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(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(kāi)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(lái)越多的制造商轉(zhuǎn)而采用一次性的無(wú)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(shuō)明。但是，如果制藥商們無(wú)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(wú)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(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(xì)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(nèi)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(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(wú)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(lái)時(shí)保持無(wú)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(wú)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(wú)菌連接器，因此無(wú)需使用層流凈化罩或管焊機(jī)即可實(shí)現(xiàn)管對(duì)管無(wú)菌連接。這種能力開(kāi)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(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(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(guò)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(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(tǒng)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(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汀⒃囼?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(guò)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(wàn)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(wú)菌輸送。傳統(tǒng)生物制程設(shè)備通過(guò)和閥門(mén)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(guò)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(kāi)始時(shí)都通過(guò)SIP系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(mén)和管道可能還會(huì)形成附加的驗(yàn)證問(wèn)題。此外，在對(duì)連接管道和閥門(mén)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(wú)需對(duì)諸多配件進(jìn)行CIP驗(yàn)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(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(guò)濾器、采樣系統(tǒng)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(tǒng)和不銹鋼生物反應(yīng)器之間實(shí)現(xiàn)無(wú)菌連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)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(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(mén)的個(gè)數(shù)，并避免CIP和SIP驗(yàn)證的問(wèn)題區(qū)域。在各個(gè)經(jīng)過(guò)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(wú)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(lái)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(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(xiàn)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(shè)備來(lái)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(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(xiàn)無(wú)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(wú)菌過(guò)濾處理。有不少制藥商通過(guò)過(guò)濾完整性試驗(yàn)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(yàn)用于確定所用的過(guò)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(wú)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(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(yàn)。

在過(guò)去，生物制程設(shè)備不銹鋼過(guò)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(guò)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(guò)濾和過(guò)濾完整性試驗(yàn)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(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(guò)濾囊的使用袋系統(tǒng)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(yàn)。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(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(guò)濾器潮濕以便進(jìn)行完整性試驗(yàn)。在將過(guò)濾器拆下來(lái)之后，可采用自動(dòng)設(shè)備，通過(guò)起泡點(diǎn)、氣體擴(kuò)散或降低壓力的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)一經(jīng)確認(rèn)過(guò)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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)采用經(jīng)過(guò)預(yù)先消毒處理的連接器和管道，無(wú)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(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(xiǎn)，并提高藥物開(kāi)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(guò)程中，產(chǎn)品安全問(wèn)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(lèi)似，傳統(tǒng)充裝工藝包括通過(guò)可重復(fù)使用的閥門(mén)、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(guò)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(lái)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(wú)菌過(guò)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(wèn)題并減少?gòu)U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(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(rùn)過(guò)濾器，然后再進(jìn)行濾前試驗(yàn)。在確定過(guò)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(wú)菌的方式將過(guò)濾器組件連接至隔離器輸送管路。可采用SIP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(lái)縮短故障停機(jī)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(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(guò)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(lái)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(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(tǒng)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(kāi)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(wú)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(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(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。