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探讨除菌级过滤器的重复使用(上)--除菌级过滤器能否重复使用的决定因素及案例研究

时间:2010年08月19日 ⁄ 分类: 制药工程 评论:0

  一般认为除菌级过滤器的重复使用可以定义为用于产品或其他工艺流体的多批次过滤。
  除菌级滤芯组装
  专为液体和气体灭菌而设计的膜式过滤器在许多生产工艺中被广泛使用。随着经济和市场因素的影响,医药、生物技术和疫苗产业开始寻求降低操作成本、提高收益率的新方法,其中人们可能会考虑除菌级过滤器的重复使用。虽然液体除菌级过滤器一般设计和建议只在单一的批次或者周期生产中使用,但是在许多应用中可能会涉及到多次使用(重复使用)。本文作者在上半篇中总结了可能被定义为重复使用的不同工艺过程,讨论了除菌级过滤器能否重复使用的决定因素,并将在下半篇中提供一个综述重复使用过程中的潜在风险和工艺验证的案例研究,对此作更加翔实的说明。
  当孔径为0.2μm和0.1μm的除菌级膜式过滤器应用于非无菌的流体输送过程时,例如:减少或控制生物负载和颗粒物时,过滤器既可以进行完整性试验,也可以不进行完整性试验,因为在此情况下,并不一定期望细菌的去除率达到100%,亦即无菌,也不宣称其滤出液无菌。此类过滤器可以被用作预过滤器,或用作终过滤器来控制在进料液中可能已经很低的生物负荷。这些过滤器在标准状态下完好时,虽然经过制造商细菌定量去除的验证,可还是存在边际风险或者总体失效的风险,但与在无菌药物生产或者生产过程需要维持无菌状态时发生染菌所致风险相比,所带来的后果要小得多。尽管在这些应用中所要求的条件不太苛刻,但是在风险评估中还是要考虑使用无菌级过滤器所带来的众多风险。[separator]
  疏水性0.2μm精度聚四氟乙烯或者聚偏二氟乙烯膜材质的空气、气体除菌过滤器及呼吸过滤器传统上在多批次生产或工艺过程间结合高压灭菌或在线蒸汽灭菌已经重复使用。因为本文集中讨论液体除菌过滤器的应用问题,故空气、气体及呼吸过滤器的重复使用问题将不再进行阐述。
  重复使用的定义
  一般认为除菌级过滤器的重复使用可以定义为用于产品或其他工艺流体的多批次过滤。这种情况与多批次空气、气体过滤器除菌及呼吸过滤器的重复使用是一致的。然而,就液体除菌过滤器来说,其重复使用有着很多种说法。每一种解释都对过滤膜性能有不同的意义。在下述情形中,多批次使用的过滤器可被认为重复使用:
批次间无需移动、冲洗、清洗、消毒或者再次灭菌;
仅在批次间进行冲洗;
批次间冲洗和再次灭菌;
批次间冲洗、清洁和再次灭菌;
间歇使用并批次间烘干。
无需清洁或者再次灭菌
  可重复使用的第一种情况,即“无需移动、冲洗、清洗、消毒或者再次灭菌”,过滤器通过初始灭菌,在多批次地过滤流体时位置不变,没有任何干扰。尽管来自重复使用增加的风险压力是最小的,但是一个显著的危险因素是来自第一批及后续批次的细菌在重复使用的过程中一直存活在膜上。这些细菌可能在分裂时产生较小的细胞,并迁移通过过滤介质中的大孔,直到污染滤出液,影响到后期批次的无菌性。这种基于时间的细菌穿透,有时被称之为“穿透生长”,已有报告在完整性良好的0.2μm除菌级过滤器上发生,甚至在单批处理时间过长(超过8h)也有此现象发生。即使将单一批次简单分为多批次,每个过程使用同一个过滤器,在较短的连续时段内过滤,其结果将不会有什么不同。然而,在连续进行的批次间隙,如果过滤器处于不工作状态加长,这种风险发生的可能性就更大。因为过滤器上没有额外损伤,过滤器完整性试验无法评估基于时间的细菌穿透风险。

