一次性連接推動(dòng)無(wú)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(lái)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約。

當今市場(chǎng)及經(jīng)濟環(huán)境對生物廠(chǎng)商和制藥商開(kāi)發(fā)新藥物的需求，刺激生物制程廠(chǎng)商對各自制程系統進(jìn)行審查，并尋找可以使處理系統更靈活、更可靠和更具性?xún)r(jià)比的途徑。越來(lái)越多的制造商轉而采用一次性的無(wú)菌處理系統，以滿(mǎn)足或超越分秒必爭的產(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傳統不銹鋼管道、設備以及工藝套件。大量的文章和案例研究都對轉而采用預先消毒一次性系統的好處進(jìn)行了說(shuō)明。但是，如果制藥商們無(wú)法以安全穩妥的方式連接設備的各個(gè)部分以形成一個(gè)*無(wú)菌的工藝，那么這些好處即不復存在。

連接設備或連接方法可能只是整個(gè)系統的一小部分，而連接和斷開(kāi)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(wú)菌的決定性因素，因此制藥商們需要仔細考慮合適的可選方案。

無(wú)菌連接方案

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

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

確定某個(gè)特定應用場(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(guò)驗證用于在設備或組織內使用、供應商的等。

*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。生物制程系統聯(lián)盟（BPSA）技術(shù)委員會(huì )成立了小組委員會(huì )，負責處理主要一次性技術(shù)類(lèi)別的*實(shí)踐，包括：薄膜和容器、過(guò)濾囊、管道、連接器和接頭。和傳統不銹鋼閥門(mén)相比，塑料連接器具有不同的特點(diǎn)，因此由各公司連接專(zhuān)家組成的小組針對質(zhì)量試驗方法達成了共識指南，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)作努力的結果是形成了連接器和接頭的通用試驗模型、試驗頻率以及試驗依據或行業(yè)標準總結等。相關(guān)試驗包括：爆破試驗、完整性（滲漏）試驗、細菌挑戰性試驗/沾污試驗、生物相容性試驗、微粒試驗、理化試驗、流量試驗/壓降試驗以及滅菌工藝的兼容性試驗。當制藥商制定選擇、驗證和批準連接方案所用的方法時(shí)，該模型成為參考。在技術(shù)評估的過(guò)程中，BPSA成員公司的代表也會(huì )向用戶(hù)提供寶貴的支持和幫助。

應用舉例：

用不銹鋼反應器進(jìn)行發(fā)酵種子培養：

現代生物制程設備普遍采用容量1000升至25000升的生產(chǎn)生物反應器。要從幾毫升培養菌中幾百萬(wàn)個(gè)細胞的種菌放大到這些生產(chǎn)量，這一挑戰要求在種子培養沿線(xiàn)各點(diǎn)實(shí)現無(wú)菌輸送。傳統生物制程設備通過(guò)和閥門(mén)以及剛性管道連接的不銹鋼生物反應器系列實(shí)現放大。為避免生產(chǎn)過(guò)程之間發(fā)生污染，各生物反應器、容器和管路中都配有原位清洗（CIP）系統，用于清除剩余物料。每次培養開(kāi)始時(shí)都通過(guò)SIP系統來(lái)實(shí)現無(wú)菌保證，該系統由蒸汽管、溫度傳感器和冷凝液收集管道組成。這些CIP和SIP系統要求進(jìn)行廣泛的驗證試驗，并且系統中包含的閥門(mén)和管道可能還會(huì )形成附加的驗證問(wèn)題。此外，在對連接管道和閥門(mén)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行重大維護或變動(dòng)之后，還必須對CIP和SIP系統重新進(jìn)行驗證。

一次性系統技術(shù)的進(jìn)步促使生物制程工程師將多數存儲容器和固定管網(wǎng)替換為一次性的存儲系統和輸送管路。一次性使用無(wú)需對諸多配件進(jìn)行CIP驗證。此外，由于無(wú)需使用高價(jià)的閥門(mén)以及閥門(mén)與無(wú)菌管道組件，因而又能降低維護和資本費用。圖1所示為采用不銹鋼生物反應器的生產(chǎn)套件，其中結合了一次性技術(shù)用于細胞培養基的保存和關(guān)鍵輸送管路。細胞培養基保存系統通往經(jīng)伽馬射線(xiàn)預先消毒的生物制程設備，通常配有集成過(guò)濾器、采樣系統和連接器。通過(guò)采用SIP連接器，操作人員可以在事先經(jīng)過(guò)消毒的一次性系統和不銹鋼生物反應器之間實(shí)現無(wú)菌連接，進(jìn)而實(shí)現細胞培養基的無(wú)菌輸送。同樣，一次性輸送管路還可以通過(guò)蠕動(dòng)泵或頭部空間壓力，在生物反應器之間輸送種菌。這種輸送管路可以減少輸送所需的可重復使用閥門(mén)的個(gè)數，并避免CIP和SIP驗證的問(wèn)題區域。在各個(gè)經(jīng)過(guò)預先消毒的輸送管路末端安裝一次性SIP連接器，可以實(shí)現和傳統固定管道同等級別的無(wú)菌保障，并且資本費用更低。

