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嘉峪檢測網 2024-09-14 12:54
摘要：生物制品具有分子結構復雜、生物學活性易變和理化特性多樣等特點，同時其生產工藝復雜、生產周期長，生產中使用的各種原、輔材料亦來源多樣，且制品組分一般不能耐受終端滅菌處理，導致其無菌保證方面存在特殊性。文章闡述了無菌藥品生產中微生物、熱原和微粒等的污染控制策略，并重點探討和分析了生物制品生產的無菌保證特殊性，以促進行業提高生物制品的無菌保障能力和水平，確保生物制品安全。
生物制品是指以微生物、細胞、動物或人源組織和體液等為起始原材料，用生物學技術制成，用于預防、治療和診斷人類疾病的制劑，可分為預防用生物制品、治療用生物制品、按生物制品管理的體內和體外診斷試劑4大類，包括疫苗、血液制品、細胞因子、單克隆抗體、細胞治療產品、基因治療產品、抗毒素及抗血清等。截至2022年底，全國生物制品企業(生產許可證含s 或d分類碼)數量344 家，有效的生物制品批準文號1735個。據統計，2022 年全球年銷售排名前10位的重磅產品中有8個是治療用生物藥物，除新冠藥物外，阿達木單抗(Humira)、帕博利珠單抗(Keytruda)、度普利尤單抗(Dupixent)、阿柏西普(Eylea)已連續多年進入全球TOP10 藥物榜單[1]，說明生物制品在現在的疾病治療中發揮著舉足輕重的作用。
生物制品作為一類特殊的藥品，與傳統的化學藥物不同，具有分子結構復雜、生物學活性易變和理化特性多樣的特點[2]。生物制品來源多涉及活的生物體，生產工藝復雜、生產周期長，生產中使用的各種原、輔料亦來源多樣，且制品組分一般不能采用苛刻的終端理化處理。這些特殊性使外源因子，特別是潛在的病毒與微生物污染成為生物制品質量控制中的挑戰[3]。
基于生物制品生產工藝及過程控制的特點，本文重點闡述無菌生產中的污染控制策略，對生產過程中無菌保證的特殊性進行探討和分析，以促進行業有針對性地提高生物制品的無菌保障能力和水平，確保產品質量安全。
1、 生物制品的一般生產流程
生物制品生產通常分為上游工藝、下游工藝、制劑工藝3個技術階段。上游工藝一般包括細胞庫/菌種庫/毒種庫的制備、復蘇、傳代擴增、大規模培養、收獲等步驟。其中大規模培養工藝主要有流加補料培養(fed-batch)、灌流培養(perfusion)、濃縮流加補料培養(concentrated fed-batch)等方式。下游工藝一般包括離心、多步層析、病毒去除/滅活、超濾等步驟，其最終目的是獲得符合質量要求的原液。制劑工藝一般包括半成品配制、除菌過濾、分裝、凍干、軋蓋、燈檢、包裝等步驟，其最終目的是制得符合質量要求的成品。
與常見的化學藥品的無菌生產不同，生物制品的上游工藝和制劑工藝都涉及無菌生產要求，且如果產品不能進行除菌過濾，那么下游階段也需要按照無菌工藝生產。從工藝流程來看，生物制品生產工藝復雜、生產周期較長(如單抗生產周期通常在一個月以上)，無菌風險點較多，因此需要對每一個生產環節都制定穩健的控制策略，確保最終產品能夠滿足質量標準要求。
2、 生物制品無菌保證的特殊性
2.1 生產中易被微生物污染
生物制品因其特殊的生產加工過程易被微生物污染[4]。例如，生物制品的起始材料為生物活性物質，且其生產涉及生物過程和生物材料，易受內、外源因子污染。生物制品的生產加工過程也是生物學過程，培養中所用的物料、培養工藝也適宜微生物生長。此外，生物制品產品本身也是微生物生長的營養物質。
針對以上特點，對生物制品的生產全過程進行風險評估、識別存在微生物污染產品的風險點、制定污染控制策略非常重要。廠房、設施的設計應能避免污染人員、物料的流向應該避免交叉，人員的操作應最大限度地降低污染，生產工藝應建立降低微生物負荷和細菌內毒素水平的步驟，原、輔料應進行適當的微生物和細菌內毒素檢測項目，以全面加強對生物制品生產過程污染的控制。
2.2 不能進行最終滅菌處理
無菌藥品按生產工藝可分為 2 類，采用最終滅菌工藝的最終滅菌產品，以及部分或全部工序采用無菌生產工藝的非最終滅菌產品。生物制品除個別微生態制劑和診斷試劑外，均為無菌藥品，且為非最終滅菌產品，無菌保證風險較高。非最終滅菌產品又分為可除菌過濾的產品和不可除菌過濾產品。對于不可除菌過濾的產品，需要通過全程無菌操作工藝進行生產。其無菌保證風險更高，生產過程中微生物控制和無菌操作是保證產品無菌的關鍵。
