических лекарственных препаратов и биофармацевтиков. Глава USP 665 определяет обязательные требования, в то время как глава USP 1665 содержит руководство по подходам к оценке рисков. Обе главы официально одобрены в 2024 году и вступят в силу с 2026 года.
Протокол BioPhorum (BPOG): Руководство BioPhorum Operations Group по стандартизированному тестированию экстрагируемых веществ для полимерных компонентов одноразового использования, применяемых в биофармацевтическом производстве, опубликованное в 2020 году. Этот протокол широко используется поставщиками биопроцессингового оборудования и производителями биофармацевтической продукции в качестве передового опыта.
Методология исследований
Исследования extractables обычно включают множественные экстракции с использованием как органических, так и водных растворителей при повышенных температурах и длительном времени воздействия для выявления потенциальных экстрагируемых веществ в наихудших условиях. Используются различные аналитические техники, включая газовую хроматографию с масс-спектрометрией (GC-MS), жидкостную хроматографию с масс-спектрометрией (LC-MS) и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS).
Исследование NIBRT
Национальный институт исследований и обучения в области биопроцессинга (NIBRT) провел масштабную оценку extractables и leachables в 34 однократных пакетах от различных производителей, представляющих восемь различных типов многослойных пленок. Исследование показало, что тип полимера и дата производства были наибольшими факторами, влияющими на профили extractables/leachables в различных пакетах.
Риск-ориентированный подход
Оценка extractables/leachables должна начинаться с риск-анализа производственного процесса для определения того, какие компоненты находятся в области рассмотрения. Компоненты в однократных системах должны быть совместимы и не реагировать с процессным потоком в заданных процессных условиях. Если необходимо использовать компонентный материал с ограниченной совместимостью, процессные условия должны быть скорректированы для минимизации риска для безопасности пациента.
Валидация и квалификация однократных систем
Валидация однократных систем представляет собой комплексный процесс, который существенно отличается от валидации традиционного оборудования из нержавеющей стали. Основное отличие заключается в том, что невозможно использовать в реальном производстве идентичный компонент, который был квалифицирован, так как каждый компонент используется только один раз.
Основные принципы валидации
Валидация однократных систем должна включать три основных области. Первая область связана с самой производственной операцией, что зависит от предполагаемого использования (асептические операции, кратковременное или долговременное хранение продукта, уровни закрытости процесса, стадия клинической разработки, коммерческое производство). Вторая область может потребовать валидации производственного процесса для компонентов одноразового использования и систем обеспечения качества, применяемых поставщиком. Третья область включает оценку фактической цепочки поставок однократной системы и стабильности этой цепочки поставок.
| Этап квалификации | Описание | Особенности для SUS |
|---|---|---|
| URS (User Requirement Specification) | Спецификация требований пользователя | Особое внимание к совместимости материалов и процессному потоку |
| DQ (Design Qualification) | Квалификация проекта | Акцент на понимание того, как система будет использоваться операторами |
| IQ (Installation Qualification) | Квалификация установки | Требуется при каждом использовании системы |
| OQ (Operational Qualification) | Операционная квалификация | Тестирование функциональности в рабочем диапазоне |
| PQ (Performance Qualification) | Квалификация производительности | Демонстрация соответствия заданным параметрам процесса |
Роль поставщика
Пользователи однократных систем в значительной степени зависят от системы качества поставщика. Обзор системы качества поставщика должен быть частью квалификации поставщика. Поскольку пользователи обычно не могут проводить входной контроль перед использованием однократных систем, предназначенных для внедрения в производство, они также более зависимы от практик квалификации продукции поставщика.
Документация и отчетность
Поставщики однократных систем должны предоставлять комплексные пакеты документации, включающие Material Qualification Dossiers (MQD) с информацией о фундаментальных свойствах материала, производственных блок-схемах, характеристике продукта и регуляторных заявлениях. Quality Management Dossiers (QMD) включают самооценку качества с документированием детальной информации о поставках материала, включая полную цепочку хранения от производства до окончательного выпуска.
