生物制藥行業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)。全球經(jīng)濟(jì)變化、不斷增加的醫(yī)療成本以及日益?zhèn)€性化的醫(yī)療都影響著制造商處理生物工藝步驟的方式以及用于制造生物藥物產(chǎn)品的設(shè)備和系統(tǒng)。 對(duì)更小的批量尺寸、更大的工藝靈活性、更低的制造成本以及更快的臨床速度的需求推動(dòng)了該行業(yè)對(duì)一次性產(chǎn)品（SUS）的需求 隨著生物工藝行業(yè)和SUS的使用不斷適應(yīng)和發(fā)展，監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷*相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，SUS的顆粒貢獻(xiàn)將成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。 

關(guān)鍵詞:凍存袋;顆粒;SUS

1.  簡介

生物制藥行業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)。全球經(jīng)濟(jì)變化、不斷增加的醫(yī)療成本以及日益?zhèn)€性化的醫(yī)療都影響著制造商處理生物工藝步驟的方式以及用于制造生物藥物產(chǎn)品的設(shè)備和系統(tǒng)。 對(duì)更小的批量尺寸、更大的工藝靈活性、更低的制造成本以及更快的臨床速度的需求推動(dòng)了該行業(yè)對(duì)一次性產(chǎn)品（SUS）的需求（圖1）。

SUS供應(yīng)商已經(jīng)迅速開發(fā)了配件、管道、泵、傳感器和柔性包材等組件，這些組件經(jīng)過預(yù)滅菌交付給用戶，可在單個(gè)工序或工藝步驟中使用。

2.  SUS應(yīng)用領(lǐng)域

緩沖液制備和介質(zhì)儲(chǔ)存等應(yīng)用采用一次性組件，包括過濾截留和塑料生物容器。隨著一次性技術(shù)被大眾接受，一次性生物反應(yīng)器和混合系統(tǒng)的實(shí)施，它進(jìn)入了上游工藝。SUS的最新應(yīng)用是在下游工藝，如藥物儲(chǔ)存和最終罐裝。

一次性系統(tǒng)的好處已經(jīng)經(jīng)過研究。與傳統(tǒng)的多用途系統(tǒng)相比，具有一些很關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：減少資本支出；更小、更靈活的制造工藝；消除昂貴的在線清洗（CIP）和在線蒸汽滅菌（SIP）工藝；減少交叉污染；并促進(jìn)流程轉(zhuǎn)換。伴隨著這些優(yōu)點(diǎn)，對(duì)與聚合物材料和一次性系統(tǒng)相關(guān)的新領(lǐng)域也隨之備受關(guān)注。

SUS一個(gè)值得關(guān)注的領(lǐng)域是其清潔度。因?yàn)樗鼈兪前础霸瓨?使用的，因此，對(duì)其清潔度的要求已經(jīng)從最終用戶轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商。存在于特定系統(tǒng)中的污染物——如可浸出化合物或顆粒物質(zhì)——可能會(huì)轉(zhuǎn)移到工藝介質(zhì)中。

上游SUS過程（如生物反應(yīng)器和混合系統(tǒng)）中的污染物風(fēng)險(xiǎn)較小，因?yàn)楣に嚵黧w將經(jīng)歷下游過濾和凈化步驟，這可以從工藝流中去除這些污染物。SUS越接近最終藥品，就越需要減少其可浸出物和顆粒。

顯然，原料藥儲(chǔ)存和最終罐裝等最終工藝步驟是高風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)，需要SUS具備低水平的可浸出物和顆粒。

3.  顆粒物的來源

顆粒物可以有許多不同的來源。一個(gè)來源是藥品生產(chǎn)的環(huán)境：例如，供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)；設(shè)施中使用的工具和設(shè)備；以及支持制造過程的人員。在整個(gè)過程中用于包裝、混合、純化和運(yùn)輸介質(zhì)的組件和系統(tǒng)是另一個(gè)顆粒來源。它們包括墊圈和密封件、小瓶和注射器，以及構(gòu)成SUS的組件，如管子、配件和袋子。

更好地了解和控制SUS中顆粒是為了減少其臨床影響并確?；颊甙踩?。如果與生物療法一起注入，顆粒物會(huì)阻塞血管，影響功能性身體系統(tǒng)，導(dǎo)致組織損傷甚至內(nèi)臟衰竭。顆粒也可能與患者的動(dòng)脈系統(tǒng)不相容，本質(zhì)上會(huì)毒害他/她。其他潛在影響包括免疫系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過重和降低藥物療效。決定藥品中的顆粒是否會(huì)影響患者的因素包括存在的顆粒的大小、形狀和數(shù)量;這些顆粒的組成;給藥的劑量、頻率和途徑;以及患者屬性，如年齡和健康狀況。 

