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【研发小课堂】药品生产设备的清洁验证分析与研究
作者: 发布于:2022/12/10 9:15:45 点击量:

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摘要:药品在生产过程中,会在设备上形成残留,为确保药品质量和防止交叉污染,需要对制药生产设备进行清洁,清洁验证则是对清洁有效性和科学性的证明手段。文章将基于制药企业的视角,介绍制药企业在设备清洁中的具体规程,包括清洁方式的确定与清洁剂的选择等;介绍清洁方法验证中的取样方法验证和清洁验证分析方法验证,为药品生产企业开展清洁验证工作提供参考。


关键词:药品生产;设备;清洁;清洁验证

1 概述


  由于设备清洗维护不当或防尘管理不当,在过去二十年间,因实际的或潜在的交叉污染问题已从市场上撤回了大量的药品。如美国消胆胺树脂的召回事件、上海华联制药厂甲氨喋呤药害事件等[1],都是由于不同产品转换时未做好设备的清洗而导致的。这些事件对消费者产生了伤害,也给制药企业带来了恶劣影响。对于大多数制药公司而言,共线生产的情况比较普遍,因此制药企业应对清洁验证给予高度重视。
根据GMP要求,每次更换品种、规格、批号时或生产工序完成后,要认真按清洁规程,对所有设备、容器、生产场地进行清洁或消毒。生产设备清洁是指使用一种或者一套清洁方法,将从设备表面(尤其是直接接触药品的内表面及部件)除去可见及不可见物质的过程,并使其符合规定限度,以保证将下批药物生产受到的污染降到最低。为正确评价清洁程序的效果,需对直接接触药品的设备进行清洁验证[2,3]。要想进行完整有效的药品生产设备清洁验证,需要进行以下几项工作,首先制定清洁规程,选择合理的清洁方法和清洁剂,确定清洁周期并开展人员培训,接着对取样方法进行选择与验证,然后起草清洁验证分析方法验证方案,包括验证的目的、验证操作人员、药品残留物的确定、样品获取方法和验证试验方法等。最后根据试验结果提出相应数据并根据数据进行分析和总结,生成清洁验证分析方法验证报告。
清洁验证无疑是降低药品污染程度、保障药品生产质量最有效的途径,因此各药品生产企业应当充分重视此项工作。

2 清洁规程

2.1 清洁方式的选择


  生产设备的清洁方式可根据设备的自动化程度分为人工清洁、自动在线清洁(Clearing In Place,CIP)和半自动清洁[4,5]
  人工清洁一般包括拆卸、预洗、清洗、淋洗、干燥、检查、贮存、装配等步骤。手动清洗因为在清洗过程中有过多的人为操作因素,不同的人员清洗效果可能会有差别,所以手动清洗的重复性差,并且不易验证。
自动在线清洗是将一定浓度和温度的清洁剂通过管道在设备内表面进行喷淋循环,过程中无需人工进行清洁操作,最终达到设备清洗的目的。近10年来自动在线清洁得到了长足的发展,CIP(在线清洗系统)已经在药品生产中得到了充分的运用,但是在实际生产中,尤其大产量药品的生产过程中,CIP 系统往往无法清洗到设备的每个角落,例如搅拌桨背面、搅拌桨接口处[6]。依靠常规的CIP 系统往往无法做到完全清洗,且CIP 系统对于药品生产设备内表面的每一处的冲洗力度是均匀的,而生产后的物料残留是不均匀分布的,如按照平均冲洗力设计,则可能清洗力度不够,如按照最大残留处设计,则有可能在清洗过程中产生不必要的浪费。
  所以,以人工清洁结合自动在线清洗的半自动清洁,通常是比较有效的清洁方式[7]。当仅使用 CIP 系统不能完全达到清洁效果时,需要人工对不易清洗的部位进行手动清洗,如进行CIP前,一些简单的垫圈、配件的拆除宜手工清洗。通常建议先手动清洁再进行自动在线清洁。清洁设备时需要注意的事项是,零部件清洗以后防止碱性溶液腐蚀零件的表面,需要用热水进行冲洗,待干燥后为了防止生锈,要在表面涂抹机油[5]

