动物疫苗降本增效的重要一环---层析纯化技术
疫苗是生物制品中的重要一员，它是采用微生物及其毒素、霉、动物的血清、细胞等制备的供预防和治疗用的制剂，是为了预防、控制传染病的发生和流行，用于人或动物体的预防接种的预防性生物制品。
博进生物一直用心为客户提供专业、稳定、高效的生物分离纯化解决方案，对人用及动物疫苗有着丰富的纯化经验和技术支持，开发出适用于疫苗分离纯化的第三代硬胶层析介质（亦称纯化填料）。
随着市场经济的不断发展，我国养殖业迅速发展，人民群众对于畜禽传染病的关注度不断提升，作为动物疫病的主要防控手段之一，动物疫苗得到了广泛应用，行业也获得了迅速发展。尤其进入21世纪后，我国动物疫苗行业迎来高速发展时期，这一切都得益于国内动物疫苗市场广阔及国家对此的大力支持。当下发现的250余种动物疫病种有70%疫病存在人畜共患病特点,为确保人畜的身体健康发展，国家加大对动物疫苗行业的扶持力度，研究、生产合理控制动物各种疫病的疫苗产品，以避免因动物疫病传染造成经济损失及对人体健康产生危害等。根据数据显示，我国动物疫苗行业市场规模由2015年106.4亿元增长至2019年的169.2亿元。预计2024年我国动物疫苗行业市场规模将达到269亿元。
国内动物疫苗起步于1918年创建的青岛商品检验局血清所和1919年建立的北平中央防疫处。自1952年第一部《兽医生物药品制造及检验规程》颁布以来，我国动物疫苗经历了从粗放式到规范化快速发展阶段，目前已成为覆盖多种动物疫病类型的高增长企业。
2018年8月3日我国确诊首例非洲猪瘟疫情，疫情从北方开始蔓延至南方，造成数量巨大的生猪死亡，直接导致了生猪行业产能的下滑。非洲猪瘟(AfricanSwineFever,ASF)是一种由病毒引起的传染性疾病，可影响所有年龄的猪，引起出血热。“非洲猪瘟”有多种表现形式，最常见的是急性发病形式，相关致死率高达100%。
图一、非洲猪瘟病毒整体结构（左：5层切面图；右：衣壳层整体结构）饶子和、王祥喜、歩志高联合团队解析了非洲猪瘟病毒结构。
图二、2013年以来该团队解析了五类三十余种全病毒原子分辨率的结构，从结构比较中可以看到非洲猪瘟病毒（ASFV）是一个十分巨大、复杂的病原体。
“非洲猪瘟”的高致死率对行业影响的最直接体现就是生猪存栏量的大幅下滑。我国肉类消费结构中，猪肉是占比最大的品种，2018年国内消费猪肉5539.8万吨，占据我国肉类消费总量约61.9%。其次是禽肉和牛肉，2018年消费量分别为1153.5万吨和791.0万吨，占比分别约12.9%和8.9%。猪肉作为我国肉类占比最高的消费单品，产能的大幅下滑导致了巨大的补栏需求，动物疫苗是生猪养殖的重要上游原料之一，当前巨大的补栏需求将引出动物疫苗行业业绩爆发机会，换句话说“非洲猪瘟”大大加速了动物疫苗行业的发展进程。
图三、我国肉类消费结构图（数据来源于网络）
虽然国内有很多大型动物疫苗生产企业，企业间国内外先进的生产技术和生产经验，使我国动物疫苗产业得到不同程度的发展，但仍然存在生产技术落后、管理模式落后、基础生产较为薄弱、生产条件不高的现象。虽然国内生产的疫苗产品种类有所增加，但普遍存在疫苗质量不高，种类结构不合理，同质化严重，科技创新能力不足的问题，动物疫苗生产企业一直停滞不前。因此动物疫苗企业需要注重对新工艺新方法的研究和开发，降本增效，提高产品质量，更好地满足畜牧养殖对高品质疫苗的需求，增加企业竞争力，才能在行业增长的浪潮中抓住机会大力发展企业实力。
