注射用微球無菌檢查既要關注“球外無菌”又要關注“球內無菌”,而檢測的難點是“球內無菌”,即微球內部的無菌性檢查。該研究在調研注射用微球生產工藝的基礎上,選擇代表性品種,模擬潛在微生物污染物存在條件下的微球溶解過程,建立了2種內部無菌檢查方法:一是采用二甲基亞砜(DMSO) 溶解微球;二是采用pH 10.0緩沖液溶解微球。2種方法制備的無菌檢查供試液均以細菌耐受性芽孢作為試驗菌,采用直接接種法進行無菌檢查,并探討供試液制備、試驗用菌株、方法適用性等關鍵技術環節的科學性和合理性。該研究是注射用微球無菌檢查方法開發和驗證策略的有益探索,可為此類藥物制劑的質量控制和標準提高提供研究思路和數據支撐。
隨著制藥工業的發展,為適應疾病的治療或預防需要而采用的藥物劑型層出不窮[1—2]。藥物與適宜載體(生物可降解材料) 經過一定的分散包埋技術制得的微米或納米級固態、液態或氣態藥物,包括微囊、微球、微晶、脂質體和納米粒等,稱為微粒制劑,其中注射用微球是應用最廣泛的微粒制劑之一。從國家藥品監督管理局網站上可查詢到30余個注射用微球的進口、國產品種的批準文號,代表性品種有注射用醋酸亮丙瑞林微球、注射用利培酮微球、注射用醋酸奧曲肽微球、注射用全氟丁烷微球等。這些品種的質量控制和分析方法備受關注,其中無菌檢查法的科學性和合理性是其關注的重要內容。
關于微粒制劑的質量控制,美國藥典(USP42)<71>、歐洲藥典(EP 11.0)<2.6.1>、日本藥典(JP18)<4.06> 等均未單獨收載通用性技術要求的章節,僅在制劑通則中對處方設計和制備工藝進行了介紹性說明,未涉及微生物檢查方法的特殊規定;美國注射劑協會(PDA) 技術報告、人用藥品技術要求國際協調理事會(ICH) 指導原則中也未涉及相關規范性要求;《中華人民共和國藥典》2010 年版(ChP2010) 附錄首次收載《微球、微囊和脂質體制劑指導原則》,ChP 2015 修訂為《微粒制劑指導原則》(通則9014),一直沿用至ChP 2020。通則9014 中對于藥物載體類型、常用輔料載體和質量控制的檢查項目等進行了規定,但未對微生物質量控制提出明確的技術要求[3]。
目前,注射用微球品種標準中無菌項下規定主要分為3類。
①指向通則,未規定具體操作方法,如:取本品,加所附的助懸劑制成混懸液,依照無菌檢查法進行檢查,應符合規定。
②指向通則,規定了具體操作方法,如:取本品,每支按說明書,用所附的注射器和針頭,加入所附的溶劑使分散均勻,采用直接接種法,取每支全量接種至培養基50 ml中,以金黃色葡萄球菌為陽性對照,依照無菌檢查法進行檢查,應符合規定。
③規定分別進行微球內部和外部的無菌性檢查,如:取本品,分別溶解于相應培養基2 ml 中,過濾,以金黃色葡萄球菌為陽性對照菌,進行外部無菌檢查;取本品,分別溶解于無菌二甲基亞砜(DMSO)2 ml 中,過濾,且每膜過濾體積不超過10 ml,以金黃色葡萄球菌為陽性對照菌,進行內部無菌檢查。
注射用微球無菌檢查的難點聚焦在“球內無菌”,即微球內部的無菌性檢查[4]。一般而言,產品采用終端滅菌工藝,且粒度分布小于微生物污染物,生產工藝過程中微生物不易存在或不易存在于制劑內部的,進行微球外部無菌性檢查;產品采用無菌生產工藝,但粒度分布大于或類似于微生物污染物,在生產過程可能存在潛在污染風險時,應分別進行微球內部和外部的無菌性檢查。
經調研,大部分注射用微球采用無菌生產工藝,以聚乳酸- 羥基乙酸共聚物(PLGA) 作為輔料[5—6],與原料混合后,在密閉系統中包裹形成制劑,生產過程涉及二氯甲烷、乙酸等有機溶劑[7],這種條件不利于微生物的生長和存活,但存在耐受性芽孢的污染風險。代表性品種( 如注射用醋酸奧曲肽微球等) 在進行微球內部無菌檢查時,采用DMSO 作為溶劑制備供試液,但高濃度DMSO 具有抑菌作用,是否影響無菌檢查方法的適用性和有效性尚待評估。此外,在某些品種( 如注射用利培酮微球) 的方法建立過程中,曾對其生產工藝各環節進行風險評估,認為涉及的無菌操作均在微球硬化之后,潛在的污染物僅可能存在于外表面,故在標準變更時取消了內部無菌檢查。上述評估的規范性如何在藥品標準中進行通用性技術規定,尚未進行深入探討。
