保障从实验室到临床的细胞治疗产品供应链

细胞治疗产品的开发正在使医疗保健发生改变。随着越来越多此类治疗产品的出现，世界范围内数以千计的患者看到了治愈疾病的新希望。然而，这些治疗产品的“从采血到回输”工作流程并非一帆风顺，也充满了挑战，其中许多挑战将随着我们扩大规模以治疗更多患者而愈发严峻。本文中我们考虑了与细胞治疗产品的低温供应链相关的挑战和风险，此外还指出了降低风险的策略。

典型的自体细胞治疗产品工作流程包括一个低温物流周期，涉及患者接受治疗的临床中心或医院以及生产治疗产品的生产商。需从患者体内采集活检组织或样本，经工程改造为治疗产品，然后重新回输患者体内以进行治疗。相比之下，同种异体细胞治疗产品使用单个供体样本对多名患者进行细胞改造，所以其涉及的运输段更少。在任一情况下，在这些运输步骤中全程维持细胞活力都是至关重要的，任何延迟或中断都可能使细胞活力以及治疗有效性和患者安全性面临风险。

如果细胞在采集后失去活力，生产商可能很难继续开发治疗产品，他们可能需要新样本进行生产，但新样本不一定随时可以获得。如果从生产商运输至患者的过程中治疗产品活力受损，治疗有效性会面临风险，进而可能导致整个流程需要重新开始。无论在哪种情况下，患者的健康都处于危险境地，并且，鉴于这些治疗产品的生产成本可能超过每名患者 100,000 美元，这会对生产商的财务状况产生重大影响。

虽然目前的方法可承受现有的细胞治疗产品运输量（也会面临挑战），但是，如果纵向和横向放大此类治疗的规模，将增加对现有低温物流网络的压力。在开发一种治疗产品的早期考虑和解决这些挑战有助于降低未来出现供应链中断的风险，并确保患者继续在正确的时间接受适当且优质的治疗。

为什么在 -120°C 以下进行冷冻保存是有利且必要的

随着活细胞治疗益处的凸显，其运输和储存所面临的挑战也随之显现。与冻干或化学合成的治疗产品不同，用于细胞治疗产品的生物样本是活细胞且有活性，一旦从体内取出，就会遭到破坏且会出现代谢下降。

在某些情况下，可在 4°C 下短期储存，例如将样本运输至邻近采集地点的生产设施时。然而，如果距离较远，则需要进行冷冻保存并将温度持续维持在 -120°C 以下，该温度是分子迁移率受到原子或分子键振动以及小分子基团的重新定向的限制的临界点¹，且随时间推移发生降解的风险大大降低，如图 1 所示。要想成功地长期储存样本，关键在于使样本保存温度始终低于此温度^2,3。

图 1. 冷冻保存细胞。通过受控冷却对细胞进行脱水，将冰晶形成造成的损害降至最小。脱水继续进行，直至细胞内空间发生玻璃化（细胞内玻璃化转变）。随着进一步冷却至低于 -120°C，细胞外玻璃化转变可使残留分子流动性停止，并可对细胞进行稳定的长期低温储存和运输。（图改编自 Meneghel et al.2019²）

为了尽可能提高细胞活力，将样本温度升至高于 -120°C 的操作只能由细胞治疗产品生产商或在诊疗点以受控方式进行。如果在受控解冻环境之外（例如储存或运输期间）将样本温度升至高于 -120°C，则会损坏细胞，从而影响存活细胞的质量和数量。不受控的升温可能会造成冻存袋或批次之间的不一致，甚至会损毁全部样本^3-5。

