孫 博, 谷鐵軍, 張喜珍

(1. 吉林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130012；2. 吉林大學(xué) 艾滋病疫苗國家工程實驗室, 吉林 長春 130012)

生物疫苗領(lǐng)域的快速發(fā)展以及國家加大對科研實驗室投入力度,使得產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合成為生命科學(xué)發(fā)展的必然趨勢[1]。國家發(fā)改委批準(zhǔn)建設(shè)艾滋病疫苗國家工程實驗室,該實驗室是吉林大學(xué)負(fù)責(zé)籌建的第一個疫苗領(lǐng)域的國家工程實驗室。國家工程實驗室以產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展對工程技術(shù)研發(fā)的重大需求為出發(fā)點,在推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研發(fā)及工程化應(yīng)用方面發(fā)揮承上啟下的創(chuàng)新鏈接作用,在整合產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢資源進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新方面發(fā)揮著平臺集聚作用[2]。艾滋病疫苗國家工程實驗室的主要任務(wù)之一是解決艾滋病疫苗研制中的重大關(guān)鍵技術(shù)難題,并將所獲得的新技術(shù)、成果推廣應(yīng)用到其他現(xiàn)代疫苗的研制中。在艾滋病疫苗和其他現(xiàn)代疫苗的研制中都存在著如何解決疫苗產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)難題、提高免疫應(yīng)答、建立新產(chǎn)品的質(zhì)量檢測方法等一些制約現(xiàn)代疫苗生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)共性與關(guān)鍵性技術(shù)[1]。對于上述問題的解決,必將加快整個現(xiàn)代疫苗研制的進(jìn)程,加速其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因而建設(shè)一個設(shè)計科學(xué)、布局合理、功能完善的工程技術(shù)平臺,能夠充分地為實驗室基礎(chǔ)科研的課題成果向?qū)淼膽?yīng)用轉(zhuǎn)化搭建一個恰當(dāng)?shù)臉蛄?是實現(xiàn)上述任務(wù)的重要保障。下面就針對艾滋病疫苗國家工程實驗室在建設(shè)與管理疫苗工程技術(shù)平臺過程中的一些實踐經(jīng)驗做簡單探討。

1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

1.1 工程技術(shù)平臺設(shè)計原則

針對艾滋病疫苗國家工程實驗室自身特點,設(shè)計了不同種類的工程技術(shù)實驗室。根據(jù)其使用的功能又有各自的需求,還需要考慮相關(guān)設(shè)備對周圍環(huán)境的影響。例如根據(jù)昆蟲細(xì)胞、哺乳細(xì)胞生物反應(yīng)器室自身特點,參考GMP廠房相關(guān)的車間布局,設(shè)計了換鞋區(qū)、外更衣室、內(nèi)更衣室、緩沖區(qū)、潔凈區(qū)等功能分區(qū),整個框架為彩鋼板結(jié)構(gòu),鋪設(shè)環(huán)氧自流平地面,無衛(wèi)生死角、便于清潔。例如原核發(fā)酵實驗室配置有高速管式離心機(jī)。該設(shè)備安裝需要放置于加固的水泥臺面,同時該設(shè)備運行時會產(chǎn)生較大噪音和振動,因此在設(shè)計中將原核發(fā)酵實驗室放在一樓減少對周圍環(huán)境的影響[3]。

1.2 工程技術(shù)平臺配套設(shè)施的考慮

完善的配套設(shè)施是工程技術(shù)平臺正常運轉(zhuǎn)的有效保障,其涉及給排水、通排風(fēng)、供電、凈化空調(diào)、廢液處理等方面。既要考慮實驗室的整體需求,又要兼顧各個功能實驗室的特點。

(1) 給排水方面。原核發(fā)酵室需要配備獨立的純化水循環(huán)管道來滿足罐培養(yǎng)、清洗發(fā)酵罐及高壓蒸汽發(fā)生器用水的需求。

(2) 供電方面。工程技術(shù)平臺所運行的設(shè)備通常有大功率、不間斷供電的需要。例如哺乳細(xì)胞生物反應(yīng)器需要連續(xù)運行,最長可達(dá)30天。因此為了應(yīng)對突發(fā)停電等情況,設(shè)計安裝了大功率UPS不間斷電源和滿足連續(xù)運轉(zhuǎn)設(shè)備的柴油發(fā)電機(jī)組。發(fā)酵罐滅菌用的電加熱高壓蒸汽發(fā)生器功率可達(dá)72 kW,需要獨立配備380 V動力電源。

