藥點筆記 | 一次性生產(chǎn)組件標(biāo)準(zhǔn)化的可提取物研究方法

“如果一項決定沒有強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)，賽多利斯將通過科學(xué)研究來支持該依據(jù)”

作者 | Hovery Yin、Elin Sun
編輯 | Johnson Wang、Hester Pan

 

2020年6月2日，國家藥監(jiān)局藥品評審中心發(fā)布了《化學(xué)藥品注射劑生產(chǎn)所用的塑料組件系統(tǒng)相容性研究技術(shù)指南（征求意見稿）》，闡述一種基于科學(xué)和風(fēng)險的研究思路來開展注射劑生產(chǎn)過程中使用的塑料組件系統(tǒng)的相容性研究。

賽多利斯作為一家引領(lǐng)了可提取物科學(xué)^（2‒10）并持續(xù)20多年為我們的產(chǎn)品發(fā)布可提取物數(shù)據(jù)的供應(yīng)商，在多年的研究中發(fā)展，完善并建立了能夠充分滿足各個藥品監(jiān)管機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部方法來對一次性組件進(jìn)行可提取物分析，用可提取物數(shù)據(jù)和服務(wù)來支持生物制藥客戶實施一次性產(chǎn)品。

為了定義我們的研究方法，我們需要詢問和回答幾個與研究目的、提取溶液、提取條件和分析方法有關(guān)的問題。其他考慮因素包括要提取的批次數(shù)量、報告限的定義和第三方組件。

“如果一項決定沒有強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)，賽多利斯將通過科學(xué)研究來支持該依據(jù)。”

各種可提取物方法的所有差異都源于一項研究的既定目的以及由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的后續(xù)使用。例如，考慮討論哪些特定的提取液應(yīng)用于可提取物研究：

 

如果某個版本的維恩圖沒有顯示浸出物是可提取物的子集，則可提取物和浸出物的介紹將不完整。在圖1中，我們包含了一個針對工藝相關(guān)可提取物的中間類別。我們確定內(nèi)部方法時，我們認(rèn)為維恩圖的最大部分應(yīng)由供應(yīng)商負(fù)責(zé)。

我們需要定義表征研究組件的潛在可提取物的范圍，并在材料選擇、早期毒理學(xué)風(fēng)險評估和變更控制方面提供幫助。這個意圖驅(qū)動了我們整個方法的定義。

如果目的是生成數(shù)據(jù)以模擬生物工藝條件，那么實際的溶液（例如緩沖液）可能是正確的提取液。然而，如果一項研究的目的是對組件進(jìn)行化學(xué)表征，那么更具侵蝕性、提取能力更高的溶液可能更為合適。在確定新的可提取物方法的過程中，這個邏輯驅(qū)動了許多決策。

 

1. 一次性組件的風(fēng)險評估與分類

賽多利斯對可能留在工藝流體中并最終轉(zhuǎn)移到活性藥物成分（API）的化合物的提取進(jìn)行了風(fēng)險評估。該評估是根據(jù)Merseburger等人發(fā)表的行業(yè)和權(quán)威觀點進(jìn)行的(11, 12)。確定了風(fēng)險因素，如溫度、表面積與體積的比值、接觸時間、與靠近患者的因素等，因為它們影響生物制藥工藝中一次性組件的可提取物濃度。同時考慮了可能稀釋、濃縮或去除工藝流中浸出物的所有純化步驟。

提取溶劑的影響不屬于本風(fēng)險評估的一部分。可提取物研究的目的是尋求全面的信息。因此，賽多利斯對適當(dāng)溶劑的選擇進(jìn)行了深入的研究(4)。

為了確定每個因素的風(fēng)險值（表1），我們考慮在整個生物制程中使用一個一次性組件。通過將每個風(fēng)險值乘以1、5或10來計算每個一次性組件的風(fēng)險分?jǐn)?shù)。最后，將風(fēng)險分為三類：低風(fēng)險（L）、中等風(fēng)險（M）和高風(fēng)險（H）（表2）。

對工藝應(yīng)用中的一次性組件確定了不同的風(fēng)險分類（表2）。為可提取物研究設(shè)置參數(shù)時考慮了這些風(fēng)險等級。根據(jù)風(fēng)險評估，確定了以下提取時間：

