隨著科學技術的進步，生物技術生產的藥物正在取得突破性進展，例如用于治療癌癥、自身免疫性疾病或僅影響少數(shù)患者的罕見疾病。然而，這些高效且有時毒性極強的藥物需要特殊的安全預防措施和密封的生產過程，以保護人類和藥物免受相互影響。同時，尤其是新開發(fā)的藥物通常以較小的批量生產，需要高度的靈活性和模塊化。集成空氣管理和優(yōu)化的生物凈化在將隔離器靈活地集成到現(xiàn)有建筑和潔凈室概念中起著重要作用，同時確保安全的生產過程。

1、H2O2安全性與風險因素并存

使用汽化過氧化氫 (H2O2 ) 已成為隔離器自動生物凈化的標準。H2O2是氫和氧的相當穩(wěn)定的液態(tài)化合物——一種強氧化劑，由于其廣譜作用而特別適合凈化。凈化周期之后，剩余的H2O2要么被催化劑分解，要么通過用新鮮空氣通風從隔離器中帶出，以達到可接受的殘留濃度。生物技術領域的快速發(fā)展對灌裝機和隔離器的要求也隨之提高，因為許多產品對殘留的H2O2非常敏感。在開始灌裝之前，目標是使隔離器內部的H2O2 水平通常達到 0.5 ppm（百萬分之一）以下。然而，確切的限值在很大程度上取決于產品的靈敏度，可能會低得多——甚至低至約 0.03 ppm。

盡管通風換氣階段已經完成，但部分H2O2仍會殘留在隔離器空氣中，甚至可能凝結在隔離器內部或灌裝設備等表面上。一旦H2O2進入液體藥物，就可能導致氧化。雖然在標準隔離器中，通風換氣時間約為一小時即可達到 0.5 ppm 的殘留濃度，但對于特別敏感的生物制藥產品，可能需要幾個小時才能將殘留濃度降低到 0.03 ppm。這會導致灌裝線停機，而停機時間應盡可能短，尤其是在頻繁更換產品和/或以活動模式制造的小批量應用中。

2、生物治療藥物作為實際例子

激素或抗體等生物分子很容易被氧化。敏感氨基酸殘基（如蛋氨酸、色氨酸和半胱氨酸）的修飾會影響其物理化學性質，也可能影響蛋白質的二級和三級結構，從而對產品的功效和/或安全性產生潛在影響。藥物產品的敏感性取決于許多因素，例如活性成分的個體特性，例如可氧化氨基酸殘基的類型、數(shù)量和位置及其對藥效學和/或藥代動力學的具體影響。配方相關參數(shù)（如活性成分的濃度和氧化敏感或抗氧化賦形劑（如聚山梨醇酯和 L-蛋氨酸）的存在）也會產生影響。

此外，容器的直徑，特別是其開口的（有效）尺寸影響 H2O2向產品溶液中的擴散。

除了這些與產品相關的因素外，灌裝設備、技術和工藝本身也發(fā)揮著重要作用。例如，在灌裝、機器停止或將灌裝單元在隔離器內緩沖之前，必須密切注意打開和部分封閉的產品與殘留H2O2的接觸時間。眾所周知，硅膠管會吸收并緩慢釋放H2O2，這可能會導致H2O2遷移到產品溶液中，例如在生產線停止期間。在灌裝過程中，氮氣充注和覆蓋可能有助于減少容器內的H2O2 殘留量。

3、分析至關重要使用H2O2凈化時需要考慮什么？

乍一看，根據(jù)最敏感的產品定義一個通用目標似乎是合理的。根據(jù)具體的暴露情況，0.03 ppm 已經會影響某些分子。如果沒有此類產品和風險的經驗，制藥商可能希望以這種謹慎的方式保持安全——通常最終濃度遠低于所需的濃度水平。然而，這意味著通風換氣階段比必要的時間更長，這會浪費時間并限制系統(tǒng)的可用性。