2.2 清洁剂的选择


  清洁剂的选择首先要根据残留物的性质来选择,残留物的分析一般选用扫描电子显微镜、核磁共振等分析仪,一般使用两种或者两种以上的仪器对残留物的性质进行分析,确保分析的准确性。清洁剂的选择还要考虑待清洁设备的材质,确认清洁剂不会与待清洁设备的内表面及其附属部件,如密封圈、连接头、胶管、喷嘴等发生化学反应或物理变化。例如,某些酸性清洁剂对于胶质密封圈、胶管的影响等。另外,同性质清洁剂采用的清洗方法也不同,应当根据清洗剂的性质选择清洗方式,对于碱性比较强的清洁剂,最好避免清洁工作人员与清洁剂直接接触,对于弱碱性或者中性的清洁剂可以直接用手工方法清洗。考虑到对环境的影响,清洁剂一般要选用含磷量低、弱碱性或者中性的清洁剂。确实因为设备清洁需要,选用强碱性的清洁剂时,可以在清洁的最后一道工序后,统一将清洁液收集起来,将pH值调节到规定范围内再进行排放。
总之,清洁剂应当能够有效溶解或去除残留物,不与接触面发生化学反应,易于清除不残留。综合考虑,清洁剂首选制药用水。如果目标物质在水中溶解度较低,可采用加热、加入无机酸碱等方式增加溶解度和溶解速度。对于水中不溶、极性小的物质,则首先考虑选择乙醇,其次选择乙酸乙酯、异丙醇、丙酮等Ⅲ类溶剂。一般不可使用Ⅰ、Ⅱ类溶剂[8]直接当做清洁剂来对药品生产设备进行清洁,如氯仿、环乙烷、乙氰等,此类溶剂对人体有低潜在毒性[9]。所用溶剂的级别应考虑其残留对产品质量的影响 :以化学原料药为例,前面的合成工序一般采用工业级溶剂即可,后面工序根据情形可能需要使用分析纯级别的溶剂。

2.3 清洁周期


  药厂设备在清洁时应当有明确规定,在两次清洁间隔时间应当获得验证,同时也需要针对设备连续生产时间从生产结束到开始清洗时间,以及设备下次生产的存放时间有明确规定[10]

2.4 人员培训


  对于参与清洁验证的相关人员,特别是与清洁验证相关设备清洁的操作人员,清洁人员的工作态度、操作技能以及对设备生产加工的熟悉程度等对于设备最终清洁效果是十分重要的,必须对相关的清洗规程进行严格的培训,保证设备清洗的一致性,必要时在清洁验证过程中可以采用不同的班组人员对设备进行清洗,从而证明清洗 SOP 的耐用性[11]

3 取样方法验证

3.1 取样点的选择


  通过对设备各个部件进行现场考察,根据设备清洗SOP进行评估,取样时要选择设备各部件最难清洗的位置,以便确定最差情况,挑战清洗SOP的适用性。取样点位置选定根据每种部件的清洗方法选定,对于同一种清洗方法的每种材质都设定取样点。一般应包括接触高浓度药品的部位,如搅拌桨 ;结构复杂的部位,如球阀内、截止阀接头、管路接口等;清洁剂不易达到的部位,如投料口、视窗口等 ;活性成分以不同状态黏附设备时间较长的区域,如搅拌罐的溶液液面部位等。

3.2 取样方法的选择


  取样方法通常包括擦拭法取样和淋洗水取样[12]
擦拭法就是直接取样法常用的方式,直接在设备表面取样,在确定的取样点使用擦拭器具按照规定取样面积进行擦拭,再转移至测试溶剂中溶解并充分提取残留的活性成分。可将清洗过程中未溶解的,已干结在设备表面或溶解度很小的物质擦拭下来,能有效弥补淋洗取样的缺点,常用的擦拭工具为棉签。
  淋洗取样法一般用于面积大、无法拆卸的系统,淋洗水取样具有两点优势:一是能够对较大表面进行取样;二是能够对到达不到的系统或日常无法拆卸的部位进行取样并作出评价[10]。缺点是当溶剂不能在设备表面形成湍流进而有效溶解残留物时,或者残留物不溶于水或干结在设备表面时,淋洗水就难以反映真实的情况。当直接检测淋洗水样用于清洗方法验证时,应检查是否直接检测了淋洗水样中的残留物或污染物。如仅检测淋洗水样的水质情况(即使符合药典检测方法),而不测定其可能存在的污染物,这种做法是不能接受的[13]
  在具体的工作过程中,要选择合适的取样方法,或者两种方法结合的方式。

