基于CHO細(xì)胞疫苗生產(chǎn)型生物醫(yī)藥企業(yè)的環(huán)境影響研究

涂津鵬

（浙江環(huán)龍環(huán)境保護(hù)有限公司 浙江杭州 310012）

隨著生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷突破、相關(guān)政策的相繼出臺，我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出百花齊放的趨勢。依托各類醫(yī)藥港小鎮(zhèn)、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園等產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺［1］，生物醫(yī)藥企業(yè)落地生根，生物醫(yī)藥研發(fā)能力和生產(chǎn)能力不斷加強(qiáng)，造福社會。

CHO 細(xì)胞即中國倉鼠卵巢細(xì)胞（Chinese Hamster Ovary），是基因工程疫苗研究中最具有代表性的哺乳動物表達(dá)載體，也是用來表達(dá)外源蛋白最多、最成功的一類細(xì)胞［2］。基于CHO 細(xì)胞進(jìn)行疫苗生產(chǎn)，也成為眾多生物醫(yī)藥企業(yè)選擇的產(chǎn)業(yè)方向［3］。與此同時，這類生產(chǎn)方式具有工藝復(fù)雜、產(chǎn)污環(huán)節(jié)多、污染因子多、污染防治措施投資大等特征。本文結(jié)合某生物醫(yī)藥企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況，對該企業(yè)的生產(chǎn)工藝及污染產(chǎn)生和防治情況進(jìn)行深入分析，來研究這類生物醫(yī)藥企業(yè)的環(huán)境影響。

1 生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污分析

1.1 企業(yè)生產(chǎn)概況

該生物醫(yī)藥企業(yè)主要生產(chǎn)疫苗產(chǎn)品，該產(chǎn)品是以重組CHO細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)生產(chǎn)的蛋白類生物制品，企業(yè)采用外購CHO 細(xì)胞作為生產(chǎn)來源。在細(xì)胞放大培養(yǎng)過程中，在細(xì)胞體外會產(chǎn)生特異性目標(biāo)蛋白。當(dāng)培養(yǎng)到一定階段，細(xì)胞產(chǎn)生特異性目標(biāo)蛋白能力降低，此時停止培養(yǎng)，得到收獲液。將含有細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)生的特異性蛋白收獲液通過離心、過濾、層析等方法進(jìn)行分離，去除收獲液中的細(xì)胞、細(xì)胞碎片和雜質(zhì)蛋白等雜質(zhì)，最后獲得需要的特異性目標(biāo)蛋白，該特異性目標(biāo)蛋白即為該企業(yè)產(chǎn)品，最終產(chǎn)品的性狀為含有一定比例目標(biāo)蛋白的原液。

1.2 原輔材料及生產(chǎn)設(shè)備

企業(yè)生產(chǎn)過程中，主要涉及污染物產(chǎn)生的原輔材料有工作細(xì)胞、培養(yǎng)基、無機(jī)鹽類、氨基酸類、鹽酸、甲醇、乙醇、乙酸，以及乙腈、四氫呋喃等其他揮發(fā)性有機(jī)物。企業(yè)生產(chǎn)單元有原液生產(chǎn)車間、質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室、危化品庫、廢水處理站及廢氣處理設(shè)施、應(yīng)急池。其中，純水制備、細(xì)胞接種、生物反應(yīng)、收獲、純化等工藝均位于原液生產(chǎn)車間內(nèi)。主要生產(chǎn)設(shè)備有純水制備系統(tǒng)、緩沖液制備器、培養(yǎng)基制備器、細(xì)胞培養(yǎng)器、離心機(jī)、深層過濾器、層析柱系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、蒸汽滅菌器、高壓滅菌器、空壓機(jī)、冷凍機(jī)、生物安全柜等。

1.3 工程分析

1.3.1 液體培養(yǎng)基配制

原液生產(chǎn)車間設(shè)置有獨(dú)立操作的培養(yǎng)基配液間，根據(jù)不同的培養(yǎng)擴(kuò)增工序所需的培養(yǎng)基用量進(jìn)行配制，制得液體培養(yǎng)基［4］。然后，使用深度過濾包濾去未溶解的原輔料中的雜質(zhì)，提供給生產(chǎn)使用。培養(yǎng)基的配制使用氨基酸、葡萄糖、維生素、無機(jī)鹽等原輔料。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為車間消毒廢氣及過濾廢棄的沾染了培養(yǎng)基的器皿。