Стерилизация и целостность
Валидация стерилизации однократных систем следует гармонизированным международным стандартам, описанным в общем документе ANSI/AAMI/ISO 11137.2. Квартальные аудиты дозы процессов стерилизации обычно проводятся для мониторинга дозы облучения на постоянной основе. Тестирование целостности во время производства сборок проводится в соответствии с управлением рисками, поскольку отсутствует отраслевое руководство по тестированию целостности однократных сборок, используемых в биофармацевтическом производстве.
Экологические аспекты и утилизация
Экологическое воздействие однократных систем является предметом активных дискуссий в биофармацевтической индустрии. В то время как очевидной проблемой является образование пластиковых отходов, комплексная оценка жизненного цикла (Life Cycle Assessment, LCA) представляет более полную картину экологического воздействия.
Анализ жизненного цикла (LCA)
Множественные независимые исследования LCA, проведенные в соответствии со стандартами ISO 14040 и ISO 14044, последовательно демонстрируют, что однократные технологии обычно имеют более низкое общее экологическое воздействие по сравнению с традиционными многоразовыми технологиями. Это обусловлено главным образом сокращением потребления воды, снижением использования очищающих химикатов и меньшим потреблением энергии.
| Категория воздействия | Однократные системы | Традиционные системы (нержавеющая сталь) |
|---|---|---|
| Изменение климата (парниковые газы) | Ниже (обычно на 20-40%) | Выше из-за энергозатрат на CIP/SIP |
| Совокупный спрос на энергию | Значительно ниже | Высокий (стерилизация паром, очистка) |
| Потребление пресной воды | Минимальное | Очень высокое (300-500 л на цикл очистки) |
| Токсичность для человека | Ниже | Выше (использование химикатов для очистки) |
| Твердые отходы | Выше (пластик) | Ниже |
| Жидкие отходы | Минимальные | Значительные (стоки от очистки) |
Ключевые результаты исследований LCA
Исследования показали, что переход от традиционных долговечных технологий процессинга к однократным технологиям может привести к существенному снижению совокупного спроса на энергию, потенциала глобального потепления и использования воды для производства моноклональных антител. Хотя однократные технологии вводят необходимость в производстве, распределении и утилизации компонентов одноразового использования, этот подход также сокращает или устраняет необходимость в больших количествах пара, технологической воды и воды для инъекций.
Количественная оценка воздействия
Для производственного масштаба 2000 литров исследования показывают, что однократные биопроцессинговые системы демонстрируют преимущество по всем 18 категориям экологического воздействия, включая здоровье человека, истощение водных ресурсов, металлов, озона и ископаемых ресурсов. Наибольшая доля экологического воздействия для однократных технологий приходится на электроэнергию, используемую для работы производственного объекта, при этом вклад от конца жизни из-за использования пластиковых компонентов является чрезвычайно малым.
Управление отходами
Утилизация однократных систем представляет собой вызов, требующий комплексного подхода. Промышленность активно работает над решениями по переработке и утилизации, включая:
Программы рециклинга: Разработка программ по сбору и переработке использованных компонентов однократных систем. Некоторые производители предлагают схемы take-back для возврата использованных компонентов.
Энергетическая утилизация: Использование полимерных отходов в качестве источника энергии через контролируемое сжигание с выработкой тепла или электроэнергии.
Разработка биоразлагаемых материалов: Исследования направлены на создание биоразлагаемых полимеров, которые могли бы заменить традиционные пластики в однократных системах, сохраняя при этом необходимые функциональные характеристики.
Инициатива по устойчивому развитию
В июне 2024 года компания Thermo Fisher Scientific запустила биологические пленки для контейнеров биопроцессинга одноразового использования, снижающие выбросы парниковых газов и поддерживающие усилия по переработке. Эти пленки получили сертификацию ISCC PLUS, демонстрируя стремление индустрии к более устойчивым решениям.