(3) 凈化空調(diào)方面。在生物反應(yīng)器室配置了高效過濾系統(tǒng)及臭氧發(fā)生器,設(shè)計了萬級區(qū)潔凈房間內(nèi)含局部百級區(qū)域,來滿足生物反應(yīng)器培養(yǎng)細(xì)胞對環(huán)境的要求。

(4) 廢液處理方面。本實驗室疫苗研究項目均為基因工程疫苗和DNA疫苗,經(jīng)過滅活后無活病毒存在,實驗中使產(chǎn)生的廢液經(jīng)過高壓滅菌處理后再進(jìn)行污水處理,故不存在病毒污染環(huán)境的風(fēng)險。

2 技術(shù)平臺與功能實驗室的配置

根據(jù)自身實驗室的研究特點和未來發(fā)展方向,配置了上游表達(dá)平臺、下游純化平臺、質(zhì)量檢測平臺、制劑平臺等工程技術(shù)平臺。針對這些技術(shù)平臺,在建設(shè)工程中設(shè)計了一系列與平臺相對應(yīng)的功能實驗室。

(1) 上游表達(dá)平臺。配備中試規(guī)模全自動發(fā)酵罐、高速管式離心機(jī)來滿足大規(guī)模大腸桿菌、酵母細(xì)胞培養(yǎng)的原核發(fā)酵室,酵母發(fā)酵室。配備WAVE生物反應(yīng)器、NBS生物反應(yīng)器、安普生物反應(yīng)器等不同類型的生物反應(yīng)器,可對細(xì)胞培養(yǎng)或發(fā)酵液中的營養(yǎng)成分、代謝產(chǎn)物進(jìn)行快速分析檢測分析的多參數(shù)生化分析儀及全自動細(xì)胞計數(shù)儀來滿足昆蟲、哺乳動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)不同需求的生物反應(yīng)器室。

(2) 下游純化平臺。配備有超速離心機(jī)、連續(xù)流離心機(jī)及臺式離心設(shè)備的離心機(jī)室,配備有高壓均質(zhì)機(jī)、超聲破碎儀、中空纖維中試裝置、中試規(guī)模膜包超濾器的細(xì)胞破碎室,以及配備有多種類型層析柱、層析系統(tǒng)可滿足中試規(guī)模的層析純化室。

(3) 質(zhì)量檢測平臺。配備有核酸電泳、蛋白電泳、雙向蛋白電泳、流式細(xì)胞儀、高效液相色譜系統(tǒng)、多功能微孔板檢測系統(tǒng)、納米粒度ZETA電位儀等儀器功能室,上述儀器可完成多種疫苗特異性檢測方法的建立。

(4) 制劑平臺。高壓微射流均質(zhì)機(jī)、擠出儀、凍干機(jī)、馬爾文凝膠色譜儀、馬爾文納米粒徑儀、馬爾文微米粒徑儀、高效液相分析系統(tǒng)、博勒飛流變儀等制劑所必需的儀器設(shè)備。其中高效液相分析系統(tǒng)配備有紫外陣列檢測器、熒光檢測器和蒸發(fā)光檢測器。以上硬件設(shè)備可協(xié)助完成多種疫苗制劑的工藝條件優(yōu)化,以及制定和建立相關(guān)質(zhì)量控制方法和鑒定方法。

3 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化

艾滋病疫苗國家工程實驗室的主要研究方向以艾滋病疫苗的研制為主線,解決艾滋病疫苗研制過程中存在的重大科學(xué)和工程技術(shù)難題。同時將在艾滋病疫苗研制中所取得的技術(shù)成果應(yīng)用到其他新型疫苗的研制中。近些年來,圍繞以上方向建立了DNA疫苗生產(chǎn)工藝平臺、腺病毒疫苗生產(chǎn)工藝平臺、病毒樣顆粒疫苗生產(chǎn)工藝平臺等多個新型疫苗生產(chǎn)平臺[4-6]。同時解決了一些與新型疫苗研發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵共性技術(shù)，如昆蟲細(xì)胞無血清大規(guī)模懸浮培養(yǎng)技術(shù)、昆蟲細(xì)胞特異殘余物質(zhì)檢測方法、填充床生物反應(yīng)器灌流培養(yǎng)技術(shù)、病毒樣顆粒表征技術(shù)、大腸桿菌雙順反子可溶表達(dá)技術(shù)[7-8]。上述生產(chǎn)工藝平臺和關(guān)鍵共性技術(shù)的實現(xiàn)是以研發(fā)項目為導(dǎo)向,通過實驗室與企業(yè)共同組建研究團(tuán)隊、共同承擔(dān)任務(wù)和風(fēng)險、共享技術(shù)研究成果,實現(xiàn)技術(shù)輸出與成果商業(yè)化的雙重目標(biāo)。不僅為本實驗室的艾滋病疫苗、腫瘤疫苗研究提供有力的技術(shù)支撐,也在本領(lǐng)域為企業(yè)提供了相關(guān)新型疫苗的技術(shù)解決方案。