●  對于低風(fēng)險和中等風(fēng)險的一次性組件，除菌級過濾器和無菌連接器使用一次較短的接觸時間（1天、7天或21天）。

● 對于高風(fēng)險一次性組件，儲存袋和管道有兩個長期接觸的時間點（21或70天）。

2. 提取液

其目標(biāo)是確定最少種類的提取溶液，產(chǎn)生全面的數(shù)量和質(zhì)量的可提取物，能夠在不溶解組件的基礎(chǔ)聚合物，同時對給定一次性組件的預(yù)期用途的情況下。盡管賽多利斯已經(jīng)為不同的目的進(jìn)行了數(shù)千項研究，但沒有單一項研究試圖確定最少提取液種類，以確定在生物制藥工藝使用條件下潛在可提取物的范圍。

對于可提取物研究，Dorey等人(6)選擇純乙醇和純水，在40°C下不溶解聚合物。純乙醇顯示出很強(qiáng)的提取能力，這是材料表征所必需的；而純水對親水性化合物顯示出良好的提取能力，可應(yīng)用于各種分析方法。1 M 氫氧化鈉和1 M鹽酸可增加小分子靶向有機(jī)化學(xué)品的極性，提高其溶解度和其可檢測性。


與原料生產(chǎn)過程中使用的酸性和堿性溶液（如緩沖液）相比，所選擇的提取溶液被認(rèn)為是最壞的情況，它們還能夠覆蓋濃酸性和堿性溶液的儲存應(yīng)用。選擇了這組溶劑，就可以從生物制程應(yīng)用中的各種一次性組件中提取所有潛在的可提取物。因為在實際應(yīng)用中，灌裝針頭通常只接觸中性pH值的溶液，所以只用純水和純乙醇進(jìn)行測試。

3. 提取條件

我們研究的目的要求明顯超出實際使用條件及在實驗室研究中仍然可行的提取條件。

表面積/體積比（SA/V）: USP <661>要求每毫升提取液中待提取組件的SA/V為6 cm2/mL(13)。盡管這一比率的設(shè)定依據(jù)沒有記錄在案，但它確實明顯夸大了實際應(yīng)用中的預(yù)期SA/V，并且已證明接近實驗室環(huán)境中可行的最大SA/V。對于過濾器，接受的SA/V為1cm²/mL, 這也被夸大了，但實際可行(14)。

因此，對于過濾器、切向流裝置和膜吸附器，我們將SA/V確定為1 cm²/mL，對于所有其他組件，SA/V確定為6 cm²/mL。我們要強(qiáng)調(diào)的是，SA/V比對可提取物濃度的影響取決于接觸時間和給定化合物的物理性質(zhì)(15)。在不超過7天的短期提取過程中，可提取化合物的釋放受聚合物內(nèi)擴(kuò)散的控制（圖2和圖3）。

因此，對于短期提取，可提取物的濃度將由SA/V的比率控制。對于長期接觸提取，平衡濃度不再受擴(kuò)散控制，而是受聚合物與溶劑的分配控制。在分配系數(shù)較大（Kp/l）的化合物中，濃度與SA/V比無關(guān)(15)。

 

提取溫度：提取溫度應(yīng)允許在不損害組件物理和化學(xué)完整性的情況下全面提取化合物。

第一個基本原理：選擇的溫度是加速提取的溫度(17, 18)。

第二個基本原理：最壞情況下的溫度由組件的最高工作溫度確定，而不影響其完整性(18)。

提取溫度低（例如23°C）導(dǎo)致可提取物濃度低（低至無法測量）。相比之下，隨著提取溫度的升高（例如60°C）和提取時間的延長（大于70天），大多數(shù)化合物的可提取物產(chǎn)量增加。在動力學(xué)研究中——本文未給出的結(jié)果是基于對高效液相色譜紫外檢測峰強(qiáng)度和氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）分析峰強(qiáng)度的定性評估——結(jié)果表明，在少數(shù)情況下，濃度在長時間（70天）內(nèi)降低。具體而言，對儲存袋（圖2）和囊氏濾器（圖3）的動力學(xué)研究表明，濃度明顯依賴于溫度和接觸時間。GC-MS數(shù)據(jù)（圖3）表明，在70天的提取時間后，所有測試溫度（23°C、40°C和60°C）下，所有檢測化合物的濃度之和到平衡。采用氣相色譜-質(zhì)譜掃描法，檢測和鑒定了廣泛的化學(xué)物質(zhì)。