本研究選擇注射用醋酸亮丙瑞林微球、注射用利培酮微球、注射用醋酸奧曲肽微球等國內外代表性品種,聚焦微球內部的無菌性檢查,考察供試液制備、試驗用菌株、檢查方法等關鍵技術環節的科學性和合理性,以期為注射用微球無菌檢查方法的建立和藥品標準的制定和修訂提供研究思路和數據支撐。
1、儀器與試藥
Phenom Nano 型掃描電鏡( 荷蘭Phenom 公司) ;Supro150 型濺射儀[ 復納科學儀器(上海) 有限公司] ;MIR254型恒溫培養箱(日本Panasonic 公司) ;FOM4/9 型高壓蒸汽滅菌器(意大利Fedegari 公司) ;Steritest Equinox 型集菌儀和Milliflex 型薄膜過濾系統均購自德國Merck-Millipore公司。
注射用醋酸亮丙瑞林微球(上海麗珠制藥有限公司)、注射用利培酮微球(瑞士Janssen-Cilag 公司)、注射用奧曲肽微球(瑞士Novartis Pharma Schweiz 公司) 和注射用全氟丁烷微球(美國GE HealthCare AS 公司),上述產品均在有效期內。
硫乙醇酸鹽流體(FTM) 培養基(批號VM859391903)、胰酪大豆胨液體(TSB) 培養基(批號VM884759920) 和胰酪大豆胨瓊脂(TSA) 培養基(批號VM873358915) 均購于德國Merck Millipore 公司;沙氏葡萄糖液體(SDB) 培養基(英國Oxoid 公司,批號2202463);沙氏葡萄糖瓊脂(SDA)培養基(批號1086835) 和pH 7.0 無菌氯化鈉- 蛋白胨緩沖液(批號1086984) 均購于廣東環凱微生物科技有限公司;0.1%無菌蛋白胨水溶液(北京奧博星生物技術有限責任公司,批號20200812);DMSO(國藥集團化學試劑有限公司,批號20131225);其他試劑均為分析純,水為滅菌純化水。
金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)[CMCC(B)26003]、大腸埃希菌(Escherichia coli)[CMCC(B)44102]、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)[CMCC(B)10104]、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)[CMCC(B)63501]、短小芽孢桿菌(Bacillus pumilus)[CMCC(B)63202]、生孢梭菌(Clostridium sporogenes)[CMCC(B)64941]、白念珠菌(Candida albicans)[CMCC(F)98001]、黑曲霉(Aspergillus niger)[CMCC( F)98003] 等無菌檢查用標準菌株均為本實驗室保藏。
2、方法與結果
2.1試驗菌液的制備
參照ChP 2020 無菌檢查法(通則1101),制備大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉和生孢梭菌的試驗菌液;參照ChP 2020 抗生素微生物檢定法(通則1201),制備枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的試驗菌液。分別用pH 7.0 無菌氯化鈉- 蛋白胨緩沖液制成每1 ml 含菌數為108 cfu 和不大于100 cfu的菌懸液。
2.2供試液的制備
DMSO 供試液:取注射用微球粉末(裝量約為每瓶30 mg),每瓶加入DMSO 溶液2 ml,混勻。另取樣品,分別加入10% DMSO、25% DMSO、50% DMSO、75% DMSO 溶液,均無法溶解形成均一的供試液。根據ChP 2020 通則1101 關于供試液接種比例不大于培養基體積10%的規定,后續試驗中分別采用100% DMSO( 高濃度)、10%DMSO 溶液(低濃度),考察溶劑對試驗菌生長的影響。
水溶性供試液:精密稱取氯化銨2.7 g,置500 ml量瓶中, 用水450 ml 溶解, 量取三乙胺6.0 ml加入瓶中,混勻,用水定容,用三乙胺調至pH10.0±0.1,制成pH 10.0 緩沖液,滅菌[8]。取注射用微球粉末(裝量約為每瓶30 mg),轉移至含上述滅菌緩沖液25 ml 的玻璃瓶中,密封,置45 ℃、120 r/min 的恒溫搖床,至微球完全溶解。