自体细胞治疗产品工作流程中的低温冷链

在处理自体嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞和肿瘤浸润性淋巴细胞 (TIL) 治疗产品时，需将最终产品（某些情况下还包括起始材料）进行冷冻保存。该过程涉及几个关键步骤：细胞材料的冷冻、低温运输和解冻，所有这些步骤对于维持细胞活力均至关重要。概言之步骤如下：临床工作人员从患者体内采集活检或单采样本。如果认为有必要进行冷冻保存，临床工作人员可监督该过程，并将样本装于含液氮的干式运输罐中运输至生产商处。或者，可由生产商处理冷冻保存过程。冷冻保存后，生产商在生产线可用时解冻细胞材料。接下来，生产商会分离 T 细胞并进行工程改造和扩增，然后将其制剂成细胞治疗产品。最后，冷冻保存治疗产品并将其送回临床端进行解冻和给药，如图 2 所示。

这两条供应链 — 捐献样本用于生产治疗产品以及将治疗产品运送回患者处进行输注 — 非常复杂，冷冻保存的细胞样本和治疗产品均经历了多次交接。在整个运输过程中，需要谨慎处理和管理记录，保存好样本质量和记录运输信息。随着细胞疗法的治疗应用迅速扩展，该工作流程中并非所有阶段都能以其当前形式随时进行扩展。

图 2. 静脉-静脉自体细胞治疗工作流程涉及至少 3 方（临床、生产和物流运输）才能实现低温冷链工艺，运输期间至少涉及 4 个转移点（转移点 1-4），如果运输需要一个承运人网络（用术语“物流公司”表示），则可能有更多个转运点。

与低温物流相关的关键风险和挑战

细胞治疗物流的首要目标是，在运输之前、期间和之后的每一个步骤中保护样本，以便将有效的治疗产品提供给有需要的患者。低温运输容器的设计目的，即使将样本维持在低温下并避免样本损坏。快递公司在这一保障流程中发挥着重要作用，不仅要确保在途中遵守处理要求，同时应采取适当的应急计划来处理任何意外事件或延迟。在细胞治疗产品生产商与快递公司之间建立合作关系的目的是高效管理物流，同时确保始终符合国际药品分销质量管理规范 (GDP) 并做好准备以高效扩大规模。

低温冷链包装要求

每次细胞治疗产品运输均涉及多层包装，目的是确保产品完整性和稳定性：

• 一级包装：盛装细胞样本的冻存袋或冻存管
• 二级包装：用于固定一级包装的容器或托架
• 三级包装：液氮 (LN₂) 干式运输罐，有时也称为干式气相运输罐
• 外包装：容纳和固定 LN₂ 运输罐的任何运货板或箱子

直到最近，用于低温运输的三级包装纳入了经过预处理的 LN₂ 干式运输罐，首先将其空载运输至医院或生产商处，然后将有效负载装于气相相中运输至预期目的地。LN2的温度为-196℃，在运输过程中逐渐气化消耗。正常条件下，大多数干式运输罐可在 5 至 10 天内维持低于 -150°C 的温度，这足以将细胞材料保持在低于 -120°C 这一临界阈值的条件下。这一时间段称为保持时间。数据记录器或智能监测装置可记录整个运输过程中容器的温度、倾斜情况和位置。这一过程可能历时数天，特别是在需要跨国界空运的情况下。

应适当包装并仔细规划运输路线，这些对于每次运输均至关重要。然而，在整个物流过程中，LN₂ 蒸气的物理学特征带来了许多挑战，并形成了限制条件。管理干式运输罐所需的准备、装载和验证过程非常复杂：

• 首先，使用每个运输罐时，均需彻底清洁用于容纳 LN₂ 的纤维状沸石基质，因为这种物质可能会随着使用而降解，从而缩短运输罐的保持时间。
• 然后将 LN₂ 预装入运输罐，以便达到运输过程所需的预计保持时间。
• 对已装载的干式运输罐进行称重，以评估其准备状态，并装满至满载重量。
• 在每次运输之间，完成目视检查以验证运输罐的状况，因为运输罐颈部周围封条破损或外部凹陷可能会缩短保持时间。
• 为检查干式运输罐是否运行良好并证明预计保持时间，在运输之间进行常规 “24 小时蒸发验证”试验。

