细胞治疗产品 GMP 厂房、设施与设备工程设计要点

目的：细胞治疗主要用于肿瘤治疗，具有显著疗效。但由于尚处商业化初期，从CMC研究到产业化生产各环节均需严谨把控。

方法：结合细胞治疗产品生产工艺与实际项目案例，重点分析GMP厂房、设施及设备工程设计要点，涵盖平面布局、空调系统、公用设施及设备配置。

结果：通过建设专属GMP车间，提升细胞治疗产品制备的效率与质量。

结论：细胞治疗产品因其特性决定了工艺复杂性和辅助系统的特殊要求，GMP车间设计须综合考虑场地、品种、批次、工艺阶段等因素，确保产品安全合规。

前言

细胞治疗在恶性肿瘤、心肌梗死、晚期肝硬化等疾病中展现出广泛应用前景，受到全球制药企业及监管部门高度关注。尽管其在肿瘤治疗中作用突出，但作为新兴领域，细胞治疗产品的制备仍处于商业化初期，技术链条长、风险高，从靶点发现到临床转化，再到CMC研究和产业化生产，每一步都至关重要。

不同于化学药或传统生物制品，细胞治疗产品具有“活细胞”属性，存在个体差异大、无法终端灭菌、易污染等特点，因此其GMP车间建设必须严格遵循法规，并结合产品特性和工艺流程进行专业化设计，以保障产品质量与患者安全。

本文基于国家相关规范和技术指导原则，结合实际项目经验，从厂房布局、空调系统、公用设施及关键设备等方面，系统解析细胞治疗产品GMP厂房的设计要点。

生产工艺

典型的细胞治疗产品生产工艺分为三个阶段：质粒载体制备、病毒载体制备和细胞终产品制备。

2.1 质粒载体制备工艺

以复苏携带质粒的工程菌为起点，经细菌扩增、收获、裂解破碎后释放质粒，去除宿主蛋白、基因组DNA和内毒素，纯化获得超螺旋质粒，最终通过除菌过滤得到质粒中间品。

2.2 病毒载体制备工艺

将生产细胞扩增至所需规模，采用瞬转工艺时加入质粒与转染复合物包装目标病毒，收集病毒上清液，经纯化去除牛血清白蛋白、DNA、杂蛋白等杂质，浓缩至规定滴度后，除菌过滤获得病毒载体中间品。

2.3 细胞终产品生产工艺（以自体CAR-T为例）

从患者体内获取免疫细胞，分离分选获得T细胞，激活后利用病毒载体感染，扩增培养至目标数量，收获并清洗CAR-T细胞。非冷冻制剂加入生理盐水等辅料后分装至输血袋；冷冻制剂则添加冷冻保护剂，分装至冻存袋，经程序降温后于液氮中保存。

产品生产的特殊性

细胞治疗产品作为“活细胞”制剂，相较于传统药品具有一系列独特属性：

• 供者材料来源于人体，可能存在传染病病原体风险；
• 材料来源多样，质量受个体差异影响大；
• 生产批量不一，组织模式灵活，与临床需求紧密联动；
• 对温度与时限敏感，运输与操作过程要求严苛；
• 含营养成分，一旦污染易导致微生物快速繁殖，且无法终端灭菌；
• 自体或配型使用的产品若发生混淆，可能导致危及生命的严重后果。

上述特点决定了其在GMP环境下的生产必须具备更高的防污染、防差错能力。

GMP厂房平面布局设计

细胞治疗产品GMP厂房应根据工艺流程划分功能区，包括质粒载体生产区、病毒载体生产区、细胞终产品生产区、质量控制区、贮存区及辅助设施区。各区域应独立设置空间、人流物流通道及专用设备，最大限度避免交叉污染与操作差错。

4.1 生产区

4.1.1 质粒载体生产区

划分为菌种接种区、发酵与粗纯区、精纯与灌装区（见图1）。各区域人物流独立，发酵区废弃物须经高压灭菌后方可外排。若三区合并设计，宜采用双走道单向流布局，废弃物通过专用污物通道经灭菌后传出。

图 1 质粒载体生产区功能分区图

4.1.2 病毒载体生产区

分为无毒区（细胞复苏与扩增）和有毒区（转染、纯化、浓缩）。两区严格隔离，人物流独立。有毒区建议采用双走道单向流设计，废弃物经污物通道高压灭菌后排出。

图 2 病毒载体生产区功能分区图

4.1.3 细胞终产品生产区

全过程不可除菌过滤，需在无菌环境下进行，布局依工艺密闭性而定：

（1）非密闭工艺：采用双走道单向流设计（见图3），核心操作区（如细胞培养、灌装）嵌入洁净走廊。人员经更衣进入，操作完成后从退出走廊退更，废弃物经灭菌后传出，成品通过专用通道转移。