在60°C下提取是不可行的，因為在提取過濾囊式過濾器時會發(fā)生泄漏。對于所有提取時間點，在20°C到40°C之間可以看到提取效率的有效加速因子約為2（圖2和圖3）。根據(jù)結(jié)果和我們的基本原理，提取溫度設(shè)定為40°C。

提取時間：接觸時間是相關(guān)的，以確保組件材料與提取溶劑之間的相互作用，從而產(chǎn)生高提取物濃度進(jìn)行分析(16, 17)。通過對儲存袋膜材料進(jìn)行動力學(xué)研究（圖2和圖3），我們觀察到延長接觸時間可提高可提取物水平。了解每個組件的預(yù)期用途和預(yù)期的過程中接觸時間，我們可以確定夸大實際使用時間的提取時間。此外，對于濾膜，動力學(xué)研究表明，在40°C下提取21天和/或70天可檢測到大量可提取物（未顯示詳細(xì)數(shù)據(jù)）。大多數(shù)可提取物在40°C下大約70天后達(dá)到平衡濃度。表7顯示了每種組件類別的提取時間。

試樣制備:較高劑量的伽馬輻射對可提取物含量的增加有已知的影響(19)。根據(jù)ISO 11137 (20)，我們采用了25 kGy的最小劑量對一次性系統(tǒng)進(jìn)行滅菌，典型的最大輻照劑量為45 kGy。因此，我們需要一個目標(biāo)劑量來預(yù)處理50kGy提取的組件，并且我們在一次性組件的γ射線照射和提取開始后采用了最長6周的時間間隔。

批數(shù)：下一個評估——設(shè)置研究用物品的數(shù)量——是評估不同過濾器和濾膜批（中間精密度）和一批內(nèi)（重復(fù)性）可提取物結(jié)果的變異性。影響整個提取研究變異性的最重要參數(shù)是提取過程、樣品制備和分析過程（包括分析方法）。如果所用分析方法的重復(fù)性優(yōu)于提取研究中的批次間的重復(fù)性，則有可能在提取研究中檢測到一次性組件之間的批次間變化。

在本研究中，使用高效液相色譜/紫外光譜、氣相色譜-質(zhì)譜和總有機(jī)碳（TOC）分析來測定批次間的變化。這些分析技術(shù)的重復(fù)性和中間精密度實驗數(shù)據(jù)低于10%（表3）。然而，必須指出的是，對于某些用GC-MS分析的化合物，其中間精密度可達(dá)25%。
 

例如，Menzel等人報道的三種常見可提取化合物的GC-MS分析數(shù)據(jù)(5)表明重復(fù)性和中間精密度在同一水平上（十二烷分別為1.2%和5.6%），低于10%（表4）。即使在單一化合物之間，一個批次內(nèi)的重復(fù)性（十二烷為1.2%，2,4 二-叔丁基苯酚為6.5%）也與中間精密度（十二烷為5.6%，2,4-二- 叔丁基苯酚為7.7%）處于同一水平。分析系統(tǒng)的重復(fù)性相當(dāng)于過濾器的批次間變化。因此，分析方法不顯示任何批次間變化�；�于這些數(shù)據(jù)，在進(jìn)行可提取物研究時，不需要對多個批次進(jìn)行相關(guān)測試。TOC和高效液相色譜-紫外檢測結(jié)果也得出了同樣的結(jié)論。重復(fù)性和中間精密度顯示相同的水平。未檢測到囊氏濾器的批次間變化。從這些數(shù)據(jù)中得出的結(jié)論是可提取物研究只需測試一批一次性組件�？蓪⒍鄠�批次的提取物混合起來進(jìn)行分析。

