丁滿生+代虎

摘 要 目的：根據美國、歐盟等藥品監(jiān)管部門以及ICH提出的基于生命周期的工藝驗證方法，將風險管理運用到整個工藝驗證的生命周期。方法：本文采用風險管理的方法對工藝設計階段、工藝確認階段以及持續(xù)工藝驗證階段進行了探討。結果：證明基于風險的工藝開發(fā)和驗證合并將產生更可靠、更持續(xù)可行的工藝，從而確保持續(xù)穩(wěn)定地生產出符合預定用途和注冊要求的藥品。結論：通過符合更好的工藝實踐，生物制藥將進一步推動制藥行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞 風險管理 工藝驗證 生物制藥

中圖分類號：TQ460.63 文獻標識碼：C 文章編號：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

生產工藝應通過科學嚴謹的方法進行驗證，并且要通過良好的記錄來證明所使用的工藝和設備能夠始終如一地生產出滿足其質量標準要求的可靠產品[1]。在FDA公布的工藝驗證指導原則（1987年）中，工藝驗證現在被看作是一個連續(xù)的活動，而不是進行一次性的活動，以確保生產工藝始終在其合格的設計空間范圍內生產質量符合的產品。 因此必須采取持續(xù)的生命周期方法來開展工藝驗證，這種轉變滿足生產工藝持續(xù)改進的需要，符合質量源于設計（QbD）的原則[2-6]。在FDA的工藝驗證指南（2011年）中是將整個產品生命周期的生產工藝驗證分為三個階段：工藝設計、工藝性能確認和持續(xù)工藝確認。

生物制藥因為工藝過程中使用了生物細胞和生物性原材料，引入了大量的外源性生物雜質，這就需要去除雜質和污染物，包括內毒素、病毒、細胞膜、核酸、蛋白質、培養(yǎng)基成分、中間體，從層析介質脫離的配體，以及產品的修飾物、聚合物和其它非活性物質。因此生物制藥的工藝過程的復雜性和不確定性較傳統(tǒng)化學制藥更為艱巨，這就需要有一個好的工具或方法進行過程分析，以識別工藝過程中的風險因素，并予以采取有效措施進行控制[7]。

基于這個現實，在生物制藥工藝驗證開展有效的質量風險管理能夠降低這種風險發(fā)生。質量風險管理包括風險控制、風險評審和風險評估，其中風險評估是工藝驗證的關鍵。風險評估將分析工藝中使用的所有物料的來源和質量的信息，以及評估工藝中使用的每一種物料或操作對最終產品的質量、功效和安全的影響。同時風險評估運用到整個產品生命周期，從工藝設計開始，到持續(xù)的商業(yè)化生產操作[8-10]。

1 質量風險管理的開展

風險評估方法最初用在確定產品的關鍵質量屬性（CQAs），包括風險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]，包括在驗證中結合QbD和生命周期的方法。其它風險評估方法包括工藝風險評估（PRA），失效模式影響分析（FMEA），故障模式危害性分析（FMECA）和危害分析與關鍵控制點（HACCP）。

隨著產品工藝的成熟化和更多的工藝知識的累積，風險評估和風險分析將更加充分，將有助于判斷更微小的生產工藝變化對產品質量帶來的潛在影響。 例如，針對重組蛋白的糖基化過程，糖基化的程度與細胞代謝和代謝通量的效率相關。考慮到糖基化的程度對生物制藥產品的藥代動力學，療效和免疫原性有顯著的影響，因此，評估生物反應器的工藝參數和任何可能影響產品糖基化因素的風險是相當重要的。

原材料、工藝設備和生產工藝對生物制藥產品質量的潛在風險也應該是評估的一部分。應當確定這些風險的關鍵性程度，同時采取方法或策略用于消除、減輕或控制這些風險。

按照QbD的質量風險管理思路，不可能只是通過最終產品的測試來實現產品質量保證。應采用適當的風險評估來識別產品的CQAs，在工藝開發(fā)和早期生產階段進行確認，并在產品的整個生命周期中仔細控制和監(jiān)測影響這些CQAs的CPPs。進一步通過建立產品的CQAs，定義與CQAs關聯(lián)的每步工藝的設計空間和CPPs的可接受范圍，并在生產中控制這些CPPs。只要在設計空間的參數范圍內，允許對生產工藝進行優(yōu)化或改變，同時內可以不需要重新進行生產工藝驗證。

在進行初步的風險評估時，可以采用石川或魚骨圖，這個工具可以用來識別一個事件發(fā)生所有可能的原因。這種分析在評估不同的工藝參數對工藝性能的影響非常有幫助。在A-Mab案例（2009年）研究提到[11]，魚骨圖是用來識別可能對單克隆抗體產品的質量構成重大風險的因素，包括設備設計、控制參數、工藝條件，及產品生物反應器及其種子反應器所用的起始物料等等。這種分析，有助于評估每個工藝參數對產品產量和細胞存活率的潛在影響（圖1）。同時它還決定了目的產品中可溶性聚合物含量，變異的糖基化、脫酰胺程度，以及宿主細胞蛋白或DNA的殘留值。

2 基于生命周期的工藝驗證

隨著設計和質量風險管理觀念的引入，工藝驗證已經從傳統(tǒng)定期開展轉變到采取生命周期的方法，以促進工藝的持續(xù)改進。

FDA的工藝驗證指南（2011年）指出，傳統(tǒng)的工藝驗證通常是開展連續(xù)三個批次的驗證活動，而開展生命周期的方法，將采用更加科學有序的計劃對產品上市后的活動進行持續(xù)監(jiān)測[4]。

