基于質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理的生物制藥工藝驗(yàn)證策略

丁滿生+代虎

摘 要 目的：根據(jù)美國(guó)、歐盟等藥品監(jiān)管部門(mén)以及ICH提出的基于生命周期的工藝驗(yàn)證方法，將風(fēng)險(xiǎn)管理運(yùn)用到整個(gè)工藝驗(yàn)證的生命周期。方法：本文采用風(fēng)險(xiǎn)管理的方法對(duì)工藝設(shè)計(jì)階段、工藝確認(rèn)階段以及持續(xù)工藝驗(yàn)證階段進(jìn)行了探討。結(jié)果：證明基于風(fēng)險(xiǎn)的工藝開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證合并將產(chǎn)生更可靠、更持續(xù)可行的工藝，從而確保持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出符合預(yù)定用途和注冊(cè)要求的藥品。結(jié)論：通過(guò)符合更好的工藝實(shí)踐，生物制藥將進(jìn)一步推動(dòng)制藥行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 風(fēng)險(xiǎn)管理 工藝驗(yàn)證 生物制藥

中圖分類號(hào)：TQ460.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1006-1533（2017）13-0048-04

A risk-based approach for biopharmaceutical process validation

DING Mansheng， DAI Hu*

（Shanghai Benemae Pharmaceutical Corporation， Shanghai 201321， China）

ABSTRACT Objective： Risk management can be applied throughout the process validation cycle according to a riskbased approach for the life cycle of process validation established by drug regulatory departments in the United States， the European Union and ICH. Methods： The methods for risk management used in process design， process qualification， as well as continuous process verification are discussed in this article. Results： The combination of the process development and validation based on the risk will be confirmed to produce more reliable， sustainable and feasible process to ensure stable production of drugs in line with the intended use and drug registration requirements. Conclusion： Biological pharmaceutical will further promote the development of the pharmaceutical industry by better process practice.

KEY WORDS risk management； process validation； biopharmaceutical

生產(chǎn)工藝應(yīng)通過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行驗(yàn)證，并且要通過(guò)良好的記錄來(lái)證明所使用的工藝和設(shè)備能夠始終如一地生產(chǎn)出滿足其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的可靠產(chǎn)品[1]。在FDA公布的工藝驗(yàn)證指導(dǎo)原則（1987年）中，工藝驗(yàn)證現(xiàn)在被看作是一個(gè)連續(xù)的活動(dòng)，而不是進(jìn)行一次性的活動(dòng)，以確保生產(chǎn)工藝始終在其合格的設(shè)計(jì)空間范圍內(nèi)生產(chǎn)質(zhì)量符合的產(chǎn)品。 因此必須采取持續(xù)的生命周期方法來(lái)開(kāi)展工藝驗(yàn)證，這種轉(zhuǎn)變滿足生產(chǎn)工藝持續(xù)改進(jìn)的需要，符合質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）的原則[2-6]。在FDA的工藝驗(yàn)證指南（2011年）中是將整個(gè)產(chǎn)品生命周期的生產(chǎn)工藝驗(yàn)證分為三個(gè)階段：工藝設(shè)計(jì)、工藝性能確認(rèn)和持續(xù)工藝確認(rèn)。

生物制藥因?yàn)楣に囘^(guò)程中使用了生物細(xì)胞和生物性原材料，引入了大量的外源性生物雜質(zhì)，這就需要去除雜質(zhì)和污染物，包括內(nèi)毒素、病毒、細(xì)胞膜、核酸、蛋白質(zhì)、培養(yǎng)基成分、中間體，從層析介質(zhì)脫離的配體，以及產(chǎn)品的修飾物、聚合物和其它非活性物質(zhì)。因此生物制藥的工藝過(guò)程的復(fù)雜性和不確定性較傳統(tǒng)化學(xué)制藥更為艱巨，這就需要有一個(gè)好的工具或方法進(jìn)行過(guò)程分析，以識(shí)別工藝過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，并予以采取有效措施進(jìn)行控制[7]。