1.3.2 細(xì)胞復(fù)蘇及擴(kuò)增

從冷庫中取出CHO細(xì)胞凍存管，轉(zhuǎn)入接種間使其盡快融化。在生物安全柜中，用無菌移液管吸出CHO細(xì)胞懸液，放入已裝有液體培養(yǎng)液的離心管中離心。在生物安全柜中棄離心上清液，得重懸細(xì)胞。將重懸細(xì)胞轉(zhuǎn)移至已加有液體培養(yǎng)基的搖瓶中，依靠細(xì)胞的自然分裂進(jìn)行擴(kuò)增。之后，將細(xì)胞懸液、液體培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到生物反應(yīng)器中，繼續(xù)細(xì)胞擴(kuò)增。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為呼吸作用產(chǎn)生的CO2。

1.3.3 目標(biāo)蛋白收獲

細(xì)胞培養(yǎng)液中含有CHO細(xì)胞、細(xì)胞碎片和特異性目標(biāo)蛋白。利用離心機(jī)，將CHO 細(xì)胞、細(xì)胞碎片和目標(biāo)蛋白分離開來，再利用過濾器的空隙，將細(xì)胞和細(xì)胞碎片截留在過濾器中，目標(biāo)蛋白進(jìn)入濾液。過濾結(jié)束后，繼續(xù)用注射水沖洗，將殘留在過濾器中的目標(biāo)蛋白進(jìn)一步洗出到濾液中。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為沖洗廢水及廢過濾器等。

1.3.4 細(xì)胞純化

（1）親和層析。將具有特殊結(jié)構(gòu)的親和分子制成固相吸附劑放置在層析柱中。蛋白混合液通過層析柱時，與吸附劑具有親和能力的目標(biāo)蛋白會被吸附而滯留在層析柱中，可用洗脫液將其洗出；沒有親和力的蛋白由于不被吸附，直接流出，從而與目標(biāo)蛋白分開［5］。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為洗柱廢水、親和層析廢水、廢儲液袋及廢層析柱和填料。

（2）深層過濾。利用過濾器的空隙，將雜質(zhì)蛋白截留在過濾器中，獲得含目標(biāo)蛋白的澄清過濾液。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為沖洗廢水、過濾廢水、廢儲液袋、廢深層過濾膜包和廢除菌過濾器。

（3）離子層析。為進(jìn)一步降低目標(biāo)蛋白中的宿主蛋白、內(nèi)毒素等雜質(zhì)的含量，采用離子層析對目標(biāo)蛋白進(jìn)行純化，即將帶有特定電荷的目標(biāo)蛋白結(jié)合在吸附填料上，使用沖洗液將雜質(zhì)洗去，然后通過特定洗脫液將吸附在填料上的蛋白質(zhì)洗脫下來，從而完成純化。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為洗柱廢水、層析廢水、廢儲液袋、廢層析柱等。

（4）納濾除病毒。為避免離子層析過程中外源性病毒進(jìn)入目標(biāo)蛋白，導(dǎo)致目標(biāo)蛋白活性降低或消失，進(jìn)行納濾除病毒。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為沖洗廢水及廢過濾膜包等。

（5）超濾濃縮換液。利用超濾濃縮換液原理，將最終純化好的目標(biāo)蛋白進(jìn)行濃縮，將多余緩沖液分離出來，提高有效成分的含量。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為沖洗廢水、置換廢水、廢儲液袋、廢過濾膜包等。

（6）除菌過濾。為避免超濾過程中外源性細(xì)菌進(jìn)入目標(biāo)蛋白，導(dǎo)致目標(biāo)蛋白活性降低或消失，進(jìn)行除菌過濾。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為儲液袋、廢除菌過濾濾芯等。

1.3.5 設(shè)備清洗及消毒

使用純化水、混合清洗液、注射水進(jìn)行設(shè)備清洗。清洗后，定期利用純蒸汽進(jìn)行消毒。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)污主要為設(shè)備清洗廢水、純蒸汽消毒冷凝廢水。

