生物制药下游加工（亦称作DSP）是指从自然资源（例如：动物或细菌细胞）中回收和纯化原料药（DS）。 生物制药下游加工可用于mAb或蛋白加工，以及寡核苷酸、多糖和各种疫苗的生产。
下游加工通常定义为细胞生长和扩增以及药物合成或其他产物形成完成后的单元操作。 下游加工的目的是从复杂的本体基质中分离、纯化和浓缩先前合成过的原料药或其他产物。
下游加工可能还包括配方操作，这代表着从原料药向药品（DP）的过渡。 此外，下游加工还需要考虑到资源管理以及多种废物流和生物危害管理等因素。 下游加工操作以实验室、中试和制造规模进行，需要专注于过程优化、放大生产与故障排除的过程分析技术（PAT）和制造科学与技术（MSAT）团队的参与。
根据产品以及合成方法的性质，下游加工（DSP）通常包括下列步骤：
已知粒度分布（PSD）是涉及过滤器容量的一种关键工艺参数（CPP），比单独的浊度和压力更具影响力。 可不断整合粒度分布（PSD），从而将粒子积聚映射到过滤器（位于过滤器上方的探头）上，以及预测故障。 还可在过滤器下方测量粒度分布，以观察微量粒子穿透以及识别类似情况。
富集方法和策略因靶分子的性质而略有变化。 原则上，抗体通过亲和树脂（例如蛋白A和蛋白G）以及其他一些选择性工程方法富集。 非抗体蛋白和寡核苷酸更多的是通过离子交换色谱法（IEX）富集。 诸如多糖和复杂的聚糖结构之类的产品通常通过疏水作用色谱法（HIC）或反相色谱法（RPC）富集。
超滤（UF）常在下游生物加工中用于浓缩稀释产物流。 超滤（UF）根据膜的孔径或截留分子量分离溶液中的分子。 渗滤（DF）最常用于将产物交换至目标缓冲液中（例如从洗脱缓冲液交换至最终配方缓冲液中）。
缓冲液交换过程中存在着许多的难题：
有多种依次采用的用于提高原料药（DS）纯度的方法，首先是早期澄清和萃取步骤，然后是一种适合的富集方法与首次批量分离，再然后是中间物以及纯化的最终阶段，后者包括精制色谱、纳米/无菌过滤、结晶和病毒清除。
通过消除离线分析过程中出现的延迟，原位FTIR测量通过在中间物纯化步骤中提供即时反馈来定量和形成馏分组分（包括缓冲液，原料药和杂质），改进精制色谱步骤。 这样可以实时改进馏分、聚合物或碎片的识别度以及总浓度。 为了清除病毒，通常通过改变病毒周围的环境，将存在于混合与半纯化治疗性悬浮液中的任何病毒故意损坏，或者突然畸变为非致病性形式。 通过配备内置生物物理传感器的自动化反应器平台可对这些关键工艺参数（CPP）进行控制和改进。 在线过程分析技术（PAT）对于在纯化后期表征杂质非常有用，因为浓度通常较高，并且在半纯化的基质中更容易区分产物。
生物共轭分子是新一类或新一代生物分子，通过两种或多种治疗类型分子的组合功能达到更高功效。 生物共轭化学需要细致的过程表征和优化。 微量离心管、烧杯、加热板、磁力搅拌棒和移液管等常规工具不再能够满足有关pH、温度、加样、混合和其他参数的可重现性要求。
生物共轭化学依靠的是一系列控制得当的依次步骤，其中包括官能团还原、活化，API接头与主要生物的共轭以及整个过程中任意数量的洗涤或溶剂或缓冲液交换步骤（请参见下图）。 生物制药科学家正在采用小分子研发过程中使用的方法，例如EasyMax自动合成反应器。 EasyMax可提供统一的体系结构，因此可以精确控制相关的工艺参数，包括pH、电导率、氧化还原、温度、搅拌、加样等，并且可准确捕获实验数据。 生物共轭化学自动化可提供数据整合、工艺事件关联、实验可靠性以及实验设计（DoE）放大生产参数。
制剂的目的是将来自环境、溶剂或其他物理状态的产物分子转变为适合于人类临床用药的形态。 根据如何通过吸入、注射或口服的方式使用最终产品对产品分子进行制剂。 对产品以及相关赋形剂的长期稳定性进行评估，以确保加工、储存和运输后测得的剂量和关键质量属性（CQA）均在规格范围内。 除了无菌性之外，在蛋白药物制造和长期存储期间，确保去除杂质和内毒素以及防止药品（DP）降解对于保持安全性和功效至关重要。
配制的药物产品包括蛋白质（特别是mAb）、多糖、纳米粒子系统、有机物、寡核苷酸和许多类型的疫苗。 某些疫苗将与佐剂（通常是铝基颗粒或有机乳剂）一起配制。 疫苗制剂与佐剂合成尤其有利于自动化并行反应器工作站、工作流数字化以及正交过程分析技术（PAT）集成。 通过实时PAT，可以获得关于过程中所发生情况的更多信息，而不仅仅是分析起点和终点。