2.3方法適用性試驗
參照ChP 2020 無菌檢查法(通則1101) 配制相應培養基,經培養基的適用性和靈敏度檢查,符合藥典標準規定。方法適用性試驗的設置共分為3組,其中空白對照組用于判定試驗方法體系是否正常,溶劑組用于判定溶劑對試驗方法是否有干擾,試驗組用于判定試驗方法是否符合規定。
試驗組:取注射用微球,加入相應溶劑(DMSO或pH 10.0 緩沖液),在上述溶液中分別加入含菌量不大于100 cfu 的試驗菌液,混勻;將含有大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和生孢梭菌的混合溶液轉移至FTM 培養基50 ml 中,于33 ℃培養不少于5 d,將含有枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的混合溶液轉移至TSB 培養基50 ml 中,于23 ℃培養不少于5 d,觀察試驗菌是否生長。
溶劑對照組:取相應溶劑(DMSO 或pH 10.0緩沖液),加入含菌量不大于100 cfu 的試驗菌液,混勻,其他同試驗組操作。
空白對照組:取滅菌純化水,加入含菌量不大于100 cfu 的試驗菌液,混勻,其他同試驗組操作。
2.4注射用微球的形態考察
分別取少量注射用微球,用小藥勺取出少許粉體或粉塊,均勻撒至石英玻璃臺上,使用一次性刻刀,反復、隨機刻切10 次;將上述粉體或粉塊均勻撒至樣品臺導電膠上,使用洗耳球輕吹樣品表面,清理未黏附牢固的樣品,采用濺射儀(設置濺射功率20 W,鍍金時間30 s) 處理,然后裝載入掃描電鏡(SEM) 儀,根據不同的成像比例,設置加速電壓為5 或10 kV。
分別以注射用醋酸亮丙瑞林微球、注射用利培酮微球和注射用醋酸奧曲肽微球為考察對象,其SEM 照片如圖1 所示。
A—注射用醋酸亮丙瑞林微球(×2000,加速電壓5 kV,比例尺30 μm) ;B—注射用利培酮微球(×2000 倍,加速電壓5 kV,
比例尺30 μm) ;C—注射用醋酸奧曲肽微球(×2 000 倍,加速電壓10 kV,比例尺30 μm) ;D—注射用醋酸亮丙瑞林微球( 剖面
圖,×5000 倍,加速電壓10 kV,比例尺10 μm) ;E—注射用利培酮微球(剖面圖,×6800 倍,加速電壓5 kV,比例尺10 μm) ;
F—注射用醋酸奧曲肽微球(剖面圖,×2000 倍,加速電壓10 kV,比例尺30 μm)。
圖1 注射用微球代表性品種的SEM 照片
結果顯示,3 種微球均為實心球體,球面直徑為30 ~ 100 μm ;其中注射用醋酸亮丙瑞林微球為蜂窩狀實心球體,球體內孔徑為1 ~ 3 μm,球面和球內的直徑均在微米級,與常見細菌的大小處于同數量級。雖然PLGA 是緩釋或控釋制劑的常用輔料[6],具有生物可降解性,但在無菌檢查供試液的常規制備時間內無法完全溶解。
2.5DMSO 溶解微球后的無菌檢查方法適用性試驗
2.5.1 DMSO 對試驗菌生長抑制作用考察
分別取“2.2”項下100% DMSO(高濃度)、10% DMSO 溶液(低濃度) 適量,依照ChP 2020通則1101,分別加入不大于100 cfu 的各試驗菌懸液,混勻。將含有大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和生孢梭菌的混合溶液轉移至FTM培養基50 ml 中,于33 ℃培養不少于5 d,將含有枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的混合溶液轉移至TSB培養基50 ml 中,于23 ℃培養不少于5 d。結果如表1所示,100% DMSO 具有抑菌作用,藥典規定的試驗菌(營養體) 均無法生長;枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢可以生長。10% DMSO 溶液無抑菌作用,ChP 2020 規定的試驗菌(營養體)和耐受性芽孢均可以生長,但微球無法溶解。
注:1) 每個單元格有5 個正負號,依次顯示試驗菌接種后d1至d5的
生長情況:“–”表示無菌生長,“+”表示有菌生長。
表1 DMSO 對試驗菌生長的抑制作用1)
2.5.2 方法適用性試驗
