对于新兴的生物制药行业来说，由于其产品是通过一桶桶发酵液酿造而成，所以微观水平的创新就能在几乎不增加成本的情况下带来巨大的收益。现在，一系列的奇思妙想有望给制药商们带来惊喜：利用相同的设备和劳动力，产量却能双倍甚至三倍地增长。

　　生产效率问题摆上了生物制药公司的议事日程。生物制药公司与传统的药物公司不同，传统的药物公司只要将实验室的化学合成工艺扩大，就可以生产相应产品了，而生物制药公司是利用哺乳动物、细菌及真菌等的活细胞来生产相应药物。治疗贫血、血友病和糖尿病等疾病的蛋白质药物已经形成了一个200亿美元的产业，再加上用来治疗高胆固醇的 statins和治疗传染性疾病的抗生素类药物，全球生物技术药物的年销售额已经突破了650亿美元。

　　其实人类首次涉足生物技术制药可以追溯到8000年前，当时人类开始利用酵母将糖类转变成酒精，从而生产出可以长期储存的酒饮料。大约60年前科学家们开始利用真菌培养法生产青霉素和当今用途广泛的抗生素类药物。最近20年来研究人员又开始想方设法将人类基因插入细菌和真菌细胞的基因中，从而诱导这些细菌和真菌的细胞生产出治疗性蛋白类药物，这就是所谓的基因重组技术。利用这一技术生产的第一类药品是人类胰岛素，是由礼莱公司于1982年从转基因细菌生产出来的。

　　由于这类转基因技术相对来说比较新，生物制药业的发展遭遇了化学类药物制造业同样的问题：发明与生产能力之间存在落差。当第一个化学药物分子问世后，它表现出了非常好的药效，但当时制药企业却不知道如何以较低的成本和较高的效率批量生产，现在同样的问题出现在了生物合成行业。

　　所有的生物药物都有一个共性，那就是它们都是利用发酵工艺生产的。生产生物药物的工厂都装备有光亮的不锈钢生物反应器，这类高技术设备是从啤酒厂的发酵桶改造而成的。在生物反应器内，细胞培养液能提供精确的营养混合物和细胞所需的生活条件，这些细胞就不断繁殖并生产出相应的药物分子。

　　随着数十种新型生物技术类蛋白药物的研发成功，生物制药企业最担心的是，一旦获得了美国食物和药品管理局（FDA）的许可，怎么解决药物生产问题。显而易见，答案是建立更多拥有生物反应器的工厂，但是这些发光的无菌设备并不便宜，据一位生物工程方面的专家估计，建立并配备一家1.6万平方米左右的工厂，大约需要3亿美元的投入，更何况，一家工厂从设计、建造到获得FDA的通过，大约需要4～5年的时间。而且除了建造新工厂需要投入大量的钞票，生物制药企业还需要花钱雇用大量的智囊团来提高新工艺的生产效率。

　　可制造性设计 DFM，较少的研发投入可大大提高生产率。位于弗雷德里克市的 MedImmune公司的工厂就是一个很有说服力的例子。这家年产值达到6.19亿美元的公司生产的主要产品是用来预防新生儿呼吸道感染的单克隆抗体类药物Synagis，该药是利用转基因老鼠的肿瘤细胞（由于复制快而成为受欢迎的微生物工厂）生产的。1998年MedImmune公司获得了 FDA的生产 Synagis的许可并着手扩大生产规模问题，最后公司决定拿出1亿美元将公司已有的两条2500升的发酵罐扩大成15000升的生物反应器。该公司研发部的主席詹姆斯杨介绍说：“我们之所以下决心扩大规模，是因为我们的研究人员提出了一种新方法，利用这种方法可以高密度地培养细胞并利用这些细胞产出更多的抗体。结果我们在原有工艺的基础上将生产规模扩大了4倍，2500升的生物反应器瞬间变成了10000升。”

　　MedImmune通过不多的研发投入获得了预期的生产能力，正是其它生物制药公司梦寐以求的。尽管其细节部分是受到专利保护的，但这一新工艺使人们在对老鼠细胞的代谢和生理特点的理解上获得了重大突破，从而使得科学家们能够不断补充细胞所需，生产出更多的蛋白质类药物。“利用以前的老工艺设备，我们只能获得每升培养液生产出700－800毫克Synagis的生产能力，而现在我们的生产能力增加到每升培养液3克Synagis，我们正在实验室开发每升4克的生产规模。”杨表示。

　　MedImmune公司在设计另外一种药物 Vitaxin的批量生产时出现了麻烦，公司开始采用一种新的产品开发思路：可制造性设计（designfor manufacturability），简称DFM。其实那些为消费者提供齿轮、汽车和器械等电子类产品的公司早就开始推崇 DFM开发了，这些公司的工程师们必须保证他们设计的产品利用公司现有的生产线很容易地制造和组装。

    Vitaxin是一种可治疗癌症和关节炎的蛋白质类药物，该药的问题是杂质类成分使得产量大大减少。用来生产 Vitaxin的细胞培养液可培养出两类分子：含量较多的有用物质，和含量较少的物质是需要通过提纯除去的非活性物质，但是常用的分离这两种类型物质的色谱法很难识别出非活性物质。为了满足FDA对药物的纯度要求， MedImmune公司最后不得不同时舍弃一半以上的有用的活性物质，这真是所谓“泼洗澡水时把孩子也泼了。”

    MedImmune公司开始向Applied Molecular Evolution（AME）公司寻求帮助，AME是一家专长于优化药物分子的生物技术公司，它的方法是利用一种微生物的DNA片段来指导生产出单克隆抗体药物，这些单克隆抗体药物是能够结合并中和相应的病原体及其毒素的蛋白质。就像音乐家根据一首曲子弹出很多变奏曲一样，AME将微生物的梯状结构的DNA分子中的化学键顺序打乱，形成许多结构相似的变异体，然后通过诱导这些变异体表达出相应的蛋白质，AME和它的客户们就可以得到许多新的分子。进一步试验后，总会幸运地得到一两种比原始分子药效更好的蛋白质药物。