第  二种类似的除菌级过滤器重复使用的情况,是在每次使用前为了使上一种产品或上一批产品工艺流体组分过载最小化而用水或其它溶剂冲洗过滤器。这种重复使用类型的优点是减少了批次与批次之间过程流体组分的交叉污染;通过去除一部分过程流体来源的营养物,可能减慢了所截留细菌的繁殖,但是基于时间的细菌穿透风险仍在。这是因为即使在无营养物的状态下,截留的活性生物负载仍然可以继续分裂,进而由细胞和细胞产生的粘性分泌物形成生物胶膜,这种生物胶膜是很难冲洗掉的。如果前一批次生物负载量很明显,或者在过滤膜上形成了生物膜,虽说使用流体冲洗可以减少细菌的残留,但如内毒素等的细菌副产物依然会污染下游操作,这是另一种风险。
  批次间冲洗和再次灭
  第三类重复使用过滤器(批次间冲洗和再次灭菌)可以将基于时间的细菌穿透风险限制在一个单批次操作时段之外,并且有效控制生物膜的形成。每次重复使用后和再次灭菌前,如果过滤器没有得到充分冲洗的话,灭菌过程将降解被截留的细菌,留下可析出的数量级增长的细菌内毒素和其他细胞副产物,从而污染随后批次产品。这种重复使用在再次灭菌的过程中对过滤器也施加了额外的物理压力。大多数除菌级过滤器都经过厂商在不破坏完整性或者细菌截留能力的前提下耐受数次高压灭菌或者原位蒸汽灭菌的测试确认。然而,过滤器厂商确认的通常是水润湿的未使用的滤芯,经过多次实验室蒸汽灭菌循环,然后进行检测。尽管这些测试表明了过滤器的耐受性,但不需要模拟在进行蒸汽灭菌之前,残留产品或者清洗剂没有充分洗脱时可能产生的额外的过滤器化学降解。这些测试也没有考虑典型的终端用户过滤器灭菌过程,与过滤器厂商为支持产品说明而进行的受控的实验室操作相比,其对过滤器可能产生更多的影响。
  批次间冲洗、清洁和再次灭
  第四类重复使用过滤器(结合使用批次间冲洗、清洁和再次灭菌)在冲洗和清洁的过程中进一步减少了交叉污染和截留的细菌副产物析出的风险。尽管污染的风险减少了,但是这类过滤器所面临的潜在压力和定期完整性试验不能检测到的过滤器破损的风险更大了。在这种重复使用中除了用合适的溶剂冲洗出工艺流体外,为了溶解或者降解所截留的污染物,还会使用强烈的清洗剂。此情况下除了批工艺物料还必须考察滤膜和其他组件材质与清洗剂及方法、累计接触时间等的相容性。由于冲洗不充分而在清洁之后、再次灭菌之前附着于过滤器上的残留产品或者清洗剂在再次灭菌过程更高温度条件下更具破坏性。该文后续的案例研究中运用实例讨论了这种条件下的潜在影响。
间歇使用
  由于不同批次间烘干滤膜,故第五类重复使用情形下过滤器会面临一种不同形式的压力。在反复的烘干中,一些滤膜可能会被破坏,通常在使用热气炉烘干时。过滤器中残留的污染物、清洁溶剂或者残渣在烘干的过程中可能会浓缩,进而对滤膜产生更多的化学腐蚀,使滤膜发生常规的完整性检测不能检测到的功能降低。在终端用户考虑重复使用过滤器来降低过滤成本的各种情况下,必须就全部工艺和重复使用条件对过滤器性能和析出物进行适当的验证。过滤器截留细菌的能力和指示过滤器完好之完整性试验的能力不受影响是极其重要的。


