1細胞培養(yǎng)基的生產(chǎn)和過程控制
 

細胞培養(yǎng)基作為生物制品生產(chǎn)的重要原材料之一，其質(zhì)量對生物制品有重要的影響。細胞培養(yǎng)基的生產(chǎn)工藝和細胞培養(yǎng)基的原材料選用、生產(chǎn)過程及檢驗過程中的質(zhì)量控制對于細胞培養(yǎng)基的產(chǎn)品質(zhì)量具有直接影響。其中原材料的成份及其質(zhì)量直接決定了細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品的質(zhì)量及安全性，選擇合適的物料是實現(xiàn)細胞培養(yǎng)基功能過程中需要解決的基礎(chǔ)問題。生產(chǎn)工藝的選擇（如原料的研碎、混合技術(shù)等）及生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制等直接影響產(chǎn)品的溶解性、批生產(chǎn)量及批次間差異，進而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
 

cGMP稽查員在對國內(nèi)細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)企業(yè)進行cGMP審計時指出，細胞培養(yǎng)基的生產(chǎn)工藝及設(shè)備應(yīng)經(jīng)過驗證，原材料必須做鑒別試驗，記錄應(yīng)真實反映生產(chǎn)過程的實際情況，生產(chǎn)過程偏差處理應(yīng)包括對出現(xiàn)偏差之前涉及到的批次均應(yīng)進行調(diào)查等等。這些要求是基于FDA對生物制藥用原料的質(zhì)量要求方面提出，遠遠高于國內(nèi)對藥用原料的要求。隨著對人用和動物保健用生物制品安全性要求的提高，嚴格執(zhí)行GMP規(guī)范進行細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)是國內(nèi)細胞培養(yǎng)基行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

 

1.1細胞培養(yǎng)基的原料選擇及質(zhì)量控制
 

1.1.1原材料的選擇

由于動物細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品屬于藥用原料，《哺乳類動物細胞培養(yǎng)基行業(yè)標準》對細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品的微生物限度、內(nèi)毒素含量進行了限定，所以細胞培養(yǎng)基所用原料宜采用注射級、藥用級原料。對于部份沒有注射級和藥用級的原料，細胞培養(yǎng)基制造者針對自身產(chǎn)品質(zhì)量要求，制定一些重要指標（微生物限度、內(nèi)毒素、重金屬等）進行原材料的質(zhì)量控制。
 

1.1.2原材料的質(zhì)量控制

細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)企業(yè)建立完善的原材料質(zhì)量標準，對于原材料的來源、檢驗、使用、及銷毀等有明確的可追溯記錄。在質(zhì)量控制過程中，藥用級原材料的質(zhì)量標準應(yīng)參考中國藥典相關(guān)標準，對于非藥用級原材料應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝需要與供應(yīng)商一起共同確定質(zhì)量標準，質(zhì)量標準應(yīng)包括如下內(nèi)容：

¨      指定的物料名稱和企業(yè)內(nèi)部使用的物料代碼

¨      藥典專論的名稱（如有）

¨      經(jīng)批準的供應(yīng)商以及原始生產(chǎn)商

¨      印刷包裝材料的樣張

¨      物料質(zhì)量標準依據(jù)及其編號

¨      取樣、檢驗方法或相關(guān)規(guī)程編號

¨      定性和定量的限度要求

¨      貯存條件和注意事項

¨      復(fù)驗前的最長貯存期
 

原材料的質(zhì)量檢測主要從材料、人員、方法三個方面進行控制：

1)    具有必要的檢測試劑、設(shè)備和設(shè)施，如鱟試劑、分析天平、潔凈操作室或取樣柜。

2)    擁有相應(yīng)操作資質(zhì)和能力的檢驗人員，如相應(yīng)檢測人員應(yīng)具備化驗員資質(zhì)并經(jīng)過全面的技能培訓(xùn)。

 選擇具有法律效力的檢測方法以及對應(yīng)的操作規(guī)范，在檢測方法的選擇方面藥用原料應(yīng)優(yōu)先采用藥典方法，非藥用原料應(yīng)采用經(jīng)過驗證有效的檢測方法，在確定檢測方法后應(yīng)制定相應(yīng)標準操作文件，用于規(guī)范試驗操作。
 

應(yīng)嚴格控制細胞培養(yǎng)基的原材料質(zhì)量管理，并建立相應(yīng)完善的原材料質(zhì)量管理文件體系。原材料的質(zhì)量管理方面，應(yīng)明確規(guī)定責任范圍和流程方法，它們是保證原材料質(zhì)量的基礎(chǔ)。原材料質(zhì)量管理文件體系內(nèi)容通常包括兩個方面，一方面是明確原材料質(zhì)量責任應(yīng)歸屬的部門及人員，以實現(xiàn)分工明確；另一方面是明確原材料的取樣、檢驗、放行、判定不合格、異常情況、偏差、驗證等事務(wù)具體流程，確保流程正確，方法無誤，為質(zhì)量控制提供依據(jù)。

 

1.2細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)工藝

 

       傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)工藝即生產(chǎn)過程通常分為物料配比、物料干燥、物料研碎、物料混合、物料包裝、成品的檢驗等6個階段，下面結(jié)合過程中的質(zhì)量控制對此工藝進行介紹：

 

1.2.1物料配比

 

      物料配比是根據(jù)配方要求將各種原料按比例配制的過程。配制需嚴格執(zhí)行配方，才能保證細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品功能的實現(xiàn)及降低批間差，而實現(xiàn)低誤差的物料配比過程需從以下幾個方面進行控制：

 

1)   提供與生產(chