一次性連接推動(dòng)無菌工藝發(fā)展

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發(fā)布時(shí)間:2014/2/19 21:11:54大 中 小來源:作者：Colder Products Company生物制程市場(chǎng)業(yè)務(wù)部John Boehm

連接技術(shù)提高了靈活性和可靠性，推動(dòng)了生物制藥商的成本節(jié)約。

當(dāng)今市場(chǎng)及經(jīng)濟(jì)環(huán)境對(duì)生物廠商和制藥商開發(fā)新藥物的需求，刺激生物制程廠商對(duì)各自制程系統(tǒng)進(jìn)行審查，并尋找可以使處理系統(tǒng)更靈活、更可靠和更具性價(jià)比的途徑。越來越多的制造商轉(zhuǎn)而采用一次性的無菌處理系統(tǒng)，以滿足或超越分秒必爭(zhēng)的產(chǎn)品引進(jìn)時(shí)間要求，并控制成本。

創(chuàng)新的一次性技術(shù)使得制藥商們能夠更靈活地用塑料處理方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)不銹鋼管道、設(shè)備以及工藝套件。大量的文章和案例研究都對(duì)轉(zhuǎn)而采用預(yù)先消毒一次性系統(tǒng)的好處進(jìn)行了說明。但是，如果制藥商們無法以安全穩(wěn)妥的方式連接設(shè)備的各個(gè)部分以形成一個(gè)*無菌的工藝，那么這些好處即不復(fù)存在。

連接設(shè)備或連接方法可能只是整個(gè)系統(tǒng)的一小部分，而連接和斷開管道進(jìn)行工藝流體傳輸卻是一次性處理的一個(gè)重要方面。由于連接器可能是保持一次性生物制程真正無菌的決定性因素，因此制藥商們需要仔細(xì)考慮合適的可選方案。

無菌連接方案

生物制藥商們可以通過多種途徑在裝置操作內(nèi)部或之間建立一個(gè)無菌連接。正確的選擇很大程度上取決于各設(shè)備的需求和優(yōu)先選擇。

快速插拔接頭或配件（衛(wèi)生或魯爾）通常和各種管道型號(hào)和尺寸配套使用。當(dāng)和層流凈化罩一同使用時(shí)，這些連接器可以實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)便和安全的連接。管焊機(jī)是和半英寸直徑以及更小的熱塑料彈性管道建立無菌連接的可選方案。這些系統(tǒng)采用經(jīng)加熱的可換刀片，用于在將兩根獨(dú)立的管道焊接起來時(shí)保持無菌性。一次性在線蒸汽滅菌（SIP）連接器可以在各種一次性系統(tǒng)和不銹鋼處理設(shè)備之間建立無菌連接。這些方法要求在連接點(diǎn)有蒸汽供應(yīng)。由于引入了許多一次性無菌連接器，因此無需使用層流凈化罩或管焊機(jī)即可實(shí)現(xiàn)管對(duì)管無菌連接。這種能力開創(chuàng)了在灰色空間內(nèi)的獨(dú)立一次性系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無菌流體輸送的方案。除了無菌接頭，還有一種配有截止閥的無菌插拔連接器，即便是在非受控的環(huán)境中，也能夠在斷開一次性管道的過程中以及斷開之后保持流體的無菌性。

確定某個(gè)特定應(yīng)用場(chǎng)合的*方案取決于諸多因素，如所處理的流體、管道選擇、流量要求、層流凈化罩的可用空間、SIP或管道焊接設(shè)備等。其他還需要考慮的因素包括材料兼容性、產(chǎn)品可得性、連接方法是否已經(jīng)通過驗(yàn)證用于在設(shè)備或組織內(nèi)使用、供應(yīng)商的等。

*實(shí)踐指南

制藥商難以在可用的解決方案中確定用于評(píng)估的*方法或證明某特定工藝連接技術(shù)的合格性。生物制程系統(tǒng)聯(lián)盟（BPSA）技術(shù)委員會(huì)成立了小組委員會(huì)，負(fù)責(zé)處理主要一次性技術(shù)類別的*實(shí)踐，包括：薄膜和容器、過濾囊、管道、連接器和接頭。和傳統(tǒng)不銹鋼閥門相比，塑料連接器具有不同的特點(diǎn)，因此由各公司連接專家組成的小組針對(duì)質(zhì)量試驗(yàn)方法達(dá)成了共識(shí)指南，用于解決一次性連接技術(shù)的關(guān)鍵性能特點(diǎn)。