在动物疫苗研制生产中主要包括上游和下游研制生产两个阶段。上游生产主要是应用微生物技术手段研制目标产物。下游生产主要是对目标产物的液料进行进一步的处理、浓缩和纯化，保证生产的兽用疫苗达到国家要求。近些年随着我国生物研究领域的不断加快，各项先进技术和设备的成熟推广应用，生物制品上游技术已经趋于成熟和完善，而下游兽用疫苗的抗原分离纯化技术发展相对比较滞后，有待进一步加强。上游动物疫苗生产得到的初料液中会含有大量的杂质，例如：牛血清、宿主蛋白、细胞代谢废物等，而下游生产的分离纯化对这些杂质的处理效果会直接影响产品品质，过量的杂质会导致动物在疫苗接种后产生强烈的副反应、引起严重的过敏反应甚至导致死亡。因此分离纯化是动物疫苗生产中决定产品品质的关键环节，以保证疫苗的安全性和有效性。有效的分离纯化，能够去除细胞培养液中的其它杂质，降低接种疫苗的副作用和杂质的免疫干扰，提高疫苗有效成分的含量和纯度。
传统的疫苗纯化技术主要有沉淀法（PEG沉淀、硫酸铵沉淀等）、超滤法、超速离心等，但是这些方法的杂质去除效果有限。相比传统纯化技术，层析技术具有分辨率高、操作条件温和、重复性好、易于放大、分离系统可实现管道化和自动化（更好满足密闭无菌要求）等突出优势，在生物制品（重组蛋白、疫苗、抗体等）的分离纯化中扮演着极其重要的角色。
图四、沉淀法示意图
图五、超滤法示意图
图六、层析技术示意图
根据相关专业人士的估算，分离纯化阶段的成本最高可占总成本的60%以上，然而进口的层析介质造价昂贵且货期较长，这较大程度上提高了疫苗生产的成本并限制了企业的发展。博进生物开发有离子交换层析介质，亲和层析介质，疏水层析介质等，专注于突破生物制药下游分离纯化领域的“卡脖子”关键技术，以此达到高效国产化替代作用。
动物疫苗分类图：动物疫苗按照工艺技术路线分类，可以分为常规疫苗、基因工程疫苗疫苗、合成多肽疫苗以及抗独特型抗体疫苗。
目前，动物疫苗的细分类别中市场占有率比较高的主要是减毒活疫苗（Weakened Virus）和灭活疫苗（Inactivated Virus）。从分子结构特点来看灭活疫苗是将野生病毒的基因进行改造，灭掉活性，但保全其整体结构，也因为该特点使得其稳定性好、安全性高，适用于怀孕母畜，占据了约70%的市场份额。而减毒活疫苗是将野生病毒的基因进行改造，将其毒性减少到最小，但保全其活性和整体结构，因此其接种效果相比灭活疫苗更高，适用于大数量动物接种，同样获得了一定的市场认可。
这两类疫苗的纯化采用沉淀离心法或者超滤法，能实现一定程度的纯化效果，但是疫苗尺寸大小相近的生物分子并未得到完全去除，动物接种后，还是容易产生严重的应激反应。采用层析技术，层析介质可以反复使用数百次，综合成本远低于传统工艺。
在用层析技术纯化以上两类疫苗时层析填料的孔径是影响纯化效果的关键。常规孔径填料的孔径平均是30nm左右，抗原分子的水力学直径大约是20mm以上，而杂蛋白是小于15nm。抗原分子在经过常规孔径离子填料的时候会因为孔道较小不能进入孔道内部，VLPs有可能会因为孔道太小而被剪切力破坏原有结构，影响免疫活性。针对这种情况博进生物开发的超大孔离子交换填料具有足够大的孔径，避免了常规孔径填料遇到的上述问题，抗原可以在孔道内自由传质，完美实现吸附与解吸附。因此采用GPQ强阴离子交换介质或GPS强阳离子交换介质纯化疫苗抗原/病毒载体，具有上样量大（1-30CV）、纯度高、收率高优点。
动物疫苗的有效纯化成为其品质升级的重要方式，综合性价比来看，层析纯化与传统的纯化方式相比具有明显的价格优势。