基于這個(gè)現(xiàn)實(shí)，在生物制藥工藝驗(yàn)證開(kāi)展有效的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理能夠降低這種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理包括風(fēng)險(xiǎn)控制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，其中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是工藝驗(yàn)證的關(guān)鍵。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估將分析工藝中使用的所有物料的來(lái)源和質(zhì)量的信息，以及評(píng)估工藝中使用的每一種物料或操作對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量、功效和安全的影響。同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估運(yùn)用到整個(gè)產(chǎn)品生命周期，從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)始，到持續(xù)的商業(yè)化生產(chǎn)操作[8-10]。

1 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理的開(kāi)展

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法最初用在確定產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性（CQAs），包括風(fēng)險(xiǎn)排序和初步危害分析（PHA）。這些在單克隆抗體（A-Mab）生物工藝研發(fā)案例（2009年）中已有闡明[11]，包括在驗(yàn)證中結(jié)合QbD和生命周期的方法。其它風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括工藝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（PRA），失效模式影響分析（FMEA），故障模式危害性分析（FMECA）和危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP）。

隨著產(chǎn)品工藝的成熟化和更多的工藝知識(shí)的累積，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分析將更加充分，將有助于判斷更微小的生產(chǎn)工藝變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)的潛在影響。 例如，針對(duì)重組蛋白的糖基化過(guò)程，糖基化的程度與細(xì)胞代謝和代謝通量的效率相關(guān)?？紤]到糖基化的程度對(duì)生物制藥產(chǎn)品的藥代動(dòng)力學(xué)，療效和免疫原性有顯著的影響，因此，評(píng)估生物反應(yīng)器的工藝參數(shù)和任何可能影響產(chǎn)品糖基化因素的風(fēng)險(xiǎn)是相當(dāng)重要的。

原材料、工藝設(shè)備和生產(chǎn)工藝對(duì)生物制藥產(chǎn)品質(zhì)量的潛在風(fēng)險(xiǎn)也應(yīng)該是評(píng)估的一部分。應(yīng)當(dāng)確定這些風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵性程度，同時(shí)采取方法或策略用于消除、減輕或控制這些風(fēng)險(xiǎn)。

按照QbD的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理思路，不可能只是通過(guò)最終產(chǎn)品的測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量保證。應(yīng)采用適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)識(shí)別產(chǎn)品的CQAs，在工藝開(kāi)發(fā)和早期生產(chǎn)階段進(jìn)行確認(rèn)，并在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中仔細(xì)控制和監(jiān)測(cè)影響這些CQAs的CPPs。進(jìn)一步通過(guò)建立產(chǎn)品的CQAs，定義與CQAs關(guān)聯(lián)的每步工藝的設(shè)計(jì)空間和CPPs的可接受范圍，并在生產(chǎn)中控制這些CPPs。只要在設(shè)計(jì)空間的參數(shù)范圍內(nèi)，允許對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化或改變，同時(shí)內(nèi)可以不需要重新進(jìn)行生產(chǎn)工藝驗(yàn)證。

在進(jìn)行初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，可以采用石川或魚(yú)骨圖，這個(gè)工具可以用來(lái)識(shí)別一個(gè)事件發(fā)生所有可能的原因。這種分析在評(píng)估不同的工藝參數(shù)對(duì)工藝性能的影響非常有幫助。在A-Mab案例（2009年）研究提到[11]，魚(yú)骨圖是用來(lái)識(shí)別可能對(duì)單克隆抗體產(chǎn)品的質(zhì)量構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)的因素，包括設(shè)備設(shè)計(jì)、控制參數(shù)、工藝條件，及產(chǎn)品生物反應(yīng)器及其種子反應(yīng)器所用的起始物料等等。這種分析，有助于評(píng)估每個(gè)工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和細(xì)胞存活率的潛在影響（圖1）。同時(shí)它還決定了目的產(chǎn)品中可溶性聚合物含量，變異的糖基化、脫酰胺程度，以及宿主細(xì)胞蛋白或DNA的殘留值。

2 基于生命周期的工藝驗(yàn)證

隨著設(shè)計(jì)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理觀念的引入，工藝驗(yàn)證已經(jīng)從傳統(tǒng)定期開(kāi)展轉(zhuǎn)變到采取生命周期的方法，以促進(jìn)工藝的持續(xù)改進(jìn)。