4 工程技術(shù)平臺的管理

行之有效的管理是以制度為基礎(chǔ)的,工程技術(shù)平臺的管理同樣是通過相關(guān)的規(guī)章制度的制定與實施來實現(xiàn)的,但它又有其自身的特點。

4.1 制定管理制度

為規(guī)范技術(shù)平臺的管理,制定了一系列嚴(yán)格的規(guī)章制度,包括人員準(zhǔn)入制度、培訓(xùn)考核制度、衛(wèi)生清潔制度和安全管理制度等,督促實驗人員嚴(yán)格遵守各項規(guī)章制度；為規(guī)范實驗操作,制定了標(biāo)準(zhǔn)實驗技術(shù)操作手冊、儀器設(shè)備使用手冊等,通過監(jiān)督檢查,督促實驗人員養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。從人員管理入手,所有需要進(jìn)入技術(shù)平臺相關(guān)功能實驗室做實驗的人員,均需在相應(yīng)的管理教師處預(yù)約登記,經(jīng)過管理人員批準(zhǔn)后,方可進(jìn)入平臺所屬功能實驗室。實驗開始前需進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)操作與安全教育培訓(xùn),經(jīng)考核合格者方準(zhǔn)許到相應(yīng)的功能實驗室進(jìn)行實驗,并承擔(dān)維護(hù)本實驗區(qū)域的衛(wèi)生安全職責(zé)。

4.2 加強日常管理

由于工程技術(shù)平臺的特殊性,需指定專門的管理人員負(fù)責(zé)各技術(shù)平臺的日常管理。例如生物反應(yīng)器實驗室對于實驗環(huán)境要求較高,是按照萬級凈化實驗室進(jìn)行設(shè)計安裝的,需定期檢測實驗室空氣潔凈度、溫濕度、壓力差等相關(guān)指標(biāo),保證實驗順利進(jìn)行。其他平臺也要專門的教師負(fù)責(zé)日常的人員培訓(xùn)、衛(wèi)生安全、實驗操作及儀器設(shè)備的使用管理等。

4.3 完善信息化管理

在部分重點功能實驗室安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)和門禁系統(tǒng),并建立各平臺的微信群、QQ群等。在網(wǎng)絡(luò)上交流實驗技術(shù)及平臺使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,力爭做到發(fā)現(xiàn)問題及時解決。也可以做到集思廣益,及時解決技術(shù)難題,通過信息交流,拓展和提高技術(shù)人員的理論水平及實驗技術(shù)水平。

5 結(jié)語

綜上所述, 艾滋病疫苗國家工程實驗室的疫苗工程技術(shù)平臺在建設(shè)過程中借鑒部分高校實驗室建設(shè)的成果和經(jīng)驗,將基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)平臺與管理運行機(jī)制建設(shè)相結(jié)合,以系統(tǒng)性和可操作性為設(shè)計方向,考慮了實現(xiàn)方便的升級擴(kuò)充與功能轉(zhuǎn)換,能夠滿足實驗室后續(xù)發(fā)展的需要[9-16]。目前疫苗工程技術(shù)平臺已建立完整的疫苗上下游研發(fā)平臺,擁有多個新型疫苗生產(chǎn)工藝平臺和關(guān)鍵共性技術(shù)，已與多家生物制藥企業(yè)開展合作,為企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)和相關(guān)人員培訓(xùn)。通過疫苗工程技術(shù)平臺的建設(shè)與發(fā)展,可以實現(xiàn)生物疫苗領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,為企業(yè)提供技術(shù)支持,提高企業(yè)的技術(shù)水平,力爭為生物疫苗產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展注入強大動力[1]。