穿越百年的微观进化:从一根玻璃管到生物制药的“工业心脏”-技术前沿-资讯-生物在线

穿越百年的微观进化:从一根玻璃管到生物制药的“工业心脏”

作者:博格隆(浙江)生物技术有限公司 暂无发布时间 (访问量:1076)

岁序更替,华章日新。

当我们站在新旧年份的交汇点,回望生物制药行业过去一年的跌宕起伏,“降本增效”与“工艺创新”无疑是最高频的关键词。

作为生物工艺下游最核心的单元操作,层析技术(Chromatography)承载着药物纯度与收率的生命线。在实验室里,它是科研人员手中的标尺;在千升乃至万升级的GMP车间里,它是工业制造的心脏。

然而,技术的进阶从未一蹴而就。从1903年那根填充着碳酸钙的玻璃管,到如今结构精密的高性能琼脂糖微球,这段跨越百年的进化史,本质上是人类对“微观传质”与“界面化学”极致控制的探索史。

新年伊始,作为一家深耕层析填料的研发生产企业,我们想邀请您一起,回溯这段旅程,一同回顾那些改变行业的关键节点。

缘起:植物学家的“脑洞时刻”

故事要追溯到 1903 年,地点是华沙。

一位名叫 Mikhail Tswett 的俄国植物学家,为了分离植物色素(叶绿素和叶黄素),做了一个极其简单的实验。

他找来一根细长的玻璃管,往里面填满了磨碎的碳酸钙(Calcium Carbonate,其实就是粉笔的主要成分),然后把植物提取液倒了进去,再用石油醚冲洗。

神奇的一幕发生了:原本混合在一起的绿色溶液,在流经碳酸钙粉末时,因为不同色素与粉末的吸附能力不同,被拉成了几条不同颜色的色带。他创造性地构建了“固定相”与“流动相”的二元体系。

尽管那根填充着碳酸钙粉末的玻璃管在今天看来略显粗糙,但它确立了分离科学的基石原理:利用物质在两相间分配系数的差异实现分离。

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Tswett 非常浪漫地将这种方法命名为“色谱法”(Chromatography)。在希腊语中,Chrom 代表颜色,Graphein 代表书写。这一命名不仅是对实验现象的描述,更像是一个隐喻——在随后的一个世纪里,这项技术确实为生物科学谱写了绚丽的篇章。

意外:果冻里的“反直觉”发现

但真正让现代生物层析填料诞生的,是一次“意外”。

时间来到 1950 年代末,瑞典乌普萨拉大学。

当时,科学家 Porath 和 Flodin 正在研究电泳技术。他们原本是用交联葡聚糖(Dextran)作为电泳的抗对流介质。结果他们惊讶地发现:在这种凝胶柱中,大分子物质跑得快,小分子物质跑得慢!

这完全颠覆了当时“小分子跑得快”的直觉。经过研究,他们发现了分子筛效应(Size Exclusion)。

原来,交联后的葡聚糖形成了网状结构:

• 小分子像走迷宫,掉进网孔里绕路走;

• 大分子进不去网孔,直接走了“高速公路”。

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1959年,世界上第一款商品化凝胶过滤填料 Sephadex 诞生,标志着分离科学的重大突破性进展。

随后,琼脂糖(Agarose)凭借其独特的三维网状结构、卓越的亲水性以及易于衍生化的特点,逐渐走上历史舞台。

这是层析介质发展史上的第一次飞跃:从单纯的“大小分离”,进化为对分子大小、电荷、疏水性等物理化学性质的“多维识别”。

争霸:三大基质的“三国杀”

随着单抗、疫苗等生物药的爆发,科学家对填料提出了既要“能装”(载量高)又要“抗造”(耐压耐碱)的要求。于是,三大基质开始各显神通:

◉ 葡聚糖(Dextran):温柔的先驱

• 博格隆代表产品:Bestdex

• 特点:极其亲水,生物兼容性极好,对蛋白质很温柔。

• 硬伤:太软了!就像果冻一样,一旦压力变大,它就会变形、塌陷,流速上不去。

• 现状:依然在脱盐和缓冲液置换等低压应用中发光发热。

◉ 硅胶(Silica)与聚合物:硬汉的逆袭 

• 硅胶: 无机材料,机械强度极高,耐高压。它是 HPLC(高效液相色谱)的王者,主要用于小分子药物分析和提纯。但在生物制药中,因为它怕碱(耐受不了 CIP 清洗),在生物制药生产领域略显尴尬。

• 合成聚合物(如聚苯乙烯/二乙烯苯):人工合成的“塑料球”。极度耐酸碱,机械强度高。虽然早期有疏水性太强的问题,但经过表面改性,现在已广泛用于反相层析和离子交换层析,专门对付那些“难搞”的杂质。博格隆代表产品有 MegaPoly 和 BestPoly。

◉ 琼脂糖(Agarose):天选之子

• 博格隆代表产品:Bestarose 和 Diamond

• 特点:天生亲水,非特异性吸附极低(不容易乱粘蛋白)。最重要的是,通过化学交联技术“魔改”后,能形成完美的孔状结构。

• 地位:目前生物制药下游工艺的绝对主力。无论是经典的Protein A亲和层析,还是离子交换,琼脂糖微球都是当之无愧的霸主。

进化:在微球里,构建“迷宫”

时至今日,随着抗体药物、重组蛋白、甚至病毒载体(AAV)等新兴疗法的崛起,行业对填料提出了近乎苛刻的要求。

对于像博格隆这样的研发制造企业而言,一颗直径仅有几十微米的微球,就是一个复杂的微观工程系统。这些企业要解决的,不再仅仅是“分得开”,而是如何在工业尺度下实现效率与成本的极限平衡:

• 刚性的博弈:如何通过高交联技术,让微球在高流速下保持形态稳定,以缩短生产周期?

• 孔径的艺术:如何精准控制孔径分布,确保大分子药物能自由进入微球内部,实现高载量?

• 配基的智慧:如何让配基定向偶联,既抓得牢目标蛋白,又能在温和条件下轻松洗脱?

这每一个技术难点的攻克,都是对材料学、高分子化学与流体力学的深度融合。这不仅是制造工艺的较量,更是基础科学研究的沉淀。

很长一段时间里,高性能的琼脂糖填料技术都被国外巨头垄断。一升填料售价数十万,且货期漫长,这曾是国内药企心中的痛。

从最初的模仿,到如今在载量、耐压、耐碱性上敢于和国际大牌“掰手腕”,国产填料正在经历属于自己的高光时刻。

致敬时间,致敬每一微米的进步

Tswett 手中的粉笔灰,到如今显微镜下晶莹剔透、结构精密的高性能微球,层析填料的每一次迭代,都直接推动了生物制药工业的产能跃迁。

作为这一历史进程的参与者,博格隆深知:做填料,不仅是做产品,更是在打磨生物制药的“芯片”。

层析的本质,是利用物质与介质相互作用的微小差异,在时间的流动中实现分离。

这本身就是一个关于“时间”和“耐心”的隐喻。

做填料研发和生产,没有捷径,全是笨功夫。它需要我们像对待层析柱一样,耐得住高压,经得起冲刷,在漫长的流出曲线中,等待那个纯度达标的“完美峰”。

 

新的一年,我们愿继续做你们最坚实的后盾,用更稳定、更高效的分离方案,助力每一款生物药物早日惠及患者。

祝愿大家在新的一年:

峰形完美,收率长红。

新年快乐!

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