此次協(xié)作努力的結(jié)果是形成了連接器和接頭的通用試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)頻率以及試驗(yàn)依據(jù)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)等。相關(guān)試驗(yàn)包括：爆破試驗(yàn)、完整性（滲漏）試驗(yàn)、細(xì)菌挑戰(zhàn)性試驗(yàn)/沾污試驗(yàn)、生物相容性試驗(yàn)、微粒試驗(yàn)、理化試驗(yàn)、流量試驗(yàn)/壓降試驗(yàn)以及滅菌工藝的兼容性試驗(yàn)。當(dāng)制藥商制定選擇、驗(yàn)證和批準(zhǔn)連接方案所用的方法時(shí)，該模型成為參考。在技術(shù)評(píng)估的過程中，BPSA成員公司的代表也會(huì)向用戶提供寶貴的支持和幫助。

應(yīng)用舉例：

用不銹鋼反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵種子培養(yǎng)：

現(xiàn)代生物制程設(shè)備普遍采用容量1000升至25000升的生產(chǎn)生物反應(yīng)器。要從幾毫升培養(yǎng)菌中幾百萬個(gè)細(xì)胞的種菌放大到這些生產(chǎn)量，這一挑戰(zhàn)要求在種子培養(yǎng)沿線各點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無菌輸送。傳統(tǒng)生物制程設(shè)備通過和閥門以及剛性管道連接的不銹鋼生物反應(yīng)器系列實(shí)現(xiàn)放大。為避免生產(chǎn)過程之間發(fā)生污染，各生物反應(yīng)器、容器和管路中都配有原位清洗（CIP）系統(tǒng)，用于清除剩余物料。每次培養(yǎng)開始時(shí)都通過SIP系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)無菌保證，該系統(tǒng)由蒸汽管、溫度傳感器和冷凝液收集管道組成。這些CIP和SIP系統(tǒng)要求進(jìn)行廣泛的驗(yàn)證試驗(yàn)，并且系統(tǒng)中包含的閥門和管道可能還會(huì)形成附加的驗(yàn)證問題。此外，在對(duì)連接管道和閥門網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重大維護(hù)或變動(dòng)之后，還必須對(duì)CIP和SIP系統(tǒng)重新進(jìn)行驗(yàn)證。

一次性系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步促使生物制程工程師將多數(shù)存儲(chǔ)容器和固定管網(wǎng)替換為一次性的存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸送管路。一次性使用無需對(duì)諸多配件進(jìn)行CIP驗(yàn)證。此外，由于無需使用高價(jià)的閥門以及閥門與無菌管道組件，因而又能降低維護(hù)和資本費(fèi)用。圖1所示為采用不銹鋼生物反應(yīng)器的生產(chǎn)套件，其中結(jié)合了一次性技術(shù)用于細(xì)胞培養(yǎng)基的保存和關(guān)鍵輸送管路。細(xì)胞培養(yǎng)基保存系統(tǒng)通往經(jīng)伽馬射線預(yù)先消毒的生物制程設(shè)備，通常配有集成過濾器、采樣系統(tǒng)和連接器。通過采用SIP連接器，操作人員可以在事先經(jīng)過消毒的一次性系統(tǒng)和不銹鋼生物反應(yīng)器之間實(shí)現(xiàn)無菌連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)基的無菌輸送。同樣，一次性輸送管路還可以通過蠕動(dòng)泵或頭部空間壓力，在生物反應(yīng)器之間輸送種菌。這種輸送管路可以減少輸送所需的可重復(fù)使用閥門的個(gè)數(shù)，并避免CIP和SIP驗(yàn)證的問題區(qū)域。在各個(gè)經(jīng)過預(yù)先消毒的輸送管路末端安裝一次性SIP連接器，可以實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)固定管道同等級(jí)別的無菌保障，并且資本費(fèi)用更低。

隨著一次性生物反應(yīng)器（SUB）越來越被接受，及其可用性的提高，用戶可以建立全部由各種容積SUB組成的或者是由SUB和傳統(tǒng)不銹鋼生物反應(yīng)器組成的（當(dāng)容積要求較高時(shí)）撓性種子培養(yǎng)系統(tǒng)。將一系列SUB作為一個(gè)完整系統(tǒng)進(jìn)行組裝、消毒和安裝是不切實(shí)際的，因此，可采用一次性連接，通過將工藝套件中安裝的各個(gè)配件連接起來，從而實(shí)現(xiàn)安全無菌工藝。如前所述，這可以通過快速連接器、管道焊接或無菌連接設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。如果將較小容積的SUB和較大容積的傳統(tǒng)不銹鋼反應(yīng)器相連，則可以將快速連接或無菌接頭與層流凈化罩配合、或者采用SIP連接器來實(shí)現(xiàn)無菌培養(yǎng)基輸送。圖2所示為一臺(tái)模型設(shè)備，其中包括一次性生物反應(yīng)器和不銹鋼生物反應(yīng)器。

