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除菌过滤工艺的风险和验证

时间:2011年06月25日 ⁄ 分类: 制药工程 评论:0
本文作者:董巍,谢华,蔡清波。作者单位:颇尔中国生命科学部

  随着中国2010版GMP的顺利颁布,无菌药品、风险和验证,再次成为制药行业内讨论的热点。除菌过滤工艺的风险和验证,也因为国外法规和新版GMP对其的关注,成为了业内普遍关注的问题。在本文中,三位作者通过问答的创新形式,对一些国内存在认知模糊的问题,有针对性地进行了解答和阐释。

    问:什么是除菌过滤工艺?    
    答:除菌过滤是指在不影响产品质量的前提下,过滤去除流体中微生物的工艺过程。以液体过滤为例,虽然符合上述定义描述的工艺过程在药品生产中有着广泛和普遍的应用,但是,我们需要区别下述两种不同的情形:第一种是指因为产品、中间体或者其他过程料液具有不稳定性,不能采用包括热灭菌在内的被监管部门认可的最终灭菌方法,而采用过滤除菌的方法,并要求滤出液无菌的情况;[separator]第二种则是指采用具有不同精度(poresizerating)的过滤器,甚至是除菌过滤器,对工艺流体进行过滤,而对滤出液只有微生物污染水平的要求,并没有无菌要求的情况。
    上述二者中,前者可以被理解为是对除菌过滤的狭义定义,简称“除菌过滤”;而后者是更广义的概念,通常被称为“微生物污染水平(bioburden)控制过滤”,该过程中使用的过滤器被称为“微生物污染水平控制过滤器”,以区别于第一种情况。在不同应用中,法规对过滤器的验证要求,也有区别的。

    问:除菌过滤工艺风险程度如何?
    答:西方医药监管部门在总结长期制药实践的基础上,对制药工艺过程中各种灭菌方法的选择,均在基于风险的原则上,提出决策判断的顺序和原则。欧盟医药管理局(EMA)更将这样的决策原则和过程概括为“决策树”的形式,作为法规性指南发布,其思想影响深远,被各类行业指南和技术参考资料所广泛引用。中国新版GMP和药典(2010版)中,在有关灭菌方法的条款和规定中,也体现了上述思想。
    上述欧盟灭菌决策树指出:在所有灭菌方法中,应当首选终端湿热灭菌方法,即对无菌药品的最终成品进行灭菌;因产品组分的热不稳定性造成不能采用过度杀灭的热灭菌条件时,应考虑采用经过验证并达到法规要求的无菌保证水平(SAL)的其他最终灭菌方法和/或参数;只有在产品不能耐受上述最终灭菌条件时,才考虑采用除菌过滤工艺和无菌操作相结合的方式,进行药品的生产。如果产品不能耐受除菌过滤,或者不能进行除菌过滤,最高风险的生产工艺为无菌配药和灌装。
    由此可见,除菌过滤工艺在上述决策过程中,处在一个风险很高的位置。

问:除菌过滤器的定义是什么?
    答:目前,各国监管机构对除菌过滤器的定义都已经有了统一的认识,并被写入法规要求或指南中。
   美国ASTMF-838标准现在已经成为确认和验证液体除菌级过滤器微生物截留效能的标准方法,即每平方厘米有效过滤面积挑战水平达到107CFU,挑战微生物为缺陷假单胞菌(Brevundimonasdiminuta,ATCC19146)的情况下,滤出液无菌的过滤器。
    目前市场上,除菌过滤器通常被标示为0.2μm或者0.22μm孔径精度,但是,应当注意两点,即:这两种精度是可以互换的,没有区别;非除菌级的过滤器产品,也有标示为0.2μm(或者0.22μm)精度的。因而,选择和判断过滤器是否是“除菌级”的,不能仅根据其孔径是否为 0.2μm(或者0.22μm)精度,还需要根据上述法规中的定义进行。

    问:如何在药品生产过程中,利用质量管理手段,降低除菌过滤工艺的风险,以达到无菌保障的预期要求?
    答:采用经过适当验证的除菌过滤器,是降低该工艺风险的有效手段之一。
    药品作为特殊商品,应当以高度保证的方式进行生产,以达到所有预先确定的标准。无菌药物生产中采用的所有灭菌方法,例如湿热灭菌和干热灭菌,按照国内外的要求,均应进行验证研究。其中,除菌过滤工艺作为风险远高于热灭菌方法的工艺过程,对其进行工艺验证的必要性和重要性,也就无须赘言了。
    美国和欧盟的药品注册指南和/或GMP法规指南中,均提出需要对除菌过滤工艺的细菌截留效率进行特定产品验证,即对所用的除菌过滤器在特定产品和设定的工艺条件下进行验证研究。