提取條件和提取物的處理：通過浸泡或灌裝一次性組件（袋或管）來提取一次性組件。剛性一次性組件，如過濾器和外殼，通過搖動徹底濕潤，以降低一次性組件和溶劑之間的界面阻力，并使表面易于接觸溶劑。只要有可能達(dá)到所需的SA/V比，一次性組件就可無須分割整個使用。不執(zhí)行切碎等操作。按照預(yù)期用途對組件進(jìn)行處理：對于使用前可能經(jīng)過輻照和高壓滅菌的組件，提供每個預(yù)處理步驟的數(shù)據(jù)。按照說明書沖洗用于保存一次性組件的液體（如切向流盒、膜吸附器）。使用已清潔的設(shè)備進(jìn)行提取�？瞻讟悠�、樣品制備和測量細(xì)節(jié)見Menzel等人的文章(5)。關(guān)于根據(jù)實驗室工作的基本原則處理提取物的其他建議可在文獻(xiàn)中找到 (17, 18, 21)。
4. 分析方法

我們結(jié)合了最先進(jìn)的分析技術(shù)，用于檢測、鑒定和定量揮發(fā)性、半揮發(fā)性和非揮發(fā)性可提取物，包括元素。我們的分析方法如表5所示。

報告限的定義：美國藥典第<1663> 章提到“表征是發(fā)現(xiàn)、鑒定和量化超過規(guī)定水平或閾值的提取物中存在的每個有機(jī)和無機(jī)化學(xué)實體。這些閾值可以基于患者安全考慮、材料考慮、分析技術(shù)能力等”(16)。許多文獻(xiàn)描述了用不同分析方法測定可提取化合物的檢出限（LoD）和定量限（LoQ）的適用方法(22, 23)。Jenke等人報道了一次性組件中約500種不同的潛在可提取化合物(24)。由于所列可提取化合物的極性和揮發(fā)性的化學(xué)多樣性，不能期望LoD/LoQ值在相同或甚至相似的水平上。美國藥典第<1663>章討論了定性可提取物評估，并建議至少有一種濃度為5µg/mL的可提取化合物來進(jìn)行結(jié)構(gòu)確證。

在可提取物研究中，掃描方法允許檢測濃度范圍為十億分之幾（ppb）到百萬分之幾（ppm）的潛在可提取化合物。為了能夠穩(wěn)健地報告可提取物結(jié)果（包括定性和定量），定義每種分析方法的報告限（RL）是一個實用步驟。這些限值是主觀定義的，對于單一化合物可以高于定量限，并且可以克服實驗室間定量限的差異。RL可以從特定分析技術(shù)的單個化合物的LoQ數(shù)據(jù)中得到。這一概念允許報告來自不同實驗室的可重復(fù)的可提取物信息。

在研究中，從提取樣品中檢測到的所有峰，如果峰面積超過對照峰（空白）峰面積的50%，則視為可提取化合物。RL不是固定的，代表分析設(shè)備的性能（表6）。進(jìn)一步的改進(jìn)和新的耐用的分析系統(tǒng)和技術(shù)可以導(dǎo)致較低的報告限。

賽多利斯的一次性組件提取方案：表7顯示了應(yīng)用于一次性組件的提取方案。賽多利斯在其標(biāo)準(zhǔn)、可配置和自定義一次性組裝中使用了許多第三方組件，包括連接器和管道。為了向我們的客戶提供我們的一次性系統(tǒng)的全面可提取物信息，我們實施了一個全面的計劃，根據(jù)我們新的內(nèi)部程序測試我們組件庫的一個子集（包括此類第三方組件）。

賽多利斯已經(jīng)開發(fā)出一種可提取物研究的實用方法，以表征用于生物制藥工藝的一次性組件的潛在可提取物。同時建立了一個測試程序，以評估提取過程中物理和化學(xué)參數(shù)的影響，并推導(dǎo)出不同一次性組件提取物研究設(shè)計的相關(guān)條件。通過采用標(biāo)準(zhǔn)化提取參數(shù)和最先進(jìn)的分析方法對一次性組件進(jìn)行的最差情況提取研究的結(jié)果，賽多利斯能夠幫助您獲得全面的定性和定量可提取物數(shù)據(jù)。

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Pahl I., Dorey S., Uettwiller I., Hoffmann Ch., Priebe P., Menzel R., & Hauk A.; Development of a Standardized Extractables Approach for Single-Use Components -General Considerations and Practical Aspects. Bioprocess Int. 2018;16(10).
 
以上作者均來自賽多利斯
 
 
 
 
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