3.3 取样方法验证


  取样方法验证,目的是通过考察取样自身的回收率,通过科学计算还原被清洁设备表面目标残留物的真实值。
取样方法回收率受取样的具体方法、取样人员的操作、取样工具的适用性等因素的影响。取样过程实际上是对药签、溶剂的选择,以及对取样人员的操作、残留物转移到药签、样品溶出(萃取)过程的全面考察。以下以擦拭法为例,分析模拟取样的整个过程中关键因素对取样方法回收率的影响。
  取样方法验证通常选择与目标设备同样材质、同样光洁度的样品板,在其表面均匀涂布接受限度-50%~+ 50% 范围的三个浓度梯度的待测物质,风干后,按照既定的方法进行擦拭,测定其回收率。
  一般擦拭取样具体方法为用取样溶剂润湿棉签,将其靠在溶剂瓶上挤压以除去多余的溶剂。在清洗后的设备表面进行擦拭,将其按设定的取样部位的表面上,平稳而缓慢地擦拭设定的取样表面。擦拭过程应覆盖整个表面。注意在擦拭时棉签一定沿一个方向擦拭,不可来回擦拭。擦拭完成后,将棉签放入试管,并用塞子塞紧密封,取样完成后应及时贴上标签。
  杨宁波等[14]通过如图3.1(a)和(b)两种擦拭路线擦拭,数据显示擦拭取样方式(b)较擦拭取样方式(a)的样品回收率要高。造成这种结果的原因可能是方式(a)中棉签来回往复运动,将部分残留物压挤到了擦拭边框里,最终导致回收率偏低。

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图3.1 擦拭取样路线

  表面擦拭引起的被检测物的损失主要是由棉签和设备表面的潴留引起的,我们提出被检测的平均回收率≥50%,平均回收率的RSD<20%。当平均回收率小于这个值或平均回收率的RSD值不小于20%时,方法应当修改。最终检测结果将根据最小回收率进行调整,即检测结果除以最小回收率,以补偿棉签和设备表面的潴留引起的损失。
4 分析方法验证

  分析方法验证,目的是证明该方法能够准确测定目标残留物量,进而判断清洁后的目标残留物是否低于其残留限度值。
4.1 检验方法

  检测清洁残留物活性成份及其中间体,主要使用到的检测方法有总有机碳法(TOC)、气相色谱法(GC)和高效液相色谱法(HPLC)等方法。
  TOC 方法对所有的有机化合物均能响应[15],由于其检测的是总有机碳的含量,因此其专属性没有色谱法明显,无法对每一种残留物进行准确定量,灵敏度也不够高,而且受外界干扰太多,取样工具必须不含有碳。而在国内,TOC 方法多用于测定水体介质有机物总量[16-18],不用来准确定量清洁验证中残留物的含量。
GC 方法由于其对样品要求较高,需要的样品热稳定性好,因此在清洁验证中通常用来进行溶剂残留量的检测[19]
  液相色谱分析是指流动相为液体的色谱技术,是色谱法中最古老的一种,但通过改进填料的粒度及柱压在经典的液相柱色谱的基础上引入了气相色谱的塔板理论在技术上采用了高压输液泵高效固定相和高灵敏度的检测器,实现了分析速度快、分离效率高和操作自动化,因此被称为高效液相色谱法(HPLC)。
HPLC 的测定法有:内标法、外标法、加校正因子的主成分自身对照法、不加校正因子的主成分自身对照法和面积归一化法。因清洁验证测定物质一般为已知物,对照品容易得到,通常采用外标法进行清洁验证中残留样品的测定。
4.2 验
方案和报告