生物制藥產品的臨床開發(fā)和商業(yè)化的各個階段之間的關系和工藝驗證（工藝設計，工藝確認和持續(xù)工藝確認）的三個階段如圖2所示。在產品臨床開發(fā)過程中，應增大對產品的安全性和有效性的知識及對其生產工藝的知識的掌握。

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

2.1 階段1—工藝設計

包括生產工藝的開發(fā)和確定，然后擴大到商業(yè)水平。在階段1工藝設計活動中，應識別產品CQAs和定義生產過程的關鍵和重要的工藝參數[12]。通常許多工藝設計和工藝開發(fā)工作可以采用按比例縮小的工藝模型和高通量的開發(fā)技術來完成。FDA建議使用統(tǒng)計方法設計實驗來研究不同工藝參數的相互作用，例如使用多變量參數實驗[4]。表1展示了工藝設計過程中通常執(zhí)行的典型活動及需交付的資料。

2.2 階段2—工藝確認

包括了很多針對工藝點進行控制的方法，與階段1的主要區(qū)別是設定了接受標準來滿足產品的注冊要求，并包含了對階段1中工藝設計的評價，以確保在常規(guī)的商業(yè)生產中，生產工藝能夠可靠地生產符合所有放行標準的產品。階段2工藝確認中定義的放大生產工藝是指在商業(yè)化生產工廠，由經過培訓的人員采用預先確認的設備在符合cGMP條件下有計劃地進行運行。

在工藝確認之前，表2列出必須完成的一系列相關活動（I～IV），以確保工藝確認的成功。這些活動包括中控和放行檢測方法的驗證、生產工藝的放大以及相關設備確認和工藝驗證。工藝確認中的每一批生物制藥產品使用經過驗證的中控檢測和成品檢測方法，來證明工藝的每個CPP在預先批準的范圍內，并且產品符合預定標準和內控接收標準。

2.3 階段3—持續(xù)工藝驗證

在階段1和2完成后，應使用經驗證合格的工藝檢驗方法對產品進行生產和檢測，以保證生產工藝可控且產品持續(xù)滿足所有CQAs。在階段3進行的持續(xù)工藝驗證是監(jiān)視整個產品生命周期的工藝，表明生產工藝的持續(xù)可控，其策略應取決于在階段2收集的信息，并根據收集日常的生產數據來設定合適的警戒限和行動限。持續(xù)工藝驗證策略根據工藝有所不同，但一般包含額外的過程采樣和除批記錄以外的參數監(jiān)測。

由于生物制藥產品的生產批次在工藝確認完成時（階段2）可能是很少的，因此要考慮到在商業(yè)化初期日常生產中所需要的取樣和中控檢測的數量可能要比商業(yè)化后期大。收集的數據應足以充分統(tǒng)計證明所有的CPPs都在可接受的范圍，且CQAs沒有出現不利的趨勢。一旦有足夠的數據，并通過統(tǒng)計學進行分析確認過程可控，那么相應的監(jiān)測程序可作相應調整，一些常規(guī)測試可能會被取消或調整。同樣相比監(jiān)管部門過去簡單地追求產品年度質量回顧更為嚴格。但如果工藝已經比較穩(wěn)定且有適當的理由，一些在持續(xù)工藝驗證過程中進行的額外檢驗和工藝監(jiān)控可能會被停止。

3 舉例

在A-Mab案例（2009年）同樣提供了風險評估在工藝驗證策略的有效應用。在工藝設計階段，QbD的關鍵要素和新工藝的驗證標準是就是針對CQAs和CPPS，這些可以在工藝設計的早期階段通過最初的風險分析來識別，除此之外需要增加的CPPs可以在產品生命周期的任何時間通過連續(xù)工藝監(jiān)控來識別。在工藝確認階段，為每個工藝參數建立二個疊加控制范圍的相關性，最廣的是可接受范圍（PAR），在此范圍內所生產的產品始終符合其預期放行標準和關鍵質量屬性。超出此范圍，工藝將失敗，產品可能無法滿足其所需的關鍵質量屬性，PAR范圍是法規(guī)監(jiān)管和需要驗證的范圍，需要開展驗證測試，并且通過產品注冊申請。其次是正常的操作范圍，體現在主批記錄中規(guī)定的參數范圍，同樣屬于需要接受法規(guī)監(jiān)管。在持續(xù)工藝驗證階段，確認商業(yè)化生產收集的數據應足以提供強有力的統(tǒng)計證據，確保所有的CPPs都在可接受的范圍，且沒有趨勢表明CQAs朝著OOT方向發(fā)展，保證產品在生命周期內的質量、安全和有效。

4 結語

目前越來越多的新的生產技術平臺和產品出現，特別是單克隆抗體生產，高通量自動化技術加快了高產、可靠、穩(wěn)健工藝的發(fā)展。同時隨著生物制藥分析方法的持續(xù)進展，包括在線監(jiān)控過程分析技術的發(fā)展和實施，提高和促進了工藝確認和持續(xù)工藝驗證的進行[13-15]。

在未來一段時間內，隨著驗證從傳統(tǒng)的針對工藝點的驗證到基于產品生命周期方法的轉變，QbD和工藝驗證的兩個概念將越來越有機結合，驗證的方式可能隨著監(jiān)管部門確定的新舉措的要求而更加靈活。然而，從長遠來看，將科學的基于風險的工藝開發(fā)和驗證合并將產生更可靠、更持續(xù)可行的工藝，減少了工藝失敗和關鍵藥物的潛在短缺的風險。最終通過符合更好的工藝實踐，生物制藥將進一步推動制藥行業(yè)的發(fā)展，為世界各地的患者帶來福音。

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