湿热灭菌工艺控制与参数放行实施展望 - 崔强

湿热灭菌工艺控制与参数放行实施展望 科学原理业界实践法规变化主讲人：崔强2019年4月E-mail:主要内容主题1.药品灭菌工艺的基础知识主题2.湿热灭菌设备确认与工艺验证主题3.参数放行实施展望主题4.湿热灭菌工艺法规变化2主题1.药品灭菌工艺的基础知识3无菌药品的生产方式 无菌药品按照生产工艺可分为两类-采用最终灭菌工艺的最终灭菌产品-部分或全部采用无菌生产工艺的非最终灭菌产品-4-两种生产方式的差别 最终灭菌工艺-高洁净环境 无菌生产工艺-控制灭菌前微生物污染-在密封容器中最终灭菌-极高洁净环境-组成材料分别灭菌-在密封容器中无进一步灭菌处理-5-无菌药品生产的微生物学关注点 最终灭菌工艺-赋予产品更高的无菌保证水平-生产中可变因素少，出现偏差的概率低-几乎能杀灭产品中的所有微生物-需要关注的微生物范围集中在具有耐受性的芽孢上面 无菌生产工艺-影响因素多-各类微生物污染都可能导致工艺失败-验证时以污染瓶数衡量无菌保证水平-6-微生物的简要分类病毒细菌真菌细菌在环境中的生存状态化学物质水活度芽孢、孢 囊生物膜休眠饥饿生长温度存活受伤死亡活跃死亡细胞间的相互作用辐射酸碱度/pH8芽孢的特性 细菌细胞与内生孢子的区别特性结构生长态细菌细胞细菌芽孢细胞壁、细胞膜、原生质 厚皮层、外衣和外壁显微镜下形态钙含量无折射光有折射光高低高无高有低水含量极低吡啶二羧酸（DPA）酶、代谢活性mRNA有低或无无或非常低高对环境胁迫条件的耐受性（物理或化学）小分子酸溶性蛋白无有9内部pH 7.05.5 6.0芽孢的特性 细菌芽孢对胁迫条件的耐受性原理处理方式（胁迫条件）湿热保护性因素芽孢杀灭机理酶被灭活内核极低含水量、SASP、DPA、矿物化、热稳定性蛋白干热SASP，热稳定性蛋白，DNA修复 酶被灭活，DNA损伤UV 辐射内核极低含水量、SASP、DPA、矿物化、热稳定性蛋白、DNA修复DNA损伤 辐射SASP、DPA、矿物化DNA损伤化学物质致密的皮层和内膜难以被化学物质 DNA损伤（部份），皮层渗透、SASP、DNA修复和内膜损伤或降解10灭菌工艺决策树（适用于液体制剂）否可采用12115分灭菌工艺可否处方采用采用F08除菌过滤法的灭菌程序可否对原料预先灭菌，作无菌配制和无菌灌封使用除菌过滤及无菌灌封方式11经典灭菌方法 物理灭菌法 利用物理方法，杀灭或截留去除微生物，亦称物理灭菌技术 包括干热灭菌、湿热灭菌、除菌过滤和辐射灭菌等 化学灭菌法 利用化学药品直接作用于微生物而将其杀灭 包括气体灭菌、液相灭菌、汽相灭菌12经典灭菌方法在制药业中的应用 最终灭菌药品 湿热灭菌法、干热灭菌法、辐射灭菌法 无菌工艺药品 除菌过滤法（如产品、工艺气体等）热力学灭菌法（湿热/干热）辐照灭菌法（如防护装备、滤器、一次性用具等）液相灭菌法（如某些生物制品、器械）气体灭菌法（如防护装备、滤器等）汽相灭菌法（进入隔离器的包装材料等）13合适的灭菌工艺 迅速杀灭微生物，但不损害产品的用途 不现实。除了那些高度稳定的材料 在杀灭微生物的同时，破坏了产品用途 毫无价值 寻找平衡点 在产品降解与杀灭微生物之间寻找平衡点 在能够提供最低无菌保证水平的基础上，保证药品的安全性、稳定性和有效性14灭菌对产品的不利影响因素 湿热灭菌温度约为121 干热灭菌温度约为170250 辐射灭菌退色、自由基、强度降低 气体灭菌残留、化学反应 过滤除菌溶出、析出、吸收 液相灭菌化学反应、高pH 值、腐蚀 汽相灭菌残留、化学反应、腐蚀 总而言之，对微生物的杀灭依靠恶劣条件15湿热灭菌工艺的设计原则预计效期上升验证时和日常灭菌前微生物监控所需要的信息量下降供热量产品特性法灭菌工艺过度杀灭法灭菌工艺16湿热灭菌 又称为Moist heat sterilization under pressure 细胞内起关键作用的蛋白质和酶发生热变性或凝固。湿度对该破坏性过程起促进作用。