过程分析技术在生物制药工艺开发与生产中的应用
作者：（美）森克 恩迪（CenkUndey）等主编
出版时间：2019年版
内容简介
近年来，过程分析技术（PAT）作为“质量源于设计”（QbD）理念的推动者，在生物制药领域受到了极大的关注。本书系统阐述了现代过程分析技术在生物制药工艺开发和生产中的应用，总结了测量科学、数据采集、监测和控制方面的技术经验，介绍了过程分析技术在测量和监测原材料、细胞培养、纯化、清洁和冷冻干燥等领域的先进案例，同时探讨了如何使用多变量数据分析、监测和实时控制、收集和分析数据等先进的分析技术。 本书可供生物制药、光谱分析技术、在线分析仪器、化学计量学、过程控制、系统工程等领域的科研与教学人员、研究生、企业工程师和科技管理人员参考阅读。
目录
生物制药过程分析技术介绍/001
1概述001
2书的结构概述002
3PAT在生物制药生产中的应用概况003
4PAT概述005
5PAT在生物制药生产中独有的困难007
6与QbD有关的PAT监管问题008
7从工业角度看待对PAT的需求和未来009
8结论010
参考文献011
1生物加工过程分析技术中的科学和监管法规概述/012
1.1概述012
1.2PAT在生物过程中的应用概述013
1.2.1PAT在原料药生产中的应用014
1.2.2生物技术药品生产中的应用015
1.3PAT在生物过程中的监管016
1.4小结017
参考文献017
2生物制造中过程分析技术与先进控制集成的战略远景/019
2.1概述019
2.2背景020
2.2.1生物制药产业中的质量020
2.2.2目前生物制药行业的质量控制方法和过程分析技术的局限性020
2.3PAT实现案例023
2.4生物制药生产策略024
2.4.1过程和数据采集024
2.4.2信息处理025
2.4.3过程/产品质量控制026
2.4.4过程监控与改进027
2.5PAT实例：mAb生产过程中的糖基化在线控制027
2.5.1过程和数据采集028
2.5.2信息处理029
2.5.3过程/产品质量控制031
2.6结论033
参考文献034
3生物制药过程工艺开发中的多变量技术/036
3.1概述036
3.2实验设计结果的统计处理037
3.3故障检测和识别038
3.3.1PCA建模方法039
3.3.2批次间比较039
3.4工艺开发环境中的预测性监测041
3.4.1PLS技术041
3.4.2光谱技术042
3.5PAT应用043
3.6过程表征和技术转移的未来045
参考文献045
4间歇过程的分析、检测、控制和优化：多变量动态数据建模/049
4.1概述049
4.2连续和间歇处理过程中数据的特点051
4.2.1轨迹051
4.2.2数据汇总052
4.2.3与批处理过程相关的其他数据052
4.3潜变量建模(双向矩阵)052
4.3.1主成分分析(PCA)053
4.3.2偏最小二乘法(PLS)053
4.3.3利用潜变量法进行历史数据分析和故障排除054
4.3.4利用潜变量法进行统计过程控制055
4.4间歇处理轨迹数据的潜变量建模058
4.4.1建模批量数据：展开的含义059
4.4.2间歇过程轨迹历史数据库的分析061
4.5多变量间歇统计过程控制063
4.6间歇过程轨迹同步/校准065
4.7中心化和定标数据066
4.8多级操作-多块分析067
4.9经验间歇建模的注意事项069
4.9.1可观察性069
4.9.2为间歇过程监控和分析选择MPCA或MPLS069
4.9.3利用理论和过程相关的知识070
4.10过程控制实现理想的产品质量071
4.10.1过程条件的前馈评估071
4.10.2终点测定072
4.10.3过程变量的多变量操作072
4.10.4设置原材料多变量规格，作为一种质量控制方法073
4.11潜变量方法用于优化073
4.11.1开发因果信息数据库073
4.11.2产品设计074
4.12场地转移和按比例放大074
参考文献075
5生物制药中的多变量数据分析/079
5.1概述079
5.2多变量数据建模基础080
5.2.1多变量建模基础知识080
5.2.2训练集和测试集081
5.2.3数据的验证和预处理081
5.2.4模型建立082
5.2.5稳健性测试083
5.2.6模型维护083
5.2.7数据可视化和多变量图084
5.2.8建模文档085
5.3MVDA在研发和生产阶段的应用085
5.3.1PCA用于过程监测和控制085
5.3.2多变量统计过程控制：间歇086
5.3.3对信号的响应087
5.3.4放大验证与设计空间应用087
5.3.5原材料分析089
5.4结论090
参考文献091
6重组蛋白细胞培养过程中过程分析技术的进展和应用/092
6.1PAT和重组蛋白生产过程092
6.2PAT工具在重组蛋白细胞培养过程中面临的挑战096
6.2.1生物反应器上的在线传感器096
6.2.2自动化和机器人103
6.2.3知识管理工具：建模103
6.2.4PAT展望104
6.3PAT在重组蛋白细胞培养生产过程中的应用105
6.3.1控制养分的连续进料：CHO细胞培养过程105