FDA的工藝驗(yàn)證指南（2011年）指出，傳統(tǒng)的工藝驗(yàn)證通常是開(kāi)展連續(xù)三個(gè)批次的驗(yàn)證活動(dòng)，而開(kāi)展生命周期的方法，將采用更加科學(xué)有序的計(jì)劃對(duì)產(chǎn)品上市后的活動(dòng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)[4]。

生物制藥產(chǎn)品的臨床開(kāi)發(fā)和商業(yè)化的各個(gè)階段之間的關(guān)系和工藝驗(yàn)證（工藝設(shè)計(jì)，工藝確認(rèn)和持續(xù)工藝確認(rèn)）的三個(gè)階段如圖2所示。在產(chǎn)品臨床開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)增大對(duì)產(chǎn)品的安全性和有效性的知識(shí)及對(duì)其生產(chǎn)工藝的知識(shí)的掌握。

產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、CPPs和CQAs最早在驗(yàn)證過(guò)程階段1和2中確定，在階段3中需持續(xù)監(jiān)控和驗(yàn)證，并且這種持續(xù)的工藝驗(yàn)證的要求體現(xiàn)在整個(gè)產(chǎn)品的商業(yè)生命周期中。

2.1 階段1—工藝設(shè)計(jì)

包括生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)和確定，然后擴(kuò)大到商業(yè)水平。在階段1工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)中，應(yīng)識(shí)別產(chǎn)品CQAs和定義生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵和重要的工藝參數(shù)[12]。通常許多工藝設(shè)計(jì)和工藝開(kāi)發(fā)工作可以采用按比例縮小的工藝模型和高通量的開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)完成。FDA建議使用統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究不同工藝參數(shù)的相互作用，例如使用多變量參數(shù)實(shí)驗(yàn)[4]。表1展示了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中通常執(zhí)行的典型活動(dòng)及需交付的資料。

2.2 階段2—工藝確認(rèn)

包括了很多針對(duì)工藝點(diǎn)進(jìn)行控制的方法，與階段1的主要區(qū)別是設(shè)定了接受標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足產(chǎn)品的注冊(cè)要求，并包含了對(duì)階段1中工藝設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，以確保在常規(guī)的商業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝能夠可靠地生產(chǎn)符合所有放行標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。階段2工藝確認(rèn)中定義的放大生產(chǎn)工藝是指在商業(yè)化生產(chǎn)工廠，由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員采用預(yù)先確認(rèn)的設(shè)備在符合cGMP條件下有計(jì)劃地進(jìn)行運(yùn)行。

在工藝確認(rèn)之前，表2列出必須完成的一系列相關(guān)活動(dòng)（I～I(xiàn)V），以確保工藝確認(rèn)的成功。這些活動(dòng)包括中控和放行檢測(cè)方法的驗(yàn)證、生產(chǎn)工藝的放大以及相關(guān)設(shè)備確認(rèn)和工藝驗(yàn)證。工藝確認(rèn)中的每一批生物制藥產(chǎn)品使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的中控檢測(cè)和成品檢測(cè)方法，來(lái)證明工藝的每個(gè)CPP在預(yù)先批準(zhǔn)的范圍內(nèi)，并且產(chǎn)品符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)控接收標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 階段3—持續(xù)工藝驗(yàn)證

在階段1和2完成后，應(yīng)使用經(jīng)驗(yàn)證合格的工藝檢驗(yàn)方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)和檢測(cè)，以保證生產(chǎn)工藝可控且產(chǎn)品持續(xù)滿足所有CQAs。在階段3進(jìn)行的持續(xù)工藝驗(yàn)證是監(jiān)視整個(gè)產(chǎn)品生命周期的工藝，表明生產(chǎn)工藝的持續(xù)可控，其策略應(yīng)取決于在階段2收集的信息，并根據(jù)收集日常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定合適的警戒限和行動(dòng)限。持續(xù)工藝驗(yàn)證策略根據(jù)工藝有所不同，但一般包含額外的過(guò)程采樣和除批記錄以外的參數(shù)監(jiān)測(cè)。