这些步骤并不能保证运输罐的保持时间，因为运输过程中倾斜等事件会增加 LN₂ 消耗的速率，进而带来风险，使温度在运输货物到达目的地之前就超过 -120°C 这一阈值。专业快递公司可能会将样本转移至备用的预装干式运输罐，从而消除发生不受控解冻的风险，但这样做可能会使样本的监管链和标识链断裂。

鉴于这些固有风险，需要在整个低温冷链 — 快递公司的装载枢纽、生产地点、途中和临床研究中心 — 配备 LN₂ 基础设施，并进行相关危害管理培训和制定相应计划。还应对各方施加调度约束，以协调临床和生产地点的工作流程步骤的时间安排与干式运输罐的准备以及严格的物流时间表，如图 3 所示。

图 3. 使用快递公司提供的预装运输罐（橙色）或使用细胞治疗产品生产商车队的运输罐（蓝色）进行运输时的低温物流（绿色）注意事项。

考虑到与干式运输罐相关的潜在挑战，我们开发了使用电动低温冷却器的无 LN₂ 系统。使用基于斯特林发动机的低温冷却器装置将这些电动运输罐冷却至低于 -190°C 的低温，然后经过密封以进行运输，可提供与 LN₂ 运输罐相当的保持时间，而且不存在使用 LN₂ 进行冷却所带来的诸多挑战。

表 1 列出了低温冷链中的一些关键风险及其原因和可能的后果。

表 1. 与低温运输相关的关键风险、原因和后果

SOP = 标准操作规程

低温供应链风险缓解策略

质量规划和流程优化结果

细胞治疗产品按 GMP 标准生产，并应根据 GDP 要求运输（图 4）。始终遵循 GDP，使符合 GMP 要求的质量保证贯穿整个物流工作流程。确保物流遵守 GDP 指南并不能保证始终符合要求，而是要协助人们识别、管理低温运输并缓解其风险。

如果没有 GDP 合规认证，则存在低温运输罐和冷冻保存细胞样本受到意外不当处理以及文书记录未能正确维护的风险。当时看似微不足道的疏忽可能会对细胞治疗产品及其受者产生重大影响，尤其是在监管链和标识链断裂的情况下。直到容器到达或无法到达目的地，许多潜在问题才会显现出来。

风险管理策略

每批运输货物都是独一无二的，但对于一些易受影响且珍贵的货物，在努力消除或缓解风险的过程中有一些需要关注的共同点。随着更多适于低温运输的包装和快递服务选项的出现，现在有一系列缓解策略有待考虑。表 2 列出了相应的低温物流策略，用于在运输前、运输期间和交付现场管理细胞治疗产品的临界温度。

表 2. 温度偏离风险缓解策略

目前，通常需要为 LN₂ 干式运输罐预留至少 30% 的保持时间裕度，以便将交付前或交付后等待阶段内的临时储存期列入预算时间。在短期内，继续使用较大的运输罐延长保持时间可能是最简单的选择；然而，一些临床研究中心不能储存或在内部无法处理大型干运输罐（特别是固定于运货板时），这很可能无意中限制了治疗的临床可及范围。

对于不习惯使用 LN₂ 的临床研究中心，需要进行培训和制定额外的危害管理方案，这可能会阻碍或延迟其入组工作。因此，对于某些研究中心，选择无 LN₂ 选项可能更简便。必须注意的是，所有风险缓解策略都需要权衡利弊，因此在确定短期和长期物流需求并确定其优先级时必须谨慎。

缓解其他物理、数据完整性和监管风险

由于物流风险不仅限于将样本储存在 -120°C 以下所带来的挑战，在概述要求、缓解方法和权衡利弊时，还需要考虑其他物理和监管因素。

之前认为，将样本装载至干运输箱之前可以用气泡膜包装样本作为二级包装，这种观点已然过时。现在，有多种包装选择可以防止冷冻样本破裂。任何旨在尽可能减少物理损坏的策略还须限制样本在运输和储存容器之间的转移。通过限制转移，能够尽可能减少样本监管链和标识链发生断裂的风险。其中一些方法包括：

• 在延迟期间或在临床研究中心使用运输罐进行临时低温储存：可使用 LN₂ 干运输罐（前提是能够满足适当的保持时间规定）实现该策略要求，如需储存数周时间，可使用连接至标准电源插座的无 LN₂ 运输罐系统。
• 采用流程管理缓解策略：为所有相关方（包括提供备用 LN₂ 干式运输罐的快递公司）定义明确的 SOP，以便在样本装载至/卸载自运输罐或进入储存设施时严格实施。

进行数字化以确保数据完整性

直到最近，运输罐记录的重点一直是记录整个运输过程中运输罐的条件。现在，新一代云平台可以自动以数字方式获取数据，无需再由临床团队上传数据记录器读数或管理纸质记录。该方法消除了潜在验证记录丢失的风险，同时还可提供运输罐的实时信息。

若要将条件数据整合到批记录中，需执行一个附加步骤：将数据从快递公司传输到生产商的系统。如果选择一个基于云的系统，可将条件信息自动上传至细胞治疗产品生产商的自有记录系统，这有助于确保信息通过安全流程不间断地流动，实现高水平数据完整性。

在样本送达临床研究中心后，任何时候需要将其转移至临时现场储存地点时，均会产生需要验证储存过程和设备的问题。利益相关者还必须能够访问样本放置在冷冻柜时的低温记录。就此而言，数据收集仍然是临床研究中心工作人员面临的一大挑战 — 使用智能运输罐（LN₂ 或无 LN₂）临时储存能够轻松克服这一挑战，而且可生成连续数字条件记录（直至治疗前一刻）。可向生产和临床团队提供数字 SOP 工具，以指导和捕获完整记录的装载或卸载过程，从而无需纸质记录。其中还包括另一步骤，即读取样本条形码、运输罐识别条形码和特定运输罐运输单据上的条形码，使工作人员能够验证标识链并将此记录与运输罐服务和条件记录联系起来，以证实正确的样本到达正确的目的地。

转移记录链是大多数快递公司服务的标准部分，记录了负责处理运输罐货物的每个利益相关者。将此记录关联至运输罐条件信息，可用于识别包装处理 SOP 中需要细化或可能需要对人员进行进一步培训的任何薄弱环节。对样本的完整的电子运输罐记录 — 包括物流工作流程 SOP 记录、运输罐服务历史记录、运输条件数据和监管链记录 — 进行优化、数字记录和全面整合，可为推动物流流程和表单管理的改进提供有价值的工具。

确定与细胞治疗产品供应链相关复杂风险的管理策略时，需要进行计算和考虑注意事项。单一方法可能并不适用于所有情况。而灵活的多策略物流可解决临床研究中心基础设施和规模之间的差异，从而为生产商、提供商和患者提供理想的结果。

未来细胞治疗产品规模扩大的影响

本文中讨论的所有风险都会随着规模的扩大而增加。随着细胞治疗产品的普及，全球对生产流程的需求也将随之增加。我们如何调整低温供应链以应对这些日益增加的压力？

建立伙伴关系

要想可靠地递送细胞样本，务必在细胞治疗产品生产商、快递公司与临床团队之间建立强有力的合作伙伴关系。可以通过技术、包装和数字系统加强这种合作伙伴关系，从而在每一步以及全球物流网络中都能提供一致且受控的流程。

工作流程和基础设施的标准化

使用无 LN₂ 的程序降温仪和无 LN₂ 运输系统，即可避免在冷冻保存、运输和临时储存过程中使用 LN₂。通过这种转变也可消除相关的经常性成本，例如针对临床团队的 LN₂ 危害培训。寻找机会从而使供应链中的元素实现自动化和标准化，有助于进一步以医疗保健市场能够承受的成本生产细胞治疗产品，从而实现进一步普及。从更广泛的角度出发并在静脉-静脉工作流程的背景下审视细胞运输罐货物，有助于发现额外提高效率的机会。例如，与数字批记录自动整合的完整电子运输罐记录系统可提高数据管理过程中的生产率。