只要可能，通常取121（2个大气压）优点：无残留，不污染环境，不破坏产品表面，容易控制和重现性好 包括脉动真空灭菌器（或称预真空灭菌器）、蒸汽-空气混合物灭菌器、过热水灭菌器等17湿热灭菌 国内外法规和指南 USP/EP EMA Guideline onsterilization ISO 17665 ISO 11138-BI,ISO 11140-CI HTM 2010 EN 554,285 PDA TR No.1 中国药典脉动真空灭菌器示意图 药品GMP指南 GB 8599、YY 0646 GB 18281 GB/T 19972干热灭菌 原理：使微生物氧化而不是蛋白质变性，因此温度要高得多，时间也相应延长 利用干热灭菌工艺灭菌温度高、时间长的特点，可使干热灭菌同时具备除热原的功用 干热灭菌适用于耐高温但不适于湿热或可被湿热破坏的物品，如玻璃、金属设备、器具，不需湿气穿透的油脂类，耐高温的粉末化学药品等 干热灭菌不适用于橡胶、塑料及大部分药品19干热灭菌 国内外法规和指南 USP/EP EMA Guideline onsterilization ISO 11138-BI,ISO 11140-CI ISO 20857 PDA TR No.3 PDA TR No.7 中国药典 药品GMP指南 YY 1275 GB 1828120气体灭菌 灭菌剂的种类 环氧乙烷（ETO，C2H4O）臭氧（Ozone，O3）二氧化氯（Chlorine Dioxide-ClO2）气体灭菌不同于汽相灭菌21环氧乙烷灭菌 原理：蛋白质上的羧基（-COOH）、氨基（-NH2）、硫氢基（-SH）和羟基（-OH）发生烷基化作用，造成蛋白质失去反应基因，阻碍蛋白质的正常化学反应和新陈代谢抑制生物酶活性，包括磷酸致活酶、肽酶、胆碱化酶和胆碱脂 DNA、RNA 发生烷基化作用而导致微生物的灭活 优点：高效，易于扩散，广泛的兼容性 缺点：过程复杂，安全性问题，职业健康问题、环境问题 影响灭菌效果的外在因素 气体浓度、温度、相对湿度、载体材料22环氧乙烷灭菌 由三个阶段组成：预处理、灭菌和解析 典型的环氧乙烷灭菌周期 预热、抽真空、加湿、加药、灭菌 国内外法规和指南 USP/EP EMA Guideline on sterilization中国药典 药品GMP指南 GB 18279 ISO 11138-BI、ISO 11140-CI、ISO 1113 523辐射灭菌 辐射类型 射线，穿透力差 射线，穿透力略强于射线 射线，穿透力很强 X射线，人工产生的电磁辐射 电子束，可用于表面消毒（低能量）或内部消毒（高能量）电离辐射杀灭微生物的作用，可以分为直接作用和间接作用两种24辐射灭菌 辐射灭菌的优点在常温下处理，特别适用于不耐热物品的处理不会产生放射性污染，灭菌后的产品无残留毒性辐射穿透力强，可深入到被灭菌物体内部，灭菌彻底，可对包装后的产品灭菌对温度、压力无特殊要求，常温常压下即可进行辐照灭菌工艺参数易于控制,易于进行参数放行，适合于工业化大生产，节约能源。25辐射灭菌 国内外法规和指南 USP/EP EMA Guideline onsterilization ISO 11737 PDA TR No.11 PDA TR No.16 中国药典 药品GMP指南 GB 1828026过滤除菌 定义：除菌过滤是指除去流体中微生物的工艺过程，该过程不应对产品质量产生不良影响。包括液体和气体除菌过滤。药品生产中采用的除菌过滤膜的孔径一般不超过0.22m（或者0.2m，这两种标称没有区别）除菌级过滤器可以有不同的大小、形式和膜材，过滤器的使用者应当根据使用需要选择不同的过滤器。27过滤除菌 除菌级过滤器是指在工艺条件下每cm2 有效过滤面积可以截留107CFU的缺陷假单胞菌（Brevundimonas diminuta,ATCC 19146）的过滤器。