生物制药行业正在采用新技术，通过成功应用连续加工方法，以及实现全面的数据捕获和电子记录保管，更多地了解过程。 过程分析技术（PAT）通过自动化实验室反应器、原位光谱分析仪、颗粒表征工具以及高级软件，可以进行精确控制并全面了解，从而实现对下游操作的优化。
EasyMax自动化反应器是在下游加工（DSP）方法设计和实施方面进行基本参数优化的完整工作站。 这套全自动系统可精确控制关键的生物加工变量。
ReactIR利用中红外光谱对容器或流动工艺流中的水性和有机可溶组分进行原位和实时测量。 ReactIR测量不受悬浮固体、气泡或者细胞质量的影响。
ParticleTrack 与EasyViewer 可帮助科学家进行以下操作：
采用聚焦光束反射测量 （FBRM）技术的ParticleTrack是基于探头的 粒子分析仪 ，可直接插入容器内，从而实时跟踪粒度与粒数的变化情况。 利用弦长分布测量获得粒度分布（PSD）。
EasyViewer 是一种基于探头的光学仪器，可直接插入容器内捕捉粒子系统的图像。 EasyViewer进行图像分析，并从时间分辨的过程在线图像中提取粒子堆积、粒度分布和形态，从而不断确定粒子群的变化趋势。
Gregory Dutra, Daniel Komuczki, Alois Jungbauer, Peter Satzer, “Continuous capture of recombinant antibodies by ZnCl2 precipitation without polyethylene glycol”, Engineering in Life Sciences (2020), 20, 265–274.
作者称使用了二价阳离子（尤其是ZnCl2），利用一种基于沉淀的方法对单克隆抗体进行富集和纯化。 由于二价阳离子的交联性质并且消除了PEG，因此上清液的粘度以及再增溶稀释因子非常低。
作者通过使用EasyMax自动化实验室反应器保持ZnCl2浓度静止以及改变pH值，对pH对产量的影响进行定量分析。 利用ParticleTrack FBRM探头监测沉淀情况，并在不同pH条件下测量蛋白质聚集体的粒度分布。 他们发现沉淀的最佳pH值约为6和7，并且pH对沉淀物聚集体的大小产生重量影响，最大的聚集体产量较高。 他们称FBRM在线监测可用于估算最终产量，无需对沉淀期间的实际浓度进行离线测量。
Carmen Mei, Sasmit Deshmukh, James Cronin, Shuxin Cong, Daniel Chapman, Nicole Lazaris, Liliana Sampaleanu, Ulrich Schacht, Katherine Drolet-Vives, Moriam Ore, Sylvie Morin, Bruce Carpick, Matthew Balmer, Marina Kirkitadze, ”Aluminum Phosphate Vaccine Adjuvant: Analysis of Composition and Size Using offline and In-Line Tools”, Computational and Structural Biotechnology Journal (2019), 17, 1184-1194.
由于抗原和佐剂之间的相互作用对于疫苗的免疫原性很重要，因此在这项研究中，作者研究了佐剂的物理化学性质（在此项研究中为AlPO4，例如粒度和化学成分。 他们使用了傅立叶变换红外（FTIR）和拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）、激光衍射等离线方法，以及原位FTIR——ATR（ReactIR）、拉曼（ReactRaman）和聚焦光束反射率测量（FBRM，ParticleTrack）等在线方法。 关于在线测量，通过FBRM检查磷酸铝和吸附蛋白的粒度分布，并使用原位ATR探头对磷酸铝进行成分分析。
作者得出的结论是，在线PAT可对佐剂制造的各个阶段有效监测粒度和化学成分。 还可使用类似的方法帮助评估批次之间的一致性。 他们指出，使用在线PAT有助于实施高级生产策略，例如：实时产品放行测试。
以下为最近出版的关于生物技术与生物制药行业下游加工的精选刊物。