  清洁验证分析方法验证方案包括:封面、验证方案起草审核审批表、目录、正文、附件与修订情况。正文应包括以下内容:验证背景、验证目的范围和接受标准、验证组织、验证前确认工作、验证实施方案、偏差与变更处理、再验证周期。附件包括文件检查确认记录、检验仪器确认记录、人员培训确认记录、验证实施记录,验证实施记录包括溶剂、流动相比例、流速选择试验,定量限试验,检测限试验,线性和范围试验,重复性试验和回收率试验。
  定量限:系指试样中被测物能被定量测定的最低量,其测定结果应符合准确度和精密度要求。一般验证采用信噪比法,即用于能显示基线噪声的分析方法,把已知低浓度试样测出的信号与空白样品测出的信号进行比较,计算出能被可靠地定量的被测物质的最低浓度或量。以信噪比为10  ∶1~15∶1时相应浓度或注入仪器的量作为定量限,同时定量限的浓度须在限度要求浓度的50%以下。
  检测限:又称为检出限,指由基质空白所产生的仪器背景信号的3倍值的相应量,或者以基质空白产生的背景信号平均值加上3倍的均数标准差。是方法(方法检测限MDL)和仪器(仪器检测限IDL)灵敏度体现的重要指标之一。以信噪比为3 ∶1~5∶1时相应浓度或注入仪器的量作为检测限。
  线性和范围:分析方法的线性是获得的测试结果与样品中被测物的浓度成比例的能力,范围指能达到一定精密度、准确度和线性,测试方法适用的高低限浓度或量的区间。一般以最低浓度点为定量限浓度,另外3个浓度点在最高与最低浓度范围内合理设定,线性相关系数应≥0.999。
  重复性试验:指在既定条件下,获得一系列同一均匀样品的多次取样测量值之间的接近程度,一般选用某浓度溶液,重复进样6次,计算主峰面积的RSD,主峰面积RSD≤2.0%。
  严格按照清洁验证分析方法方案进行验证,实验采集数据后进行结果评价,最终获得结论,比如线性试验结果中浓度与峰面积呈良好的线性关系,方法的重复性是否符合规定,回收率是否符合规定。当结果不合格时,需要进行程序修改,查找原因并重新验证,直到使最终验证结果合格为止,实施验证后需要详细起草编写清洁验证分析方法验证报告。
  清洁验证分析方法验证报告内容包括:封面、验证报告起草审核审批表、目录、正文、附录与修订情况。正文应包括以下内容:背景、验证方案名称及编号、验证实际进度、分析方法验证职责与分工、分析方法验证的实施、清洁验证分析方法、验证结果分析方法验证结论与偏差与变更处理。附录包括文件检查确认记录、检验仪器确认记录、人员培训确认记录、验证实施记录及图谱、清洁验证实施记录。
4.3 清洁周期和再验证

  变更管理针对于通过验证设备清洁规程方法变更产品增加产品处方改变,会从一定程度上导致清洁设备规程发生变更,应当由专门人员审核,新建人员提交的变更申请之后,决定是否开展再验证,当出现下列其中一种情形时,需要严格按照有关的清洁规程完成再验证 :第一,所采用的清洁剂或者需要重新修改清洁程序;第二,增加很难清洗的生产产品;第三,设备变更;第四,规程中明确再验证需求[20]
5 总结

  GMP  的宗旨是最大限度地降低药品生产过程中污染、交叉污染以及混淆、差错等风险。清洁验证既是保证患者用药安全的一个重要要素,通常也是FDA  检查中的关键项,制定有效的清洁规程是防止污染、  交叉污染的重要举措之一。而有效的清洁规程需要充分的清洁验证来证明。本文阐述了清洁验证实施过程中的关键流程与清洁验证分析方法验证关键点,制药企业应结合自身情况采取相应策略,不断完善和改进清洁验证工作。
  总而言之,对于制药企业来说,只有严格执行清洁规程,定期进行设备清洁验证并做好设备的日常清洁工作,才能确保药品的质量安全。

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