Роль индустрии
Биопроцессинговая индустрия признает важность решения проблемы устойчивого развития. Bio-Process Systems Alliance (BPSA) создал Комитет по устойчивому развитию, работающий над выявлением, сбором и распространением результатов исследований по устойчивому развитию и технологиям одноразового использования в биопроцессинге. Отрасль инвестирует в корпоративную социальную ответственность через различные механизмы, стремясь к более устойчивым практикам.
Современные тренды и перспективы развития
Рынок однократных систем биопроцессинга продолжает демонстрировать значительный рост и динамическое развитие. Индустрия переживает трансформационный период, характеризующийся технологическими инновациями, расширением применения и возрастающей зрелостью технологий.
Рыночная динамика
Глобальный рынок однократных биопроцессинговых систем демонстрирует впечатляющий рост. По оценкам различных аналитических агентств, рынок в 2024 году составил от 30 до 32 миллиардов долларов США и прогнозируется достичь от 112 до 147 миллиардов долларов к 2034 году при среднегодовом темпе роста 15-16 процентов. Северная Америка удерживает наибольшую долю рынка (около 35 процентов), что обусловлено наличием развитой фармацевтической и биопроизводственной индустрии, высоким уровнем научно-исследовательской деятельности и ранним внедрением однократных технологий.
Географическое распространение
Азиатско-Тихоокеанский регион демонстрирует самые высокие темпы роста, чему способствуют растущие инвестиции в биопроизводство, государственные стимулы и возрастающее потребление биологических препаратов. Такие страны, как Китай, Индия, Южная Корея и Сингапур, быстро внедряют технологии однократных биореакторов для наращивания местных производственных мощностей. Стремление региона к достижению биофармацевтической самодостаточности создает прочную платформу для будущего роста рынка.
| Регион | Доля рынка 2024 | Ключевые драйверы роста |
|---|---|---|
| Северная Америка | ~35% | Развитая инфраструктура, высокие R&D инвестиции, присутствие CDMO |
| Европа | ~30% | Строгие экологические нормы, фокус на устойчивость, технологические инновации |
| Азиатско-Тихоокеанский регион | ~25% | Быстрый рост, государственная поддержка, локализация производства |
| Остальной мир | ~10% | Растущая потребность в вакцинах и биоаналогах |
Технологические инновации
Индустрия переживает волну инноваций, направленных на преодоление существующих ограничений и расширение возможностей однократных систем:
Автоматизация и цифровизация: Интеграция передовых систем управления, датчиков в реальном времени и искусственного интеллекта для улучшения контроля процессов, воспроизводимости и выхода продукта. Производители внедряют усовершенствованную автоматизацию, мониторинг в реальном времени и гибкие конфигурации биореакторов.
Увеличение масштабов: Производители оборудования постоянно расширяют предельные объемы однократных биореакторов, которые в настоящее время достигают 6000 литров. Ведутся работы по дальнейшему увеличению объемов для удовлетворения потребностей крупномасштабного коммерческого производства.
Непрерывное биопроизводство: Развитие технологий для интеграции однократных систем в схемы непрерывного производства, что обещает дальнейшее повышение эффективности и снижение затрат. Однократное биопроизводство будет становиться все более автоматизированным и распространенным в ближайшие годы, с закрытыми системами, обеспечивающими непрерывное производство как для upstream, так и для downstream операций.
Downstream процессы
Переход downstream стороны процесса оказался более сложным, поскольку однократные технологии разделения, особенно хроматографические системы, еще не достаточно хорошо развиты для получения широкого коммерческого внедрения. Однако недавние разработки в области усовершенствованных твердых носителей и функциональных лигандов обещают преодоление существующих вызовов в этой области.