图 3 非密闭工艺条件下单向流设计示意图

（2）密闭工艺：若使用密闭系统或隔离器操作，可采用单走道布局，降低空间要求。

4.2 质量控制区

细胞治疗产品检项繁多，质控区设计需满足最大产能需求，并防范污染与生物安全风险。通常设化学实验区、微生物实验区、生物检定实验区及配套辅助用房，各区域物理隔断，互不干扰。

• 化学实验室区：配备仪器分析室、理化室、天平室、标准溶液室等功能间，支持化学指标检测。
• 微生物实验区：设微生物限度、无菌检查、内毒素、支原体检查及阳性菌室五大功能区，配套菌种室、培养室、灭菌室等，各区域独立运行，配备专用空调系统。
• 生物检定实验区：设PCR检测室、细胞检测室、常规生物鉴定室，配套准备室与试剂室，其中PCR室需独立人流、物流与空调系统。

4.3 贮存区

应设有足够空间分类存放待检、合格、不合格、退货或召回的原辅料、包装材料、中间产品及成品。含有传染性病原体的供者材料和细胞产品须单独隔离储存，配备专用设备并设置明显标识。

4.4 辅助设施区

主要包括空调系统、洁净气体系统、纯化水/注射用水系统、配电系统、空压系统等，为生产提供基础支持。

空调系统设计

• 洁净度要求：质粒与病毒载体最终产品可除菌过滤，其灌装需在C+ISOLATOR或B+A级环境；发酵区（密闭罐）可在D级，纯化区需C级。细胞产品全程不可除菌过滤，制备间应在C+ISOLATOR或B+A级，其余区域为C级。
• 压差与气流：洁净区与非洁净区之间、不同级别洁净区间压差不低于10Pa；必要时相同级别不同功能区也应保持梯度压差。
• 系统划分与回排风：
  1. 细胞、病毒、质粒生产应分别设置独立空调系统；
  2. 涉及传染性病原体的操作区域应独立设置并保持负压；
  3. 单个细胞操作间配独立空调时可适度回风，但每批生产后须彻底消毒灭菌并验证无残留；
  4. 多个操作间共用系统时应设计排风；
  5. 高风险阳性区排风须经高效过滤后排放至室外。

公用设施系统设计

• 纯化水系统：用于洁净服、工器具、洁具清洗及人员洗手。
• 注射用水系统：因接触材料多为一次性无菌耗材，用量较少，亦可外购使用。
• 纯蒸汽系统：用于B级区工器具及无菌服的灭菌。
• CO₂气体系统：为CO₂培养箱供气，通过气瓶间汇流排输送。
• 非洁净公用系统：冷冻水与蒸汽为空调系统提供冷热源，调节温湿度；压缩空气用于气动阀门动力；配电系统需为低温冰箱、冰柜等关键设备配备UPS电源，防止断电影响产品质量。

设备

• 生物安全柜：非密闭工艺中广泛使用，根据病毒或菌种特性选用Ⅱ级A2或B2型。
• 隔离器：包含传递舱、操作舱、观察舱、培养舱等功能模块，内置A级层流，采用顶送底回气流设计，集成VHP干法灭菌技术，配备在线尘埃粒子与浮游菌监测系统，实现全过程动态监控，保障无菌操作。
• 细胞培养设备：传统摇瓶难以满足商业化需求，生物反应器成为主流。其优势包括：
  1. 高细胞产量，实现密度数量级扩增；
  2. 精准控制与实时监控，便于数据追溯；
  3. 密闭体系，可与上下游无菌对接，确保质量安全可控。

结语

在国家政策大力支持下，随着多款细胞治疗产品获批上市，行业已进入快速发展期。然而，如何实现从实验室研发到标准化、可控化生产的跨越，如何实现低成本、高质量的商业化生产，仍是当前面临的核心挑战。

细胞治疗产品因其“活细胞”特性，决定了其工艺流程复杂、辅助系统要求特殊。GMP生产车间的工艺布局与设施设计，必须充分考量场地条件、生产品种、批次规模、工艺路线及研发阶段等多重因素。唯有科学规划、合规设计，才能保障产品的安全性、有效性与合法性，推动产业可持续发展。