由于生物制藥產(chǎn)品的生產(chǎn)批次在工藝確認(rèn)完成時(shí)（階段2）可能是很少的，因此要考慮到在商業(yè)化初期日常生產(chǎn)中所需要的取樣和中控檢測(cè)的數(shù)量可能要比商業(yè)化后期大。收集的數(shù)據(jù)應(yīng)足以充分統(tǒng)計(jì)證明所有的CPPs都在可接受的范圍，且CQAs沒(méi)有出現(xiàn)不利的趨勢(shì)。一旦有足夠的數(shù)據(jù)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分析確認(rèn)過(guò)程可控，那么相應(yīng)的監(jiān)測(cè)程序可作相應(yīng)調(diào)整，一些常規(guī)測(cè)試可能會(huì)被取消或調(diào)整。同樣相比監(jiān)管部門(mén)過(guò)去簡(jiǎn)單地追求產(chǎn)品年度質(zhì)量回顧更為嚴(yán)格。但如果工藝已經(jīng)比較穩(wěn)定且有適當(dāng)?shù)睦碛?，一些在持續(xù)工藝驗(yàn)證過(guò)程中進(jìn)行的額外檢驗(yàn)和工藝監(jiān)控可能會(huì)被停止。

3 舉例

在A-Mab案例（2009年）同樣提供了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在工藝驗(yàn)證策略的有效應(yīng)用。在工藝設(shè)計(jì)階段，QbD的關(guān)鍵要素和新工藝的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)是就是針對(duì)CQAs和CPPS，這些可以在工藝設(shè)計(jì)的早期階段通過(guò)最初的風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)識(shí)別，除此之外需要增加的CPPs可以在產(chǎn)品生命周期的任何時(shí)間通過(guò)連續(xù)工藝監(jiān)控來(lái)識(shí)別。在工藝確認(rèn)階段，為每個(gè)工藝參數(shù)建立二個(gè)疊加控制范圍的相關(guān)性，最廣的是可接受范圍（PAR），在此范圍內(nèi)所生產(chǎn)的產(chǎn)品始終符合其預(yù)期放行標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵質(zhì)量屬性。超出此范圍，工藝將失敗，產(chǎn)品可能無(wú)法滿足其所需的關(guān)鍵質(zhì)量屬性，PAR范圍是法規(guī)監(jiān)管和需要驗(yàn)證的范圍，需要開(kāi)展驗(yàn)證測(cè)試，并且通過(guò)產(chǎn)品注冊(cè)申請(qǐng)。其次是正常的操作范圍，體現(xiàn)在主批記錄中規(guī)定的參數(shù)范圍，同樣屬于需要接受法規(guī)監(jiān)管。在持續(xù)工藝驗(yàn)證階段，確認(rèn)商業(yè)化生產(chǎn)收集的數(shù)據(jù)應(yīng)足以提供強(qiáng)有力的統(tǒng)計(jì)證據(jù)，確保所有的CPPs都在可接受的范圍，且沒(méi)有趨勢(shì)表明CQAs朝著OOT方向發(fā)展，保證產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的質(zhì)量、安全和有效。

4 結(jié)語(yǔ)

目前越來(lái)越多的新的生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)和產(chǎn)品出現(xiàn)，特別是單克隆抗體生產(chǎn)，高通量自動(dòng)化技術(shù)加快了高產(chǎn)、可靠、穩(wěn)健工藝的發(fā)展。同時(shí)隨著生物制藥分析方法的持續(xù)進(jìn)展，包括在線監(jiān)控過(guò)程分析技術(shù)的發(fā)展和實(shí)施，提高和促進(jìn)了工藝確認(rèn)和持續(xù)工藝驗(yàn)證的進(jìn)行[13-15]。

在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，隨著驗(yàn)證從傳統(tǒng)的針對(duì)工藝點(diǎn)的驗(yàn)證到基于產(chǎn)品生命周期方法的轉(zhuǎn)變，QbD和工藝驗(yàn)證的兩個(gè)概念將越來(lái)越有機(jī)結(jié)合，驗(yàn)證的方式可能隨著監(jiān)管部門(mén)確定的新舉措的要求而更加靈活。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，將科學(xué)的基于風(fēng)險(xiǎn)的工藝開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證合并將產(chǎn)生更可靠、更持續(xù)可行的工藝，減少了工藝失敗和關(guān)鍵藥物的潛在短缺的風(fēng)險(xiǎn)。最終通過(guò)符合更好的工藝實(shí)踐，生物制藥將進(jìn)一步推動(dòng)制藥行業(yè)的發(fā)展，為世界各地的患者帶來(lái)福音。

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