緩沖劑/培養(yǎng)基應(yīng)用：

內(nèi)部培養(yǎng)基/緩沖劑制備要求在混合之后、保存之前進(jìn)行在線無菌過濾處理。有不少制藥商通過過濾完整性試驗(yàn)來確保產(chǎn)品純度、并降低產(chǎn)品損耗。過濾完整性試驗(yàn)用于確定所用的過濾器是否正常運(yùn)行、以及從濾液中濾掉的部分粒徑是否zui小。為確定在無菌方面的潛在違規(guī)行為，以及如果需要重新運(yùn)行分批工藝時(shí)，可以在過濾之前、過濾之后或者在過濾之前和之后都進(jìn)行這些試驗(yàn)。

在過去，生物制程設(shè)備不銹鋼過濾外殼中采用的是配有可更換濾芯的嚴(yán)格密封的系統(tǒng)，裝配、驗(yàn)證和生產(chǎn)后清潔耗時(shí)較多。而在這些過濾完整性試驗(yàn)系統(tǒng)中引進(jìn)一次性配件后，可以降低發(fā)生污染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能提高制程彈性。在過濾和過濾完整性試驗(yàn)中使用的一次性配件包括一次性過濾囊、貯藏袋、管道、夾具和連接器等。連接器是過濾系統(tǒng)內(nèi)各配件之間至關(guān)重要的接口，可以實(shí)現(xiàn)以快速、簡(jiǎn)便的方式將子系統(tǒng)集成為更大的生產(chǎn)工藝。

一次性配件和系統(tǒng)可以代替培養(yǎng)基和緩沖劑制備所需的某一臺(tái)或全部不銹鋼設(shè)備（圖3）。一次性使用袋或混合袋系統(tǒng)可取代固定放置的混合槽。采用集成過濾囊的使用袋系統(tǒng)既可以取代不銹鋼過濾外殼，也可取代無菌持物罐。在工藝流體被濾入無菌持物袋中之后，通過裝有閥門的無菌插拔接頭，即可快速、簡(jiǎn)便地將過濾器斷開，以進(jìn)行濾后完整性試驗(yàn)。借助這種無菌插拔技術(shù)，技術(shù)人員可以自信地將過濾器拆下來，而不會(huì)對(duì)保持袋中所存放的內(nèi)容物造成污染，同時(shí)還能保持過濾器潮濕以便進(jìn)行完整性試驗(yàn)。在將過濾器拆下來之后，可采用自動(dòng)設(shè)備，通過起泡點(diǎn)、氣體擴(kuò)散或降低壓力的方法來進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)一經(jīng)確認(rèn)過濾器完好，即可釋放所存放的細(xì)胞培養(yǎng)基，繼續(xù)進(jìn)行處理。延長(zhǎng)使用一次性配件進(jìn)行過濾器完整性試驗(yàn)，是制藥商簡(jiǎn)化生物制程并以更快的速度將產(chǎn)品投放市場(chǎng)的又一途徑。

套件至套件輸送的一次性使用：

上游生產(chǎn)完成之后，必須以無菌的方式將含有蛋白質(zhì)的培養(yǎng)基輸送至生產(chǎn)設(shè)備中的不同位置，用于進(jìn)行zui后的填充操作。該套件可能在隔壁的房間中，或者在更遠(yuǎn)的位置。傳統(tǒng)生物制程設(shè)備采用不銹鋼歧管完成輸送，其中配有管道或者可重復(fù)使用的軟管，作為輸送管路。在每次輸送培養(yǎng)基之前，該設(shè)備需要在使用和進(jìn)行無菌處理之前完成經(jīng)驗(yàn)證的CIP和/或清洗步驟。