鑒于生物制品最終處理的特殊性，生產過程的微生物污染控制不能僅局限于除菌過濾及之后的制劑工藝階段，對于最終除菌過濾前的原液生產及半成品配制階段均應制定詳細的污染控制策略，以盡可能降低污染發生的概率。同時，應關注細菌內毒素等熱原物質的控制與監測。對于生產全過程均需采用無菌生產工藝的產品，更需要從生產過程起始階段就執行無菌控制要求，對每一個可能引入污染的風險環節做到仔細識別、嚴格管控。
2.3 上游工藝無菌保證的特殊性
控制微生物的污染是細胞/細菌/病毒培養成功與否的關鍵因素，上游工藝中的建庫、復蘇、傳代、接種、培養等步驟一旦被微生物污染，會導致培養的失敗。而以上步驟的敞口操作較多，因此，無菌的操作環境和培養環境是確保上游工藝培養成功的首要條件。
細胞/細菌/病毒的建庫及復蘇、傳代操作通常是在C+A級的生物安全柜中進行，而傳統意義上認為無菌環境背景至少為B級區，因此，在此情況下無菌保證水平的控制和環境確認存在一定的難度，從而使復蘇、傳代的無菌保證存在較大挑戰。相應地，需要采取一系列措施，如與細胞接觸的物料、工器具等滅菌使用，人員操作按照無菌操作要求進行，生產時對有敞口操作的區域進行持續環境監測等，以最大限度地保持上游生產過程的無菌性。目前，部分企業在生產中使用隔離器進行復蘇和傳代操作，無菌保證水平得到大幅提高。
細胞/細菌/病毒的培養過程通常是在密閉系統中進行，培養使用一次性使用系統或者不銹鋼系統。培養的環境要求是無菌環境，密閉系統和無菌環境如何同時實現是至關重要的考慮點。不銹鋼系統的在線滅菌后保持無菌水平的時間需要經過充分的驗證；一次性使用系統的暴露部分采用的無菌接管、無菌切管、無菌連接頭等連接技術應能夠保證無菌保證水平，對其無菌對接或適當方式防止污染的有效性應進行充分的驗證。無菌連接技術的連接過程不受外界環境等因素影響，可快速有效的完成可靠的連接，同時，可將無菌連接過程中污染和交叉污染的風險降至最低，保證產品質量不受影響[5]。一次性儲液袋或者儲液瓶具有免清洗滅菌、無需清潔驗證、使用便利等優點，既能為共線生產帶來便利，也可降低生產過程中交叉污染的風險，提高生產效率，是目前行業內細胞/細菌/病毒培養過程中使用較多的儲存容器。因此，用于細胞或者收獲液的一次性無菌儲液袋的無菌保證能力的確認也成為一個新的焦點[6]。
2.4 下游工藝無菌保證的特殊性
下游純化階段一般控制微生物限度，但無法除菌過濾的產品應在生產全過程采用無菌生產工藝。色譜和超濾是生物制品下游純化生產常用的技術手段，色譜和超濾系統應建立相應的清潔與消毒程序并經過驗證，以確保微生物得到有效控制。工藝過程中使用的一次性系統的無菌性與密封性要求非常重要。中間產品的暫存條件與時間也是控制微生物的重要因素，微生物會隨著時長而增殖，暫存時間應成為生產過程控制的一部分。
原液的配制、分裝、儲存過程均有可能引起微生物負荷的變化，過程中使用的物料及容器的外源因子及無菌性控制起到關鍵作用，可通過過濾前微生物限度監測、過濾后對濾器進行完整性測試、原液儲存過程中開展容器密封性驗證等方式確保過程中微生物控制的有效。有些產品的注冊標準中原液有無菌檢查項目，在這種情況下，原液的生產應按無菌進行控制。
2.5 制劑工藝無菌保證的特殊性
在制劑工藝階段，生物制品的生產與化學無菌藥品的生產基本一致，但是考慮到生物制品作為微生物生長的良好培養基，需要比化學藥品更加關注無菌保證能力。在滅菌系統驗證、人員更衣驗證、環境監測合格、培養基模擬灌裝驗證合格的前提下，整個人、機、料、法、環各大系統都必須保持驗證狀態并遵循嚴格的無菌保證措施。
制劑工藝中應建立有效的污染控制策略，在各方面采取措施避免微生物、熱原和微粒污染。在人員污染控制方面，應規范潔凈區內人員更衣、著裝和操作；設備與組件污染控制方面，應充分確認關鍵性生產設備，充分驗證消毒劑效力，充分評估及管理清潔驗證，保證直接接觸物料與中間產品的工器具清潔、滅菌合理；設施環境污染控制方面，關鍵區域廠房設施設計、維護和使用過程監測應符合無菌要求；物料污染控制方面，應對關鍵物料運輸與轉移過程采取控制措施，并對物料進行微生物或細菌內毒素檢測；生產工藝過程污染控制方面，中間產品除菌過濾前應進行微生物負荷檢測，以控制中間產品過程轉移與儲存中的污染風險[7]。
2.6 無菌工藝模擬的特殊性
無菌工藝模擬試驗是采用適當的培養基或其他介質，模擬藥品生產中無菌操作的全過程，評價該工藝無菌保障水平的一系列活動[8]。