除了可能的臨床影響外，次要的是商業(yè)影響。顆粒物可能導(dǎo)致產(chǎn)量降低和批次報(bào)廢。銷售商品成本（CoGS）也受到負(fù)面影響，隨之增加對(duì)更多風(fēng)險(xiǎn)緩解措施和質(zhì)量保證（QA）檢查的需求。此外，公司可能會(huì)受到監(jiān)管機(jī)構(gòu)越來越多的審查。在最近的一起事件中，19批藥品因在小瓶中發(fā)現(xiàn)玻璃顆粒而被召回。即使在美國食品和藥物管理局（FDA）發(fā)出了幾封警告信并且完成了多個(gè)設(shè)施的昂貴升級(jí)之后，這種情況仍然發(fā)生。

為了不斷努力減小顆粒，幾個(gè)監(jiān)管小組已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)由這些小組不斷審查和更新。表1是此類標(biāo)準(zhǔn)的部分列表。一個(gè)常用的標(biāo)準(zhǔn)是USP788，該章建立了定量檢測(cè)顆粒的方法，并為進(jìn)樣中的顆粒提供了可接受的限值。USP 788中規(guī)定的限值取決于所使用的方法（光阻法或顯微計(jì)數(shù)法）以及樣品是大容量 （>100 mL） 還是小容量 （≤ 100 mL）。表 2 列出了這些限制。

監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于最終藥品的質(zhì)量和顆粒含量，而不是用于制造這些藥物的組件和設(shè)備。填補(bǔ)顆粒源空白的是行業(yè)組織，如美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)生物工藝設(shè)備組（ASME-BPE），生物過程系統(tǒng)聯(lián)盟（BPSA），國際制藥工程師協(xié)會(huì)（ISPE）和注射藥物協(xié)會(huì)（PDA）。2012 年 ASME-BPE 生物工藝設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) （6）于 2014 年更新，增加了關(guān)于一次性組件中顆粒物的部分。

4.  材料和方法

計(jì)算出的數(shù)值結(jié)果是用于樣品特性或者其他重要指標(biāo)的考慮因素所需值。在第一個(gè)結(jié)果中，大多數(shù)人關(guān)注可以用值描述的分布的中位徑，如平均粒徑、中位數(shù)和峰值。為了更好地了解SUS對(duì)藥品顆粒含量的潛在貢獻(xiàn)，我們?cè)u(píng)估了幾種不同的一次性袋子，以量化每種袋子中存在的顆粒數(shù)量和大小。我們從五個(gè)不同的制造商那里選擇了六種不同的 1L的2D袋子進(jìn)行本次評(píng)估。 這六套袋子包括四種不同的基礎(chǔ)聚合物材料，用于其內(nèi)部潤濕表面。6例中有3例進(jìn)行了伽馬輻射滅菌，2例進(jìn)行了高壓滅菌，1例在沒有滅菌的情況下進(jìn)行了評(píng)估（表3）。

表3 .樣品組和對(duì)應(yīng)的內(nèi)部潤濕表面材料清單以及滅菌方法

我們使用在線粒子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來測(cè)量樣品中的粒子。它使用高強(qiáng)度照明來照亮流動(dòng)池液體流。在照明系統(tǒng)的流體流對(duì)面是一個(gè)實(shí)時(shí)電荷耦合器件（CCD）相機(jī)，它可以創(chuàng)建流動(dòng)液體流的連續(xù)高質(zhì)量數(shù)字圖像。然后，專有軟件分析每張圖像，將其分解為單個(gè)像素。穿過流動(dòng)池的粒子在每張圖像中顯示為暗像素（圖2）。

圖2: 暗像素是穿過流通池的顆粒

（照片由JM Canty Inc.提供）

該軟件計(jì)算每個(gè)粒子的長軸和短軸、標(biāo)稱直徑和周長（圖3）。

圖3：軟件計(jì)算每個(gè)粒子的長軸和短軸、公稱直徑和周長（照片由JM Canty Inc.提供）

根據(jù)它們的標(biāo)稱直徑，粒子被分配到尺寸箱中，每個(gè)箱都隨著流體通過流動(dòng)池的體積而被記錄。對(duì)于這項(xiàng)分析，我們將視覺系統(tǒng)的檢測(cè)限設(shè)置為0.7µm，因此它只計(jì)算那些≥0.7µm的粒子。

“過程圖"框列出了用于測(cè)試每個(gè)樣品袋的步驟（圖4）

圖4 .工藝流程圖 

結(jié)果立方圖

圖5顯示了每個(gè)樣品組的三個(gè)重復(fù)袋中每毫升中存在的平均顆粒。 數(shù)據(jù)范圍從袋組 F 的低 10顆/mL 到袋組 D 的高 447顆/mL。將每個(gè)袋子的總體積乘以其顆粒濃度，總顆粒計(jì)數(shù)范圍為 10,000 顆/袋（袋組 F）到 447,000 顆/袋（袋組 D）。袋組 A、E 和 F 通常具有 <100顆/mL;袋 B 和 C 均具有 <200 顆/mL;袋組 D 超過 400 顆/mL。

圖5. 每種袋子類型的平均顆粒計(jì)數(shù)

圖6. 每毫升所含液體的顆粒分解

圖6顯示了我們?cè)u(píng)估中每個(gè)袋子的顆粒濃度，以及符合USP 788標(biāo)準(zhǔn)的類別的顆粒尺寸范圍的細(xì)分。數(shù)據(jù)還顯示了批次內(nèi)的變異性。雖然兩個(gè)袋子（D2和D3）在10μm至25μm范圍內(nèi)具有高顆粒濃度，但這些數(shù)據(jù)表明，在一次性袋子中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)顆粒尺寸為<10μm。