隨著一次性配件被接受，工藝工程師們紛紛在工藝套件的生物反應(yīng)器和輸送容器之間采用一次性輸送管路。通過采用經(jīng)過預(yù)先消毒處理的連接器和管道，無需對(duì)不銹鋼管道或設(shè)備進(jìn)行消毒處理，即可將培養(yǎng)基從生產(chǎn)套件轉(zhuǎn)移至制備套件。除了提高生產(chǎn)速度之外，當(dāng)制藥商確定各生產(chǎn)套件中運(yùn)行的工藝時(shí)，這些一次性的系統(tǒng)又為制藥商們提供了更大的靈活性。移動(dòng)性的增強(qiáng)避免了嚴(yán)格密封管道可能會(huì)在生產(chǎn)設(shè)備上形成的一些限制。套件至套件輸送工藝中發(fā)生交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是在多產(chǎn)品設(shè)施中。而采用無菌連接器作為管件工藝之間的接口，可以降低這些風(fēng)險(xiǎn)，并提高藥物開發(fā)和傳輸?shù)乃俣扰c安全性。

配置與充裝：

在zui終配置和劑量充裝過程中，產(chǎn)品安全問題以及整體產(chǎn)品價(jià)值是當(dāng)務(wù)之急。和以往的應(yīng)用類似，傳統(tǒng)充裝工藝包括通過可重復(fù)使用的閥門、硬管以及鋼管連接的不銹鋼設(shè)備。同樣的，可以采用包括散裝儲(chǔ)存容器、過濾器、管道、連接器甚至是一次性充裝歧管在內(nèi)的一次性技術(shù)，來降低發(fā)生污染的風(fēng)險(xiǎn)，并縮短運(yùn)行停機(jī)時(shí)間。

圖4所示為充裝作業(yè)，其中采用了一次性歧管系統(tǒng)以及無菌過濾器，用于在散裝存儲(chǔ)袋和隔離器的充裝設(shè)備之間輸送藥物產(chǎn)品。為解決產(chǎn)品質(zhì)量問題并減少廢棄物，可在zui終生產(chǎn)階段組合進(jìn)行濾前和濾后完整性試驗(yàn)。在進(jìn)行濾前試驗(yàn)時(shí)，過濾器組件通過無菌連接器和無菌持物罐連接。經(jīng)連接，即用產(chǎn)品制劑濕潤(rùn)過濾器，然后再進(jìn)行濾前試驗(yàn)。在確定過濾器完好之后，對(duì)和沖洗袋相連的管路進(jìn)行沖砂處理，并以無菌的方式將過濾器組件連接至隔離器輸送管路?？刹捎肧IP連接將隔離器管路預(yù)先安裝到藥瓶充裝系統(tǒng)中，以此來縮短故障停機(jī)時(shí)間。然后打開流量夾開始過濾。過濾完成之后，可通過無菌插拔接頭將過濾器從組件上拆下來，以保持過濾器的無菌性，直至可以進(jìn)行濾后完整性試驗(yàn)。借助濾前和濾后完整性試驗(yàn)，操作人員可確保在zui終藥物配制過程中保持產(chǎn)品的純度，并準(zhǔn)備就緒可以發(fā)放。

一次性連接的未來發(fā)展

對(duì)于采用一次性系統(tǒng)或者裝有傳統(tǒng)不銹鋼設(shè)備的無菌工藝而言，連接和斷開管道進(jìn)行流體輸送是無菌工藝的關(guān)鍵。無菌連接技術(shù)可以將不同的子系統(tǒng)或工藝組合起來，從而提高了從上游發(fā)酵至下游充裝過程中的靈活性和效率。由于連接器是保持工藝無菌性的決定性因素，用戶需要仔細(xì)選擇合適的連接方案和產(chǎn)品。

諸如BPSA等機(jī)構(gòu)提供的行業(yè)支持、以及供應(yīng)商持續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)，將進(jìn)一步滿足小批量生產(chǎn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換更快對(duì)無菌處理的需求。處理能力更大的系統(tǒng)和管道范圍可實(shí)現(xiàn)更的操作，并為制藥商們提供以更快的速度將產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的靈活性。因此，連接技術(shù)的進(jìn)步有助于滿足業(yè)界對(duì)快速藥品開發(fā)、工藝可靠性以及提高生產(chǎn)效率的需求。

作者介紹：

John Boehm是Colder Products Company生物制程市場(chǎng)業(yè)務(wù)部。他是生物制程系統(tǒng)聯(lián)盟（BPSA）的副主席，同時(shí)還是連接器和接頭小組委員會(huì)的教育主席和總監(jiān)。他擁有機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位和工商管理碩士學(xué)位。電郵：john.boehm@colder.com。