影响细菌截留效果的因素 过滤器源的因素，如过滤器类型、结构、基础聚合物、表面改性化学、孔径分布和过滤膜的厚度等 工艺源的因素，如流体组分、流体性质、工艺条件，产品、料液和生产环境中实际微生物污染的特点和水平等28过滤除菌 国内外指南性文件 USP/EP EMA Guideline onsterilization 中国药典 药品GMP指南 YY/T 0567 YY/T 0918 PDA TR No.15 PDA TR No.26 PDA TR No.40 PDA TR No.4129汽相灭菌 气体灭菌与汽相灭菌的区别 气体灭菌穿透性好，分布均匀，不易受到温湿度影响 汽相灭菌，两个阶段的浓度不同，条件不易控制来自PDA Sterilization Technology30汽相灭菌 灭菌剂的种类 过氧化氢（Hydrogen Peroxide，H2O2）过氧乙酸（Peracetic Acid-C2H4O3）甲醛（Formaldehyde-CH2O）汽相灭菌的特点 室温残留，穿透性低，环境中的温湿度会有差异，工艺的均一性不好 国内外指南文件-USP、PDA TR No.5131液相灭菌 灭菌剂的种类 过氧化氢（Hydrogen Peroxide，H2O2）过氧乙酸（Peracetic Acid-C2H4O3）甲醛（Formaldehyde-CH2O）氢氧化钠（Sodium Hydroxide）次氯酸钠（Sodium Hypochlorite）液相灭菌的特点 主要受灭菌剂浓度和温度影响，类似于消毒作用 国内外指南文件-USP32灭菌新技术 电穿孔技术（Electroporation）低温等离子体技术（Non-Thermal Plasma）超高压技术（High Pressure Processing）HPP处理前的嗜热脂肪芽孢杆菌HPP处理后的嗜热脂肪芽孢杆菌 33主题2.湿热灭菌设备确认与工艺验证342-1.工作原理35湿热灭菌的类型 根据装载物与灭菌介质的接触方式，湿热灭菌分为 蒸汽接触灭菌，适用于坚硬/多孔装载 湿热传递灭菌，适用于密闭/开放液体装载 蒸汽接触法的灭菌介质是饱和蒸汽，当蒸汽与装载物接触时存在相变过程，通常有脉动真空或重力置换两种工艺。湿热传递法的灭菌介质可以是蒸汽或水，灭菌介质与液体不相接触，通常有蒸汽、过热水、蒸汽/空气混和灭菌工艺36蒸汽接触灭菌的原理 蒸汽接触灭菌是一个高效的热传递方式，因为蒸汽穿透，接触温度较低的物体时，会释放潜热，生成冷凝水，直到物体温度与蒸汽温度相等。适用于部件灭菌，由于具备热稳定性，使用过度杀灭法。37蒸汽灭菌的热力学基础在2个大气压下的水加热曲线过热蒸汽160140120水饱和蒸汽水和蒸汽2199100806040200-20508Joules2707Joules38以恒定速率加热蒸汽灭菌的热力学基础 压力-温度相图39湿热传递灭菌的特点Demonstrated PNSU10-6不管采用什么需证明的无菌保证水平方法，目标都是产品灭菌后的PNSU 106换言之，关键点在于：在生产全过程各个环节对微生物的有效控制Information Needed所需信息Process impact on material工艺对物料影响OverkillmethodBioburden/BIMethodsBioburdenMethod40腔室灭菌设备例1 预真空式灭菌工艺此程序特别适用于对包藏或夹带空气的物品，如织物、胶管、过滤器和灌装机部件等的灭菌41腔室灭菌设备例1 脉动真空式灭菌工艺温度-压力曲线图设定温度点温度标准范围腔室/排水口温度装载物温度温度/压力腔室压力程序开始大气压时间腔室加热灭菌后抽真空抽真空脉冲灭菌时间充汽脉冲干燥 补气42腔室灭菌设备例2 蒸汽空气混合灭菌工艺43腔室灭菌设备例2 蒸汽空气混合灭菌工艺的温度-压力曲线图44腔室灭菌设备例3 重力置换式灭菌工艺工作原理1、蒸汽进入2、高温度蒸汽比重小，在上部3、蒸汽不断进入4、冷凝水及低温度空气在底部被挤走45腔室灭菌设备例3 重力置换式灭菌程序温度-压力曲线图46腔室灭菌设备例4 水喷淋式灭菌工艺工业蒸汽灭菌柜腔 室冷却水水压缩空气没标出