圖7顯示了每個(gè)袋組的≥10μm平均顆粒密度。這些結(jié)果表明，每個(gè)袋子都能夠滿足USP 788的要求，該要求規(guī)定大容量腸外藥物產(chǎn)品（>100 mL）中≥10μm的顆粒不能超過25顆/mL。圖表上的紅色虛線標(biāo)示了該限制。將其應(yīng)用于每個(gè)袋子組表明，只有袋子套裝 D 不滿足 USP788中規(guī)定的限制。

圖7. 存在的顆粒數(shù)≥10 μm

圖8. 存在的顆粒數(shù)≥25 μm

接下來，我們對(duì)大容量腸胃腸外藥物應(yīng)用了第二個(gè)USP 788顆粒限值。它規(guī)定≥25 μm尺寸的顆粒不得超過 3顆/mL。我們的測(cè)試數(shù)據(jù)（圖8）顯示，六個(gè)袋子中有五個(gè)符合USP 788標(biāo)準(zhǔn)，其中袋C超過了限制。

為了將我們的數(shù)據(jù)與對(duì)最終藥物產(chǎn)品的影響相關(guān)聯(lián)，我們從每個(gè)袋子的流出液流中提取兩個(gè) 50 mL 樣品，然后合并并將這些樣品提交給實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù) USP 788方案進(jìn)行測(cè)試。使用光阻法對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估，應(yīng)用大容量腸外溶液的標(biāo)準(zhǔn)。表4總結(jié)了該分析的結(jié)果，表明從所有六個(gè)袋子中提取的樣品都符合USP788的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果圖表

最后，表5總結(jié)了我們的一次性袋子顆粒數(shù)據(jù)。它記錄了材料和滅菌方法的樣品設(shè)置變量、視覺系統(tǒng)結(jié)果所示的在線顆粒濃度、由 USP788光阻法確定的顆粒濃度，以及每個(gè)樣品的顆粒濃度是否通過 USP788標(biāo)準(zhǔn)。

表5 

不斷發(fā)展的知識(shí)集

隨著生物工藝行業(yè)和SUS的使用不斷適應(yīng)和發(fā)展，監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷*相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，SUS的顆粒貢獻(xiàn)將成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。我們?cè)u(píng)估的目的是了解一次性袋子中顆粒物的現(xiàn)狀及其與USP 788的關(guān)系。

我們的結(jié)果表明，來自不同供應(yīng)商的一次性袋子中的顆粒濃度范圍很廣，并且批次內(nèi)存在不一致。在我們測(cè)試的 18 個(gè)袋子中，大多數(shù)顆粒的大小為 <10 μm。 當(dāng)我們對(duì)在線顆粒數(shù)據(jù)應(yīng)用USP 788驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，六個(gè)袋子中的兩個(gè)未能達(dá)到驗(yàn)收，而所有離線遮光樣品都通過了注射劑規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。此外，在線流式細(xì)胞分析方法顯示每個(gè)樣品組的顆粒濃度高于光阻法方法，在某些情況下差異超過10×。

對(duì)于最終用戶，僅根據(jù)特定應(yīng)用的需求及其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)來確定與這些袋子中測(cè)量的顆粒濃度相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)水平。對(duì)于整個(gè)行業(yè)來說，我們必須努力更好地了解影響最終藥品中顆粒物的因素。其中之一可能包括滅菌方法對(duì)微粒的影響：暴露于伽馬輻射滅菌的三套袋子具有三種最高的顆粒濃度。結(jié)構(gòu)材料是進(jìn)一步研究的另一個(gè)因素：顯示最高顆粒濃度的兩個(gè)袋子組是使用相同的聚合物構(gòu)建的，用于其內(nèi)部潤濕表面。

我們都必須繼續(xù)量化完整SUS中的顆粒水平并建立適當(dāng)?shù)目刂撇襟E。這將有利于整個(gè)行業(yè)的健康，并將SUS用戶的風(fēng)險(xiǎn)降低，最終也將降低患者的風(fēng)險(xiǎn)。

參考資料

[1] Freissmuth J. Facing the Pharmaceutical Future. Pharm. Manuf. February 2013

[2] Martin J. Single-Use Technology. BioProcess Int. 8(6) 2010: 64–65. 

[3] Langille SE. Particulate Matter in Injectable Drug Products. PDA J. Pharm. Sci. Tech. 67, 2013: 186–200.

[4] Palmer E. Hospira Blames Supplier’s Bad Vials for Latest Recall. Fierce Pharma Manuf. 16 July 2012.

[5] Chapter <788> Particulate Matter in Injections Standard. US Pharmacopeia– National Formulary 2011.

[6] Standard BPE-2102. Bioprocessing Equipment. American Society of Mechanical Engineers: New York, NY, 2012.l Engineers: New York, NY, 2012. American Society of Mechanical Engineers: New York, NY, 2012.