1.4 污染源分析

1.4.1 廢氣

企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣主要有細(xì)胞復(fù)蘇及擴(kuò)增呼吸廢氣、質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室廢氣、消毒廢氣、廢水處理站廢氣。生產(chǎn)廢氣中污染因子主要有氯化氫、甲醇、乙酸、非甲烷總烴，廢水站廢氣污染物主要為氨、硫化氫、非甲烷總烴。

1.4.2 廢水

企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要有生產(chǎn)工藝廢水、設(shè)備清洗廢水、滅活蒸汽冷凝水、純水制備濃水、廢氣處理裝置排水和生活污水。其中，含有生物活性的生產(chǎn)廢水經(jīng)滅活罐滅活后進(jìn)入廢水處理站處理。

1.4.3 噪聲

企業(yè)噪聲主要來自離心機(jī)、清洗機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、離心機(jī)、冷水機(jī)組、冷卻塔、軟水制備機(jī)、注射水制備機(jī)、機(jī)泵等設(shè)備的運(yùn)行噪聲。

1.4.4 固體廢物

企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物分為一般工業(yè)固體廢物、危險廢物和生活垃圾。其中，一般工業(yè)固體廢物包括：純水制備廢RO膜、濾渣、濾芯、離子交換樹脂，廢水處理污泥；車間凈化系統(tǒng)廢濾芯。危險廢物包括廢一次性耗材、廢棄培養(yǎng)基和實(shí)驗(yàn)廢液、過期化學(xué)藥品、廢化學(xué)品包裝、不合格產(chǎn)品、廢氣治理廢活性炭、設(shè)備維護(hù)廢機(jī)油。

2 污染防治措施及效果

2.1 廢氣治理措施

生產(chǎn)廢氣經(jīng)收集后，經(jīng)位于廠房樓頂?shù)摹皦A洗+活性炭吸附”廢氣處理裝置處理后高空排放，廢水處理站廢氣收集后，經(jīng)“堿洗+次氯酸鈉氧化”廢氣處理裝置處理后高空排放，可達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 廢水治理措施

具有生物活性的生產(chǎn)廢水經(jīng)高溫滅活后，與其他污染物濃度較高的生產(chǎn)廢水匯于調(diào)節(jié)池，經(jīng)密閉式一體化A/O 工藝廢水處理設(shè)施預(yù)處理，再與其他較清凈的生產(chǎn)廢水統(tǒng)一納入市政污水管網(wǎng)，進(jìn)入市政污水處理廠集中處理，可達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 噪聲防治措施

在滿足生產(chǎn)工藝要求的條件下，企業(yè)優(yōu)先選用低噪聲、振動小的設(shè)備，從聲源上降低噪聲值。對風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等高噪聲設(shè)備加裝消音器和設(shè)隔音間，將設(shè)備外噪聲值控制在允許范圍之內(nèi)。在平面布置上，將噪聲較大的輔助車間和設(shè)備盡量布置在遠(yuǎn)離人群集中的地方，并利用綠化帶和建筑物等阻止噪聲的傳播。

2.4 固廢貯存措施

企業(yè)建有1 座危廢倉庫和1 座一般固廢倉庫。危廢倉庫貯存能力可滿足危險廢物最大儲存需求，并滿足防風(fēng)、防雨、防曬要求，危廢倉庫地面及圍墻嚴(yán)格按照防滲要求進(jìn)行了防滲處理。

3 環(huán)境影響預(yù)測與評價

根據(jù)所在城市最近年度的生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)，該區(qū)域環(huán)境質(zhì)量判定為達(dá)標(biāo)區(qū)。企業(yè)建設(shè)前期，對大氣特征污染物、地表水、地下水、土壤、聲環(huán)境進(jìn)行了環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測，均符合相關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)企業(yè)產(chǎn)污及排放情況，對各環(huán)境要素受企業(yè)生產(chǎn)的影響分析如下。

3.1 大氣環(huán)境影響

企業(yè)大氣環(huán)境影響評價等級為二級，故大氣環(huán)境影響預(yù)測和評價，對大氣污染物有組織和無組織排放量進(jìn)行了核算［6］，核算污染物包含氯化氫、甲醇、乙酸和非甲烷總烴，均符合相應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)［7］。企業(yè)無須設(shè)置大氣環(huán)境防護(hù)距離。

