微生物是地球生命不可或缺的一部分，对生物系统的进化和维持做出了重要贡献。人类早已认识到发酵食品的健康益处，并通过各种传统实践来利用微生物的力量。这种共存导致了微生物与其宿主之间的互利共生关系，而微生物多样性是这种关系的一个显著特征。然而，现代生活方式的因素，例如接触抗生素、食用加工食品以及环境压力，可能会破坏这种微妙的平衡，导致一种被称为“菌群失调”的状态。

人体皮肤微生物群在维持皮肤屏障和免疫功能方面发挥着至关重要的作用。皮肤微生物群失调与严重的皮肤病有关，包括特应性皮炎、痤疮和牛皮癣。活体生物治疗产品旨在通过为“有益”微生物营造健康的环境或引入来自健康个体的“有益”微生物来恢复平衡。

活体生物治疗产品是一类新型生物制品，利用稳定化的活体生物体来治疗或预防与菌群失调相关的疾病。活体生物治疗产品背后的假设是，恢复微生物平衡可以缓解或逆转相关的健康状况。虽然活体生物治疗产品仍是一个相对较新的治疗领域，但它已在包括胃肠道疾病和皮肤病在内的一系列应用的临床试验中展现出良好的前景。

随着活体生物治疗产品应用技术的进步，其生产和稳定工艺也不断进步。对于外用，活体生物治疗产品必须被添加到乳膏、软膏、凝胶或喷雾等外用制剂中。挑战在于如何维持这些制剂中的微生物活力，因为活体生物必须保持代谢活性才能发挥治疗功效。因此，产品稳定性与上游（例如发酵和收获）和下游（例如干燥、制剂和复溶）工艺密切相关。

传统上，微生物可以通过冷冻保存、冷冻干燥和喷雾干燥等方法实现稳定；然而，将它们整合到合适的基质中进行局部应用则是一项相对较新的进展，面临着独特的挑战。本文将探讨开发稳定活体生物治疗产品的一些挑战和制约因素。

活体生物治疗产品的活力和稳定性始于上游生产工艺。在发酵过程中，优化培养基成分和操作参数（例如 pH、溶氧和温度）以最大程度地提高细胞密度至关重要。生长过程中产生的次级代谢产物也可能在最终产品中发挥功能性作用，例如帮助稳定微生物或本身就是活性底物。可以采用生物技术行业成熟的先进发酵策略，例如补料分批发酵或生物稳态控制工艺，来提高生物量。发酵过程可以对产量产生对数级的影响，这凸显了上游工艺开发与最终产品紧密结合的必要性。

发酵完成后，下一个关键步骤是将微生物稳定在干燥状态，以延长其在冷藏或常温条件下的保质期。一般来说，去除水分与延长保质期息息相关。这可以通过冻干或喷雾干燥来实现。

冻干是指冷冻液体在低温（-40°C 至-10°C）和高真空（1 至100 Pa）下缓慢升华。

喷雾干燥是指在较高温度（40℃ 至80℃）、较低真空度（0.1 至5MPa）下对液体物料进行干燥。

干燥后的微生物可以在使用前进行复水处理，从而延长保质期。冷冻保护剂和渗透保护剂的存在，以及所采用的干燥工艺，决定了工艺过程中的损失以及干燥混合物的稳定性。蔗糖、海藻糖、菊粉、脱脂牛奶、山梨糖醇、甘露醇和麦芽糊精是一些常见的冷冻保护剂。生物质与冷冻保护剂的比例对于微生物的保存至关重要。冷冻保护剂可以减少冷冻过程中晶体的形成，从而防止细胞膜受损。

稳定的干粉通常是整个配方的一部分。为了实现高效给药，无论是口服还是外用，这些干粉都必须加入到给药基质中，以确保靶向给药。外用制剂通常为水性制剂，这可能会损害微生物的稳定性。非水性制剂通常更适合外用。这些制剂的稳定性和保质期对于益生菌产品的长期成功至关重要。开发新型非水性制剂，既能保持微生物健康，又能抑制其他有害生物的生长，这一挑战促使包装技术的创新，允许在使用时混合固体和液体成分。

干粉的储存条件也会影响其稳定性。暴露于潮湿环境中会损害微生物的稳定性，因此，容器顶部空间通常优选惰性气体（氮气或其他）。鉴于这种敏感性，可以考虑采用可在使用过程中快速复溶的新型包装。或者，可以开发能够减少稳定干粉与本体基质相互作用的微胶囊制剂。

除了上述挑战之外，微生物的选择在活体生物治疗产品的开发中至关重要。必须根据治疗潜力、安全性和可生产性精心挑选微生物。此外，开发单个或多个微生物的组合生产工艺需要大量资源，而这些微生物通常具有严格的生长限制，因此需要专门的发酵工艺。

同样，在制剂方面，开发用户友好的制剂也极具挑战性，它不仅要通过减少防腐剂来确保活性微生物的安全，还要降低其他微生物生长的机会。对活性微生物的关注也有助于开发出设计更精良、更清洁的配方。

总体而言，活体生物治疗产品代表着从根本上治疗疾病的一个激动人心的前沿领域。活体生物治疗产品的生产和检测存在挑战，必须系统地加以解决。借鉴其他产品和行业的经验可以改进开发流程，这需要各行业专家之间的交叉合作。更重要的是，必须有一个统一的方法，将生产过程中的各个步骤（从菌株筛选到确保最终产品的稳定性）联系起来。这需要各单元团队之间的同步性，并辅以人工智能等先进技术的运用，以加强上、下游之间的联系。