    问:在无菌保障方面,先进国家的法规对除菌过滤器提出了哪些验证要求?
    答:对于狭义概念上的除菌过滤中使用的除菌过滤器,美国和欧盟的GMP指南在无菌保障方面,均提出了需要考察的四点要求,分别为:产品(工艺流体)对挑战微生物的生存性的影响、采用真实产品(工艺流体)和“最差条件”进行的微生物截留工艺验证、过滤器的完整性检测和完整性检测数值需要与微生物截留验证数据进行关联。
    对这4点要求的具体含义,详细解释如下:
    产品(工艺流体)对挑战微生物的生存性的影响
    直接在真实产品(工艺流体)中接种测试微生物是除菌级过滤器微生物截留能力工艺验证的首选方法。但是,只有当产品(工艺流体)被证明在工艺条件下没有杀菌效力的时候,即产品对挑战微生物的生存性没有影响时,才是可行的,否则需要采用替代方法进行验证实验。这就是本项验证的目的,也是法规要求本验证在微生物截留工艺验证前进行的原因。

 微生物截留效率的工艺验证

    该验证研究的目的是获得文件证据,证明在模拟工艺条件下,过滤过程可以持续去除悬浮于产品(或替代流体)中的一定数量的标准细菌或相关微生物污染分离物。该验证需要考虑实际工艺的“最差条件”,最大限度地保证在正常生产工艺中,除菌过滤可以达到法规要求的无菌保障水平。这部分工艺验证,是在过滤器生产商可以提供成品过滤器在标准实验条件下,使用参考流体(如水、乳糖肉汤),可达到除菌过滤器的微生物截留效能的基础上完成的。对过滤器生产商提供的该部分研究资料进行确认,是药品生产企业选择除菌过滤器供应商时最核心的审计工作。
    按照国际惯例,采用添加污染物进入真实产品而进行的工艺验证(spiking/spikedstudy),均可以采用缩小规模的方法。对于本项验证也是如此。因为研究的目的是证明特定膜材构成的过滤器在真实工艺中的微生物截留效能,那么使用小的测试膜片通常被认为是可以满足要求的。

    完整性检测
    对除菌过滤器进行完整性检测,是指过滤器在液体润湿的状态下,对其进行的一项物理检测。虽然本项检测不能被认为是验证研究,尤其在使用水等参考流体进行过滤器润湿时(如果采用实际产品(料液)作为润湿流体,需要完成该种条件下完整性数值与参比流体(如水)润湿的完整性数值的关联,这个关联过程,也是一项验证研究),但是,因为前述的微生物截留实验本身对GMP级的生产场地和拟用于正式生产中的过滤器,都是破坏性的,因而,该项检测就成为建立拟用于生产的过滤器与经过验证的过滤器“同一性”的重要手段,也是日常药品生产中,对除菌过滤这个高风险工艺环节中使用的核心设备——除菌过滤器 ——进行质量控制的必要监测点。

    完整性检测数值与微生物截留效能的关联
    如前所述,微生物截留验证是一种破坏性试验,不能用来证明将用于生产的过滤器的完整性。非破坏性物理性完整性测试的主要目的,是在不破坏过滤器的前提下确定是否存在可能危及过滤器截留能力的缺陷。因而,如何建立完整性检测限值,是过滤器的使用者——药品生产企业——非常需要关注的。
    该项检测的限值,是过滤器制造商通过对一系列具有不同完整性测试值的过滤器进行微生物挑战实验,直至观察到某些过滤器发生微生物透过,据此来为该类型过滤器的物理完整性检测设立限值的过程。
    因此,如果没有通过这样的实验关联设定的限值和不依据此限值进行完整性检测,仅仅是对过滤器进行物理检测,既不能作为药品生产中的质量控制手段,对药品的无菌保障,也是没有任何意义的。