Ключевые игроки рынка
Ведущие производители активно инвестируют в расширение портфеля продукции и глобальное присутствие. Компании Sartorius, Thermo Fisher Scientific, Cytiva (Danaher), Merck KGaA и другие демонстрируют значительные R&D инвестиции и стратегические расширения, позиционируя себя как предпочтительные партнеры для контрактных исследовательских организаций, CDMO и фармацевтических гигантов.
Постпандемический период
После COVID-19 пандемия подчеркнула важную поворотную точку для внедрения однократных систем в биофармацевтическом производстве. Необходимость крупномасштабного производства вакцин и терапевтических препаратов создала экстремальное давление для быстрого и ответственного реагирования. Многие биопроизводители расширили мощности с использованием технологий однократных систем. Пандемия быстро ускорила признание того, что коммерческое масштабное производство может быть осуществлено быстрее и возможно дешевле, чем с оборудованием из нержавеющей стали.
Будущие перспективы
Непрерывный рост и стандартизация однократных систем будут зависеть от преодоления существующих вызовов. Инновации в материаловедении, переработке и масштабируемости будут существенными. По мере того как автоматизация все больше интегрируется в биопроизводство, однократные системы, вероятно, будут развиваться, включая больше автоматизированных процессов. Этот сдвиг не только снизит операционные затраты, но также улучшит согласованность процессов и качество продукта.
Вопросы и ответы
Однократные системы (Single-Use Systems, SUS) - это биопроцессинговое оборудование и компоненты, предназначенные для одноразового использования в производстве биофармацевтических препаратов. Они включают биореакторы, системы фильтрации, контейнеры для хранения, смесители и другие компоненты, изготовленные из полимерных материалов. После использования эти системы утилизируются, что устраняет необходимость в процедурах очистки и стерилизации между производственными циклами. Системы поставляются предварительно стерилизованными и готовыми к использованию, что обеспечивает быстрое развертывание производства и снижает риск перекрестной контаминации.
Основные преимущества включают: значительное сокращение времени между производственными циклами (от дней до часов), минимизацию риска перекрестной контаминации, более низкие первоначальные капитальные затраты, повышенную гибкость производства для мультипродуктовых помещений, снижение потребления воды и энергии (на 30-40% по сравнению с традиционными системами), отсутствие необходимости в процедурах CIP/SIP, меньшую площадь производственных помещений, и более быстрое время вывода продукта на рынок. Однако следует учитывать регулярные расходы на приобретение расходных материалов и ограничения по максимальному объему производства.
Extractables (экстрагируемые вещества) - это соединения, которые могут быть извлечены из полимерных материалов в лабораторных условиях при воздействии растворителей или повышенной температуры. Leachables (выщелачиваемые вещества) - это соединения, которые реально мигрируют в лекарственный препарат в нормальных условиях использования. Они важны, потому что могут влиять на качество, эффективность и безопасность биофармацевтического препарата, потенциально воздействуя на жизнеспособность клеток, продуктивность процесса или представляя риск для пациента. Регуляторные органы требуют тщательной оценки этих веществ согласно USP 665/1665 и протоколам BioPhorum для обеспечения безопасности пациентов.
Валидация однократных систем включает три основные области: валидацию самой производственной операции (в зависимости от предполагаемого использования), валидацию производственного процесса поставщика для компонентов одноразового использования и систем обеспечения качества, а также оценку цепочки поставок. Процесс следует стандартным этапам URS (Спецификация требований пользователя), DQ (Квалификация проекта), IQ (Квалификация установки - требуется при каждом использовании системы), OQ (Операционная квалификация) и PQ (Квалификация производительности). Критически важно партнерство между конечным пользователем и поставщиком, при котором поставщик должен быть полностью прозрачен относительно материалов, производственного процесса и данных квалификации.
Вопреки распространенному мнению о негативном экологическом воздействии пластиковых отходов, комплексные исследования оценки жизненного цикла (LCA) последовательно демонстрируют, что однократные системы обычно имеют более низкое общее экологическое воздействие по сравнению с традиционными многоразовыми системами. Это обусловлено существенным сокращением потребления воды (отсутствие процедур очистки, требующих 300-500 литров воды на цикл), снижением использования химикатов для очистки, и меньшим энергопотреблением (на 30-40% ниже за счет исключения процессов CIP/SIP). Твердые пластиковые отходы составляют относительно малую долю общего экологического воздействия. Индустрия активно работает над программами рециклинга, энергетической утилизацией отходов и разработкой биоразлагаемых материалов.
Основные ограничения включают: ограничение максимального объема (в настоящее время до 6000 литров, хотя этот предел постоянно расширяется), зависимость от надежности цепочки поставок расходных материалов, накопление операционных расходов при длительном использовании, необходимость тщательной оценки extractables/leachables для каждого нового материала, ограниченное развитие downstream технологий (особенно хроматографических систем одноразового использования), и образование пластиковых отходов, требующих специальной утилизации. Для крупномасштабного коммерческого производства блокбастеров (требующих объемов более 10000-20000 литров) традиционные системы из нержавеющей стали могут оставаться более практичным выбором.
Однократные системы наиболее подходят для клинических исследований (фазы 1-3), производства персонализированных терапий, клеточных и генных терапий, мРНК вакцин, мультипродуктовых производственных помещений, производств с частыми изменениями продуктов, и когда требуется быстрое время вывода на рынок. Традиционные системы из нержавеющей стали предпочтительны для крупномасштабного коммерческого производства блокбастеров, когда требуются объемы более 10000-20000 литров, для стабильных долгосрочных производств с предсказуемым спросом, и когда первоначальные капитальные инвестиции могут быть амортизированы за длительный период. Многие производители выбирают гибридный подход, сочетая преимущества обеих технологий для различных этапов процесса.
Перспективы развития включают несколько ключевых направлений: дальнейшее увеличение максимальных объемов биореакторов для приближения к возможностям традиционных систем, интеграция расширенной автоматизации и цифровых технологий (искусственный интеллект, машинное обучение, мониторинг в реальном времени), развитие технологий для непрерывного биопроизводства с использованием однократных систем, совершенствование downstream технологий (особенно одноразовых хроматографических систем), создание более устойчивых материалов (биоразлагаемые полимеры, улучшенные возможности рециклинга), расширение применения в производстве передовых терапевтических модальностей, и стандартизация отраслевых практик для валидации и квалификации. Ожидается, что рынок достигнет 112-147 миллиардов долларов США к 2034 году.
Роль поставщика критически важна, так как пользователи однократных систем в значительной степени зависят от системы качества поставщика. Поставщик должен обеспечивать полную прозрачность относительно материалов конструкции, цепочки поставок, производственного процесса, источников и контроля изменчивости, влияния изменений. Поставщик предоставляет комплексную документацию, включая Material Qualification Dossiers (MQD), Quality Management Dossiers (QMD) и Operational Excellence Dossiers (OED), содержащие данные по extractables/leachables, стерилизации, валидации, стабильности при хранении и требованиям к упаковке. Конечный пользователь должен проводить аудиты качества и технические визиты должной осмотрительности для обеспечения соблюдения требований и глубокого понимания всех аспектов производства.
Географическое расположение существенно влияет на экологическое воздействие и экономику различных систем. Регион выбора производственного объекта может сильно влиять на экологическое воздействие из-за различий в транспортной логистике и энергетических сетях. Высокий спрос на энергию традиционного оборудования имеет большее воздействие, если местная энергосеть питается от ископаемого топлива, и меньшее, если используется больше возобновляемых источников. Воздействие цепочки поставок однократного оборудования зависит от логистического расстояния до производственного объекта. В некоторых случаях гибридная система, сочетающая оба типа оборудования, будет наиболее устойчивым вариантом. Азиатско-Тихоокеанский регион демонстрирует самый быстрый рост внедрения однократных технологий, чему способствуют государственная поддержка и стремление к локализации фармацевтического производства.