将低温冷链视为一组连贯的工作流程步骤而不是将物流视为孤立的活动，这样可以解锁其他成本控制机会。例如，用于患者初始样本冷冻保存的低温储存容器通常因临床研究中心不同而有所不同。对此一级包装执行标准化，可简化医院-生产运输的质量标准。如果样本体积较大，可采用冻存管进行冷冻保存，从而建立比低温储存袋更耐用且更耐破裂的一级包装类型，可重新定义二级包装质量标准并提供潜在的成本效益。需评估这一高层次观点以确定处理决策如何影响后续工作流程步骤，但这极具挑战性，并且经常受限于组织的内部限制和会计结构，但可以提供真正的效率收益。

应对物流对环境的影响

扩大细胞治疗产品规模的另一个注意事项是相关供应链的碳足迹。就目前的运输量而言，碳足迹可能更像是一个次要问题。然而，随着规模的扩大，多段运输过程意味着碳足迹会随患者人数的增加而增加。再者，目前通过以下做法可应对这一挑战：考虑如何调整物流网络以便使用无 LN2 系统（在临床研究中心进行充电）、从拥有大量患者的临床中心启用高效的双向运输周期以及确保所有运输段均载运有效负载。

总结和结论

细胞治疗产品是个性化医疗向前迈出的一大步，为危重患者提供了新的治疗希望。当前临床试验中对 CAR-T 细胞、CAR-NK细胞、肿瘤浸润淋巴细胞和其他细胞治疗的需求将有所增加，从而需要扩大生产和治疗规模。这种增加将对静脉-静脉工作流程中的低温物流带来越来越大的压力。

那些就细胞治疗产品物流做出决策的人员在计划和执行运输时必须考虑上述多种风险。从对精确时间安排的需求及其对生产和临床团队的相关影响，再到确保和监控维持低温所需的参数，每一步都至关重要。

虽然迄今为止 LN₂ 干式运输罐一直是最常见的低温运输容器选择，但人们一直在调整快递公司和物流流程，以有效管理 LN₂ 带来的固有限制。本文中，我们已经确定了低温供应链中涉及的一些关键风险，以及物流团队可以采用的新风险缓解策略。尽管所有供应链方法都需要多方协作且需要遵从 GDP，但在未来无 LN₂ 系统可能会成为主流选择，该系统可降低或消除与当前基于 LN₂ 的容器运输相关的多重风险。

随着细胞治疗产品变得越来越普遍，医院、生产商和快递公司将需要适应日益增长的需求、全球中断的可能性以及确保 — 通过他们的努力 — 未来患者在正确的时间接受适当且优质的治疗的绝对需求。

参考文献

1. Roudaut G, Simatos D, Champion D, et al. Molecular mobility around the glass transition temperature: a mini review. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2004 Jun 1;5(2):127–34.
2. Meneghel J, Kilbride P, Morris JG, Fonseca F. Physical events occurring during the cryopreservation of immortalized human T cells. PLoS One. 2019;14(5):e0217304. Published 2019 May 23. doi:10.1371/journal.pone.0217304.
3. Meneghel J, Kilbride P, Shingleton W, Nancekievill A, Morris GJ. Shipping temperatures for cell therapies. ISCT 2020. Poster CY-12874-13MAY20-PT JB80011US.
4. Germann A, Oh Y-J, Schmidt T, et al. Temperature fluctuations during deep temperature cryopreservation reduce PBMC recovery, viability, and T-cell function. Cryobiology. 2013 Oct;67(2):193-200. doi: 10.1016/j.cryobiol.2013.06.012.
5. Pogozhykh D, Pogozhykh O, Prokopyuk V, et al. Influence of temperature fluctuations during cryopreservation on vital parameters, differentiation potential, and transgene expression of placental multipotent stromal cells. Stem Cell Res Ther. 2017 Mar 11;8(1):66. doi: 10.1186/s13287-017-0512-7.