更好、更有效的解決方案是熟悉最重要的參數(shù)。產品如何與H2O2反應？

在避免氧化風險的情況下，允許的殘留濃度是多少？不幸的是，在持續(xù)的過程中，只有“空氣傳播Airborne”濃度可以通過在線測量系統(tǒng)來確定，這些系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)測凈化、通風換氣和生產階段。此外，用于常規(guī)監(jiān)測的傳感器通常靈敏度有限，為 0.1 ppm，這對于非常敏感的產品來說是不夠的。在這里，必須使用特殊且非常靈敏的傳感器來驗證凈化和曝氣循環(huán)，而制造設備上通常沒有這種傳感器。

4、決定殘留濃度的因素有很多

另一方面，產品溶液中的H2O2 濃度只能通過離線實驗確定，在持續(xù)生產中很難跟蹤。盡管如此，研究可以建立空氣中和溶液中濃度之間的關系。使用固定的空氣中H2O2濃度和可變的暴露時間，可以確定產品或替代品的吸收量并模擬機器上的條件。這使制藥商和設備供應商能夠微調現(xiàn)有生產線的凈化過程。對于新生產線，廣泛的產品知識有助于使隔離器更精確地適應特定要求。

在設計或優(yōu)化隔離器時，了解所有相關的產品、工藝和設備參數(shù)非常重要。一旦確定了特定產品和工藝的可接受H2O2濃度，在合格且經過驗證的凈化工藝中不得超過該濃度。同樣，許多因素都會發(fā)揮作用——從容器類型及其灌裝量、隔離器內部的溫度、空氣量和 H2O2濃度隨時間的變化，到工藝持續(xù)時間以及膠塞和容器的暴露時間。用于灌裝機和隔離器的材料也具有優(yōu)化潛力。例如，某些材料（如硅膠管或密封件）會吸收H2O2。由于它們只會非常緩慢地再次釋放H2O2，因此如果要處理非常敏感的產品，應將其使用量減少到最低限度。

5、詳細研究

理想情況是模擬在測試隔離器中暴露于“空氣傳播Airborne”的H2O2，但并非每個開發(fā)實驗室都能做到這一點。開放的產品可以在不同的時間內暴露于規(guī)定濃度的H2O2中。

此外，還可以考慮灌裝和壓塞之間的時間、因干預而導致的生產線停工以及在裝載凍干機時對半壓塞容器進行緩沖等工藝參數(shù)。然而，考慮處理難度（主要是手動取樣制備），這樣的研究通常無法產生足夠的樣品進行后續(xù)穩(wěn)定性研究。因此，將評估分為攝取uptake和單獨的加標研究spiking study是更可行的選擇。

在這種情況下，攝取研究用于確定替代液體（通常為水）在與測試隔離器中的產品相同的暴露條件和相同配置（灌裝體積、容器、部分加塞）下吸收的H2O2量。使用靈敏的分析測定法（例如使用熒光底物的過氧化物酶測定法）僅量化溶解的H2O2濃度。然后使用數(shù)據(jù)來加標產品溶液以進行穩(wěn)定性研究，即稀釋替代物中測量的相同的最終濃度H2O2。由于產品可以相當快地消耗H2O2，因此以與產品樣品相同的方式處理的水對照可以檢查加標程序是否成功。

這種分工方式還允許制藥商將攝取研究外包給設備供應商，前提是后者擁有所需的工藝和分析技術及專業(yè)知識。

6、經驗造就理想的工藝

盡管某些生物制藥具有很高的敏感性，但過氧化氫仍然是隔離器凈化的首選方法。根據(jù)經驗和適當?shù)难芯浚梢苑浅蚀_地確定必須如何設計和操作特定的灌裝線才能安全有效地對其進行凈化。特別是對于新生產線，在設計和工程階段應考慮凈化、產品氧化和允許的H2O2殘留濃度，以盡量減少其對周期時間的影響。

生物制藥產品上市越多，處理這些分子及其在灌裝過程中的挑戰(zhàn)的經驗就越豐富。因此，與在工藝和測量技術、隔離器設計和產品測試方面擁有多年經驗的可靠合作伙伴合作有助于成功應對這些挑戰(zhàn)。

本文來源于拾西，翻譯自：Avoiding product oxidation by H2O2 in isolators. It all depends on the right analyses! A3P magazine，La Vague n°81，Avril 2024. 僅供交流學習。