    问:除无菌保障方面的考虑外,对除菌过滤器是否还需要进行其他验证?
    答:过滤器作为直接接触药品的生产设备,同时受到GMP其他相关条款的约束。具体为:过滤器不得因与产品发生反应、释放物质或吸附作用而对产品质量造成不利影响。直接与产品接触的生产设备表面不得因与产品发生反应、释放物质或吸附作用而对产品质量造成不利影响。欧美GMP和中国新版 GMP,在此点上都提出了相同或者类似的要求。
  应当注意,受到上述法规约束的过滤器既包括除菌过滤器、微生物污染水平控制过滤器,也同样包括用于各种制药生产工艺中去除颗粒污染物、符合上述法规要求与药品直接接触的过滤器。
    对于直接与药品接触的相关法规要求,通常过滤器的生产者和使用者,均需要完成以下各种检测和验证研究:

    过滤器与工艺流体的交互反应
    因除菌过滤往往是药品生产的最终工序之一。应评估过滤器对最终产品的影响。调查范围为溶出物和析出物、化学兼容性和吸附作用。这些验证,应当尽可能用真实的产品或者可以模拟产品的替代流体来进行。

    过滤器的清洁度
    应考虑从过滤器、过滤器硬件、过滤器安装和使用过程中引入的颗粒物污染,因为每个来源都可能增加产品的颗粒物负荷,影响产品质量。
    颗粒物之外,液体过滤器还可能是其他污染的来源,如内毒素、有机碳或易氧化物。可能的来源包括表面活性剂、润湿剂、塑料元件生产中的添加剂、生产过程碎片残留和结构材料。
    通过滤出液的检查,可以很好地监测过滤器的生产过程,是过滤器生产商对每批过滤器均应当进行的检测。过滤器的使用者,在完成最初产品选择时,需要考虑进行这样的检测,作为评估过滤器质量的依据之一,在日常的生产使用中,对过滤器进行预冲洗可以降低颗粒物和污染物的水平,也可以作为完整性检测之前的润湿过程的一部分来完成。

    液体过滤器安全性
   为无菌药品除菌过滤选择过滤器的重点之一是评估滤材和过滤装置的安全性,以确认其是否会危害药品。过滤器生产商应当提供过滤器元件来源和毒性资料,包括动物源的元件的来源。过滤器不应对被过滤流体释放有毒物质。过滤器生产商应按照法定方法对过滤器的安全进行鉴定。检测结果通常应成为过滤器“验证指南”的一部分。对该资料的审核和确认,也是过滤器使用者应当进行的供应商审计工作之一。

    问:什么是除菌过滤器验证时需要考虑的最差条件?
    答:因为除菌过滤器在制药行业有广泛的使用,所以同样型号、制式的过滤器产品,可能应用于不同的产品、不同的工艺点和/或同样产品的不同工艺点。在按照法规要求进行各项工艺验证时,除了应当关注工艺验证的各项原则外,在产品分组和验证条件的选择上需要考虑“最差条件” (worstcase)。
    生产中的最差条件是指接近标准操作规程(SOP)规定的上限或下限的操作条件或操作条件组合,产品和工艺在该种情况下失败几率高于理想操作条件。评估工艺参数和生产中的最差条件后,选择相应的参数和条件进行工艺验证,将覆盖今后日常生产中可能遇到的各种情况,使工艺验证代表性得到提高。
    另一方面,如果可以证明,产品家族中的某个或某几个可以代表最差条件,那么选择其进行工艺验证,就可以代表整个产品家族,减小验证的工作量和成本。

小结
    纵观国内外药品监管法规的发展,我们不难发现,在全球化的大背景之下,药品注册和GMP监管,在各国、各区域之间的“协调一致” (harmonization)和互认,已经是不争的发展趋势。欧盟、美国和日本,在药品注册领域,率先成立了注册协调互认机构——ICH,其发布的各种指南,已经拥有了世界级的影响力;致力于GMP标准协调一致的合作组织——PIC/S,其指南文件的影响力,也早就超出了欧洲的范围。
    中国作为经济快速增长的发展中国家,一方面由于生活水平的迅速提高,人们对药品安全性这样的基本健康保健问题,将很快达到与西方发达国家一致的认识水平,任何短视的、忽视安全性的做法,都不会被市场所长久认可;另一方面,众多优秀的中国制药企业,已经拥有了在国际市场中逐鹿的愿望和能力,那么符合国际监管法规的要求,就成为进入国际市场的第一道门槛。  
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