重复使用的应用条件

  对于每种应用,除工艺条件外,还需要对重复使用的风险,包括过滤工艺危险程度进行说明。与其他工艺相比,有些工艺过程可能不太关键,不需要最高级别的无菌保证。在这些工艺中,除菌级过滤器的使用只是为了控制微粒和/或生物负载,而滤出物并不一定要求无菌。对于这类应用,用户可以多考虑过滤器的再次使用。而其他过程可能需要适当级别的无菌保证,重复使用过滤器的风险显著加大。对于最严格的应用,需要能达到的最高级别的无菌保证,通常会在生物负载控制过滤器后接除菌级过滤器,并且有时是双0.2μm,0.2μm和0.1μm或者双0.1μm的除菌级过滤器串联使用。对于这样二级过滤器组合,在上游过滤器的重复使用和最终过滤器的一次性使用可以有一个平衡;或可以将前一批次的终滤器用作随后批次的上游过滤器。在每种应用中,都要在重复使用得到的经济上的好处和由过早堵塞、完整性缺陷、增加的析出物污染或细菌的穿透带来的风险之间进行平衡。
  以下为除菌过滤器的应用。可用作非无菌颗粒去除过滤器或生物负载控制过滤器、除菌过滤器或两者:
发酵罐或者其他用于细胞培养的生物反应器培养基;
发酵罐或者生物反应器添加剂;
用于细胞培养基的血清;
工艺用水;
层析缓冲液;
超滤缓冲液;
溶剂;
消毒剂;
待检半成品;
非无菌的活性药物组分(APIs);
最终大批量无菌API;
用于无菌灌装验证的无菌培养基;
终端灭菌注射剂;
无菌灌装的除菌注射剂;
无菌灌装的无菌眼药和局部用药。

  每一种应用对生物负载控制和/或除菌过滤过程都有自身的要求和风险因素。除其条件(冲洗、清洁、再次灭菌和烘干)之外,每一种应用还应根据无菌保证的严格性和任何对滤出物的影响来单独考虑过滤器的重复使用。
  小结
  任何一次性设备的重复使用都会有风险和危害,必须加以控制以确保设备的安全和有效,确保其一直符合制造商的规格和使用要求。其次要考虑的仅是界定和除菌级过滤器重复使用相关的一些风险。这些概念不应该被解释为可普遍适用于所有情形,也不能减轻使用者对这些产品的多次重复使用的完全责任。除菌级过滤器的再生系统应该包括冲洗、清洁和过滤器重新灭菌的所有设备。再生系统的每个设备必须经过适当地设计、构建和验证。再生系统中使用的水和其他流体的等级应该在主记录中详细说明。所有再生系统用到的化学品和所有的滤出液,包括药物产品残留物在内,都应该按照国家、地区和当地关于操作者和环境安全的规定来处理和废弃。文件中应该真实记录执行的全过程和过滤器性能和安全性的检测结果。
  再次使用前,要进行对经验证的过滤器进行完整性、无热源、前批流体残留物或副产物去除的测试。通过验证试验确立每个生产过程中重复使用过滤器的性能和时间限制。验证过程应该依照FDA有关无菌工艺的规定进行,其中在确定过滤器重复使用限制时,还应该考虑诸如pH、粘度、流速、压力、温度,化学兼容性和水压冲击的影响等因素。另外,必须设定控制方法,维护文件以确保含有对滤出药品的质量、安全或功效有害的产品或清洁剂残留的过滤器不用于接下来的批次中。不同于过滤器厂商所提供的数据,重复使用的过滤器其截留特性、热原和析出物残留等数据均特定于每一种用户工艺和条件。尽管有这些警告和包含的风险,有些已经制定了产品和工艺特定之重复使用方案的制药公司目前在实际重复使用除菌过滤器。关于除菌级过滤器重复使用过程中的潜在风险和工艺验证的案例研究将在下期中详细说明。


  作者介绍:本文作者为颇尔生命科学生物制药部科学事务高级副总裁,在颇尔公司工作了30年,积累了丰富的过滤验证、技术支持、研发、市场、培训和法规事务方面经验。Jerold Martin拥有多伦多大学微生物学硕士学位,参与撰写了《PDA技术报告》中的无菌工艺和最终灭菌、液体的除菌过滤、气体的除菌过滤和病毒过滤等章节;也编撰了ISO无菌工艺第二部分——过滤。他曾多次应邀为FDA的检查员进行相关的培训,担任ISPE除菌过滤的专家讲师。

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