分別選擇注射用醋酸亮丙瑞林微球和注射用利培酮微球2個代表性品種,進行微球內部無菌檢查的方法適用性試驗。取上述樣品,每瓶用DMSO溶液2 ml 溶解微球,以此作為供試液。供試液冷凍干燥后鏡檢,結果顯示SEM 視野下未見完整的微球形態,提示輔料已被DMSO 溶液溶解。依照ChP 2020 通則1101,在注射用微球與DMSO 溶液混合后,分別加入不大于100 cfu 的各試驗菌懸液,混勻。將含有大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和生孢梭菌的混合溶液轉移至FTM 培養基50 ml 中,于33 ℃培養不少于5 d,將含有枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的混合溶液轉移至TSB 培養基50 ml,于23 ℃培養不少于5 d,作為試驗組;同時,以滅菌純化水作為空白對照組、100% DMSO 作為試劑對照組,同法操作。結果如表2所示。
表2 DMSO 溶解注射用微球無菌檢查方法的適用性試驗結果1)
100% DMSO 可溶解上述2個品種的注射用微球,但“2.5.1”項下結果顯示100% DMSO 對于藥典規定的試驗菌(營養體) 的生長均具有抑制作用,因此可選擇枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢作為試驗菌,進行方法適用性試驗。10% DMSO溶液雖然未見對于藥典規定的試驗菌(營養體) 的生長抑制作用,但其無法溶解微球制成供試液。結果提示,以上2個注射用微球代表性品種的內部無菌性檢查可采用100%DMSO作為溶劑制備供試液,結合生產工藝過程中潛在污染的風險評估,以耐受性芽孢作為試驗菌,進行方法適用性試驗。
2.6水溶性緩沖液溶解微球后的無菌檢查方法適用性試驗
根據注射劑的應用情況,無菌檢查一般制備水溶性供試液,通過薄膜過濾法進行無菌性檢查。DMSO 為有機溶劑,且對營養體狀態的試驗菌的生長具有抑制作用,為尋求水溶性的“破球”方法,通過模擬注射用微球的體外釋放度,制備水溶性供試液。由于PLGA 輔料的酯鍵斷裂后產酸,調節緩沖體系pH 值至堿性,可加速輔料降解[8—9]。
2.6.1 pH 10.0 緩沖液對試驗菌生長抑制作用的考察
取“2.2”項下pH 10.0 緩沖液適量,依照ChP2020 通則1101,分別加入不大于100 cfu 的各試驗菌,混勻。將含有大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和生孢梭菌的混合溶液轉移至FTM培養基50 ml 中,于33 ℃培養不少于5 d ;將含有枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的混合溶液轉移至TSB培養基50 ml 中,于23 ℃培養不少于5 d。同時,為確證pH 10.0 緩沖液中試驗菌株的穩定性,另取適量pH 10.0 緩沖液,加入試驗菌后,置45 ℃、120 r/min 的恒溫搖床中孵育4 ~ 6 h,然后分別轉移至不同培養基,觀察菌株生長情況。將上述采用新鮮配制pH 10.0 緩沖液的試驗組作為溶劑試驗組1,采用經孵育4 ~ 6 h 的pH 10.0 緩沖液的試驗組作為溶劑試驗組2。
表3 pH 10.0 緩沖溶液對試驗菌生長的抑制作用1)
結果如表3所示,依照ChP 2020 通則1101 的試驗步驟,pH 10.0 緩沖液對藥典規定的試驗菌(營養體)、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的生長均無影響;但當溫度升高、振蕩增加、緩沖液經孵育處理時,試驗菌株的生長狀態不穩定,僅耐受性芽孢可以生長。
2.6.2 方法適用性試驗
分別選擇注射用醋酸亮丙瑞林微球和注射用奧曲肽微球2 個代表性品種,進行無菌檢查方法適用性試驗。取上述樣品,每瓶轉移至含pH 10.0 緩沖液25 ml 的玻璃瓶中,于45 ℃、120 r/min 密封無菌狀態下孵育4 ~ 6 h,獲得供試液(同時以pH 4.0、pH 7.0 緩沖液作為對照,相同條件下微球均無法溶解,加速釋放行為與相關研究結果一致[9])。供試液冷凍干燥后鏡檢,SEM 視野下未見完整的微球形態,提示輔料能夠在此條件下加速降解。