隨著(zhù)一次性生物反應器（SUB）越來(lái)越被接受，及其可用性的提高，用戶(hù)可以建立全部由各種容積SUB組成的或者是由SUB和傳統不銹鋼生物反應器組成的（當容積要求較高時(shí)）撓性種子培養系統。將一系列SUB作為一個(gè)完整系統進(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(guò)將工藝套件中安裝的各個(gè)配件連接起來(lái)，從而實(shí)現安全無(wú)菌工藝。如前所述，這可以通過(guò)快速連接器、管道焊接或無(wú)菌連接設備來(lái)實(shí)現。如果將較小容積的SUB和較大容積的傳統不銹鋼反應器相連，則可以將快速連接或無(wú)菌接頭與層流凈化罩配合、或者采用SIP連接器來(lái)實(shí)現無(wú)菌培養基輸送。圖2所示為一臺模型設備，其中包括一次性生物反應器和不銹鋼生物反應器。

緩沖劑/培養基應用：

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

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

一次性配件和系統可以代替培養基和緩沖劑制備所需的某一臺或全部不銹鋼設備（圖3）。一次性使用袋或混合袋系統可取代固定放置的混合槽。采用集成過(guò)濾囊的使用袋系統既可以取代不銹鋼過(guò)濾外殼，也可取代無(wú)菌持物罐。在工藝流體被濾入無(wú)菌持物袋中之后，通過(guò)裝有閥門(mén)的無(wú)菌插拔接頭，即可快速、簡(jiǎn)便地將過(guò)濾器斷開(kāi)，以進(jìn)行濾后完整性試驗。借助這種無(wú)菌插拔技術(shù)，技術(shù)人員可以自信地將過(guò)濾器拆下來(lái)，而不會(huì )對保持袋中所存放的內容物造成污染，同時(shí)還能保持過(guò)濾器潮濕以便進(jìn)行完整性試驗。在將過(guò)濾器拆下來(lái)之后，可采用自動(dòng)設備，通過(guò)起泡點(diǎn)、氣體擴散或降低壓力的方法來(lái)進(jìn)行測試。試驗一經(jīng)確認過(guò)濾器完好，即可釋放所存放的細胞培養基，繼續進(jìn)行處理。延長(cháng)使用一次性配件進(jìn)行過(guò)濾器完整性試驗，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(wú)菌的方式將含有蛋白質(zhì)的培養基輸送至生產(chǎn)設備中的不同位置，用于進(jìn)行zui后的填充操作。該套件可能在隔壁的房間中，或者在更遠的位置。傳統生物制程設備采用不銹鋼歧管完成輸送，其中配有管道或者可重復使用的軟管，作為輸送管路。在每次輸送培養基之前，該設備需要在使用和進(jìn)行無(wú)菌處理之前完成經(jīng)驗證的CIP和/或清洗步驟。

隨著(zhù)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器和輸送容器之間采用一次性輸送管路。通過(guò)采用經(jīng)過(guò)預先消毒處理的連接器和管道，無(wú)需對不銹鋼管道或設備進(jìn)行消毒處理，即可將培養基從生產(chǎn)套件轉移至制備套件。除了提高生產(chǎn)速度之外，當制藥商確定各生產(chǎn)套件中運行的工藝時(shí)，這些一次性的系統又為制藥商們提供了更大的靈活性。移動(dòng)性的增強避免了嚴格密封管道可能會(huì )在生產(chǎn)設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)險較高，尤其是在多產(chǎn)品設施中。而采用無(wú)菌連接器作為管件工藝之間的接口，可以降低這些風(fēng)險，并提高藥物開(kāi)發(fā)和傳輸的速度與安全性。

配置與充裝：

在zui終配置和劑量充裝過(guò)程中，產(chǎn)品安全問(wèn)題以及整體產(chǎn)品價(jià)值是當務(wù)之急。和以往的應用類(lèi)似，傳統充裝工藝包括通過(guò)可重復使用的閥門(mén)、硬管以及鋼管連接的不銹鋼設備。同樣的，可以采用包括散裝儲存容器、過(guò)濾器、管道、連接器甚至是一次性充裝歧管在內的一次性技術(shù)，來(lái)降低發(fā)生污染的風(fēng)險，并縮短運行停機時(shí)間。

圖4所示為充裝作業(yè)，其中采用了一次性歧管系統以及無(wú)菌過(guò)濾器，用于在散裝存儲袋和隔離器的充裝設備之間輸送藥物產(chǎn)品。為解決產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)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。在進(jìn)行濾前試驗時(shí)，過(guò)濾器組件通過(guò)無(wú)菌連接器和無(wú)菌持物罐連接。經(jīng)連接，即用產(chǎn)品制劑濕潤過(guò)濾器，然后再進(jìn)行濾前試驗。在確定過(guò)濾器完好之后，對和沖洗袋相連的管路進(jìn)行沖砂處理，并以無(wú)菌的方式將過(guò)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先安裝到藥瓶充裝系統中，以此來(lái)縮短故障停機時(shí)間。然后打開(kāi)流量夾開(kāi)始過(guò)濾。過(guò)濾完成之后，可通過(guò)無(wú)菌插拔接頭將過(guò)濾器從組件上拆下來(lái)，以保持過(guò)濾器的無(wú)菌性，直至可以進(jìn)行濾后完整性試驗。借助濾前和濾后完整性試驗，操作人員可確保在zui終藥物配制過(guò)程中保持產(chǎn)品的純度，并準備就緒可以發(fā)放。

一次性連接的未來(lái)發(fā)展

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

諸如BPSA等機構提供的行業(yè)支持、以及供應商持續的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，將進(jìn)一步滿(mǎn)足小批量生產(chǎn)產(chǎn)品轉換更快對無(wú)菌處理的需求。處理能力更大的系統和管道范圍可實(shí)現更的操作，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(mǎn)足業(yè)界對快速藥品開(kāi)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。他擁有機械工程學(xué)士學(xué)位和工商管理碩士學(xué)位。電郵：john.boehm@colder.com。