生物制品除在制劑階段需要進行無菌工藝模擬試驗外，上游工藝也存在無菌操作步驟。企業也應考慮對上游的無菌操作開展無菌工藝模擬。部分生物制品無法除菌過濾，需要全生產過程無菌操作，這種情況下應對下游工藝開展無菌工藝模擬試驗。部分生物制品在半成品生產階段也需要無菌操作，如對于很多含佐劑疫苗，佐劑的生產和加入過程也是生物制品無菌工藝模擬重要的一部分。
3、 討論
在生物制品無菌保證特殊性分析的基礎上，本文基于質量源于設計(QbD)科學理念，合理運用風險評估、全過程質量控制和全生命周期管理等手段，以保障制品安全、有效、質量可控的總體要求為目的，依據國內生物制品行業發展現狀和技術水平，結合國內外現有技術指南和法規要求，對生物制品無菌保證提出意見建議。
3.1 有效識別生物制品生產中的無菌風險
有效識別生物制品生產各階段的無菌風險是確保產品不受微生物、熱原和微粒等的污染的關鍵。
物料的質量控制情況關系到產品的最終質量。如血清、培養基、輔料等均一定程度上有助于微生物生長，應有效識別其來源合規性方面的風險。如動物來源的物料應避免從可傳播性海綿體腦炎(transmissible spongiform encephalopathies，TSE)、牛海綿狀腦病(bovine spongiform encephalomyelitis，BSE)多發區的地區采購，并應制定相關微生物控制的策略，以防止引入污染；種子庫的無菌風險主要存在于其制備和儲存過程，在確保其活力和穩定性的前提下，避免受到外界的污染；發酵過程中設備和設施對于維持發酵培養過程的無菌性非常重要，應當具有一定的密封性，避免其他微生物引入的風險；純化階段應關注中間產品敞口操作的風險及采用除菌過濾的方式降低微生物的負荷；制劑階段應關注人員操作、環境、設備等引入污染的可能，確保產品無菌風險。
3.2 針對性控制生物制品生產中的無菌風險點
生產全過程的無菌水平是制品取得成功的關鍵，加強全過程的無菌保證需做好以下幾個方面：
在上游工藝階段，除控制合適的溫度、溶氧、pH 值等條件保證細胞正常代謝及增殖外，從種子復蘇到細胞的逐級擴增過程中盡可能的應用無菌技術，操作人員嚴格遵守標準操作程序，保持操作環境的潔凈度，并對中間種子液設置細菌內毒素及微生物的中控指標。
在下游工藝階段，對于可除菌過濾的制品，建議收獲液經0.2 μm 除菌過濾，可有效降低進入純化色譜步驟的微生物限度，且各步色譜及中間步驟均應設置除菌過濾步驟，并設定細菌內毒素和微生物限度中控指標；對于無法除菌過濾制品，過程嚴格按照無菌操作要求進行生產。
在制劑工藝階段，嚴格按照無菌要求對設施、設備和工藝進行適當的設計、確認與驗證，并持續進行確認；采用適當的無菌保障技術(如無菌對接與斷開技術、RABS、隔離器等)，加強對產品制劑生產的無菌保證，防止微生物、內毒素或其他污染對產品的影響；加強對過程環境的快速環境檢測手段，及時發現過程中的異常情況及趨勢；加大對無菌區域人員的培訓，滿足無菌操作要求。
在生物制品生產可全過程實施污染控制策略(contamination control strategy，CCS)，評估關鍵質量控制點，監測藥品安全的所有控制措施，有效識別、評估、消除及控制污染的風險，盡可能地降低生產過程的污染，保證產品的安全[9]。
3.3 建立生物制品全生命周期的無菌保證管理理念
質量風險貫穿于藥品的研發、生產、使用、退市的全部產品生命周期，貫穿原、輔料的購買、儲存到產品生產，再到運輸、患者使用等過程。由于生物制品生產過程復雜，且表征難度較大，因此對其進行風險評估更具挑戰性。
降低生物制品生產過程引入污染的風險，除對生產工藝進行良好的設計、驗證和日?？刂浦?，原液、中間品和成品等各階段的微生物檢查也是重要的手段，并應將無菌保證按照全生命周期進行管理。
歐盟 GMP 附錄1《無菌藥品的生產》對于藥品全生命周期中的風險管理提出了明確要求，應對藥品生產過程中的質量風險進行評估、控制、溝通、審核從而控制風險到可接受的程度。這無論從法規還是技術層面都體現了藥品監管的與時俱進。同時，歐盟GMP 附錄1 對生產技術、廠房設施、儀器設備等都提出了新的要求，對無菌保證能力有了更高的標準[10]。在此背景下，生物制品企業應基于全生命周期的無菌保證理念建立CCS，并定期評估其有效性和合理性，分析各環節潛在的污染可能性，從而達到控制污染的目的。
參考文獻
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內容來源：中國醫藥工業雜志 2024年 09月 13日
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