依照ChP 2020 通則1101,在注射用微球與pH10.0 緩沖液混合后,分別加入不大于100 cfu 的各試驗菌懸液,混勻,在上述條件下孵育至微球完全溶解。將含有大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和生孢梭菌的混合溶液轉移至FTM 培養基225 ml 中,于33 ℃培養不少于5 d ;將含有枯草芽孢桿菌、白念珠菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢的混合溶液轉移至TSB 培養基225 ml 中,于23 ℃培養不少于5 d,作為試驗組;同時,以滅菌純化水作為空白對照組、以pH 10.0緩沖液作為試劑對照組,同法操作。
表4 pH 10.0 緩沖液溶解注射用微球代表性品種后無菌檢查方法的適用性試驗結果1)
結果如表4 所示,上述2個品種的注射用微球在45 ℃、pH 10.0 堿性環境下振蕩孵育,輔料可加速降解以制備供試液進行無菌檢查,由于此條件下藥典規定的試驗菌(營養體) 生長狀態不穩定,且由于生孢梭菌為嚴格厭氧菌,在有氧環境下無法生長(見表4 空白對照組),因此可選擇枯草芽孢桿菌芽孢和短小芽孢桿菌芽孢作為試驗菌,進行方法適用性試驗。
3、討論
本研究在調研注射用微球生產工藝和產品注冊申報資料的基礎上,選擇注射用醋酸亮丙瑞林微球等代表性品種,建立了2 種無菌檢查方法:一是采用DMSO 溶解微球;二是采用pH 10.0 水溶性緩沖液加速輔料降解后溶解微球。制備的無菌檢查供試液依照ChP 2020 通則1101,以枯草芽孢桿菌芽孢或短小芽孢桿菌芽孢作為試驗菌,采用直接接種法進行無菌檢查。
基于注射用微球的特點,該制劑無菌檢查主要關注以下技術環節。
①在充分了解產品生產工藝、質量標準、過程控制中微生物污染關鍵環節的基礎上,經方法驗證及相關方法適用性試驗確認后,建立無菌檢查方法;例如,目前絕大部分注射用微球產品采用無菌生產工藝,微球內部不易有微生物營養體存活,可采用枯草芽孢桿菌芽孢或短小芽孢桿菌芽孢作為試驗菌,或根據產品生產工藝中潛在污染物的風險評估,采用其他耐受性芽孢作為試驗菌進行方法驗證。
②對于有必要進行內部無菌檢查的品種,應選擇適宜的溶劑制備供試液,模擬潛在微生物污染物存在條件下的微球溶解過程,并對溶劑是否影響試驗菌生長進行考察;例如,采用DMSO溶解,或采用堿性(pH 10.0) 緩沖體系使輔料加速降解制備供試液,均是對特殊無菌制劑建立無菌檢查方法的有益嘗試。
③由于PLGA 單體比例不同,形成制劑時聚合物的降解時間、藥物黏度、藥物釋放行為等均不相同[10—11],故不同品種在建立無菌檢查方法時,需要分別對具體試驗參數進行驗證或確認。此外,微球骨架降解行為的目測判斷并不充分,如某些品種,在一定的加速釋放介質中發生“溶蝕”現象,雖然輔料載體未完全溶解(或降解),但微球由“光滑球面”逐漸變為“蜂窩狀多孔縫隙球面”,因此,必要時可借助SEM 進行形態觀察、含量測定等方法,佐證無菌檢查方法的開發或驗證策略[12—13]。
注射用微球的生產工藝個性化,且相對常見注射劑,仍屬于小眾的特殊劑型。本研究選擇注射用醋酸亮丙瑞林微球、注射用利培酮微球、注射用醋酸奧曲肽微球等代表性品種進行研究,基本覆蓋了目前研發和上市的品種。除本研究研究的品種外,還存在特殊生產工藝下的劑型,如注射用全氟丁烷微球,該制劑為空心微球,根據該產品質量標準所述,可采用魯爾接頭通過單向加壓方式破壞微球結構后制備供試液,進行外部和內部的整體無菌性檢查。
根據ChP 2020 通則1101 有關規定,品種性狀允許,應優先選擇薄膜過濾法進行無菌檢查。由于DMSO 對混合纖維素、聚偏氟乙烯等材質的無菌檢查用濾膜具有腐蝕性,pH 10.0 緩沖液對濾膜完整性是否存在影響仍需評估,故本研究在建立無菌檢查方法時,采用直接接種法。其他品種在進行無菌檢查時,是否能夠采用薄膜過濾法,仍需進行濾膜完整性影響因素考察。
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本文作者馮震、肖珊珊、陳輝、李靜敏、唐黎明、楊美成,上海市食品藥品檢驗研究院、上海麗珠制藥有限公司,來源于中國醫藥工業雜志,僅供交流學習。