6.3.2控制连续葡萄糖进料：在大肠杆菌发酵过程中的应用110
6.3.3细胞培养液中通过维持DO控制防止抗体还原112
6.4结论114
参考文献114
7过程分析技术用于原材料/122
7.1概述122
7.2实例124
7.2.1例1酵母抽提物质量及其对发酵过程的影响124
7.2.2例2原材料对微粉化过程设计空间的影响129
7.3结论133
参考文献133
8生物加工系统清洗增强验证中的过程分析技术/134
8.1概述134
8.2生物工艺设备系统清洗机制134
8.3清洗效率监测方法135
8.3.1传统的监测方法135
8.3.2PAT的监测方法135
8.4监测和确认设备系统清洗的PAT应用136
8.4.1监测系统清洗的在线TOC分析137
8.5监测和确认色谱柱清洗的PAT应用140
8.5.1作为PAT前置评价标准的色谱柱完整性测试142
8.5.2作为PAT前置评价标准的色谱柱压降144
8.5.3作为PAT关键质量属性和前置评价标准的产物峰的HETP146
8.5.4作为PAT关键质量属性的产物峰的不对称因子147
8.5.5作为PAT提前评价标准的产物峰保留体积148
8.6色谱柱清洗PAT总结149
8.7结论性点评149
参考文献150
9用于细胞培养过程的多路近红外光谱技术/153
9.1细胞培养系统的特性153
9.2动物细胞培养的反应器技术154
9.2.1异位与原位155
9.2.2我们对什么检测方法感兴趣？156
9.2.3注意事项156
9.3多通道系统157
9.3.1引入“变异性”159
9.3.2光谱仪的类型161
9.3.3数据管理163
9.4结论163
参考文献164
10用于生物分离单元操作的过程分析技术/166
10.1概述166
10.2PAT在制药行业中的应用167
10.3PAT的定义168
10.3.1设计169
10.3.2分析170
10.3.3控制171
10.4生物分离单元操作中PAT的应用171
10.4.1离心172
10.4.2絮凝172
10.4.3萃取173
10.4.4沉淀174
10.4.5过滤175
10.4.6复性177
10.4.7色谱分离178
10.5结论179
参考文献180
11用于生物燃料生产的过程分析技术/185
11.1生物燃料的技术和用途185
11.2用于运输部门的生物燃料186
11.2.1生物乙醇186
11.2.2植物油187
11.2.3生物柴油189
11.3生物燃料中的PAT191
11.3.1概述191
11.3.2近红外光谱192
11.3.3案例研究——生物柴油生产中的PAT192
11.4结论200
参考文献201
12微型生物反应器在新型生物工艺开发和生产中的应用/204
12.1概述204
12.2挑战一：微型生物反应器中的受控细胞培养205
12.3挑战二：为高通量增加自动化209
12.4挑战三：评估模型和解释数据211
12.5挑战四：完整解决方案的集成213
12.6应用和下一步工作216
参考文献217
13过程分析技术在冻干工艺参数实时监控中的应用/219
13.1概述219
13.2冰冻干燥的因变量/关键工艺参数220
13.2.1过冷度220
13.2.2产品温度221
13.2.3升华速率221
13.2.4初级干燥终点的确定221
13.3PAT用于监测与控制冷冻干燥工艺221
13.4单瓶法222
13.4.1热电偶式温度计223
13.4.2红外光谱法223
13.4.3微量天平技术224
13.4.4无线远程温度监控系统224
13.5整批PAT方法224
13.5.1Pirani真空计数据225
13.5.2压力式温度计测量225
13.5.3露点监测226
13.5.4气体等离子体光谱法(lyotrack)227
13.5.5残余气体分析仪(质谱仪)227
13.5.6可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)227
13.5.7TDLAS测定蒸汽质量流量228
13.5.8设备需求230
13.5.9传感器验证231
13.5.10传感器的应用234
13.5.11冷冻干燥机OQ234
13.5.12初级与次级干燥终点的判定235
13.5.13冻干瓶传热系数与产品温度的测定236
13.5.14TDLAS总结239
13.6PAT总结240
参考文献240
14过程分析技术在卓越运营中的作用/243
14.1概述243
14.2卓越运营和PAT243
14.3即时系统(JIT)244
14.4全面质量管理(TQM)247
14.5全面生产维护(TPM)248
14.6基本要素：标准化和可视化管理249
14.7总结249
参考文献250
15生物制药过程分析技术的现状、总结和展望/252
15.1概述252
15.2现状：缺乏主动性，洞察或只是惯性？252
15.3QbD与PAT253
15.4小分子生物技术253
15.5实际案例和机制理解253
15.6组织成熟度254
15.7制造成本和质量的价值255
15.8前景255
参考文献257
缩略语表/258