3.2 地表水環(huán)境影響

根據(jù)企業(yè)廢水納管排放情況，地表水評價等級為三級B。企業(yè)新建1座一體化廢水處理設(shè)施，保證廢水的達(dá)標(biāo)納管。廢水處理站的設(shè)計(jì)處理規(guī)模符合企業(yè)待處理廢水的產(chǎn)生量。企業(yè)生產(chǎn)廢水經(jīng)廢水站預(yù)處理后納管排入市政污水處理廠的處理措施是可行的。

3.3 地下水環(huán)境影響

企業(yè)地下水環(huán)境影響評價等級為二級，因企業(yè)范圍及周邊地下水禁止開采，且企業(yè)地面硬化，故企業(yè)的生產(chǎn)對地下水環(huán)境影響較小。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)分布情況，將企業(yè)廠區(qū)劃分為重點(diǎn)防滲區(qū)、一般防滲區(qū)和簡單防滲區(qū)，對地面進(jìn)行了分區(qū)防滲處理。

3.4 土壤環(huán)境影響

企業(yè)土壤環(huán)境影響評價等級為二級，企業(yè)正常工況下，對土壤的污染途徑為大氣沉降。因企業(yè)內(nèi)部地面均進(jìn)行了硬化處理，且企業(yè)不涉及重金屬和持久性有機(jī)物的排放，故企業(yè)生產(chǎn)對土壤影響較小。

3.5 聲環(huán)境影響

企業(yè)經(jīng)廠房隔聲、減振隔聲、距離衰減后，廠界噪聲均符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中的3類標(biāo)準(zhǔn)。噪聲對廠界和周邊敏感目標(biāo)影響較小。

3.6 固體廢物環(huán)境影響

企業(yè)危險廢物委托有資質(zhì)的單位定期處置，一般固廢及生活垃圾委托環(huán)衛(wèi)清運(yùn)或部分由廠家回收，無固體廢物直接排入環(huán)境。

3.7 生物安全影響

企業(yè)生產(chǎn)使用的CHO細(xì)胞生物安全風(fēng)險很小，屬于第四類微生物。相應(yīng)原液生產(chǎn)廠房的生物安全防護(hù)級別為一級（BSL-1），質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室生物安全防護(hù)級別為二級（BSL-2）。生產(chǎn)操作均在生物安全柜內(nèi)或密閉設(shè)備中進(jìn)行，廠房車間均為高潔凈度GMP 車間，自帶含有HEPA 過濾器的獨(dú)立凈化系統(tǒng)，具有生物活性的廢棄物均經(jīng)高溫滅活后再外排。故企業(yè)對周圍環(huán)境的生物安全性影響較小［8］。

4 環(huán)境管理及監(jiān)測計(jì)劃

4.1 總量控制

根據(jù)國家及所在城市的環(huán)境管理要求，新增VOCs 排放的項(xiàng)目均實(shí)行區(qū)域內(nèi)現(xiàn)役源兩倍削減量替代；醫(yī)藥行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目廢水新增化學(xué)需氧量總量指標(biāo)削減替代比例為1∶1.2，新增氨氮總量指標(biāo)削減替代比例為1∶1.5。企業(yè)排放總量通過區(qū)域平衡替代方式，可滿足總量控制要求。

4.2 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境管理最重要的手段之一，企業(yè)環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃包括竣工環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測和營運(yùn)期常規(guī)監(jiān)測。

5 結(jié)語

基于CHO 細(xì)胞疫苗生產(chǎn)型生物醫(yī)藥企業(yè)的環(huán)境影響判別，關(guān)鍵在于對原輔材料和生產(chǎn)工藝的分析。企業(yè)通過積極落實(shí)污染防治措施、清潔生產(chǎn)措施及生物安全措施，對廢氣、廢水進(jìn)行處理；噪聲采取有效防治措施；固體廢物分類收集并委托處置后，其污染排放可滿足要求，對環(huán)境影響較小。

對于有條件的地區(qū)，積極引導(dǎo)落實(shí)生物醫(yī)藥企業(yè)等同類型的企業(yè)集中入園，并提高園區(qū)環(huán)境管理水平，加強(qiáng)環(huán)境污染防治設(shè)施，可進(jìn)一步降低生物醫(yī)藥企業(yè)對環(huán)境的影響，符合國家及所在地區(qū)的地方產(chǎn)業(yè)政策及環(huán)境規(guī)劃要求。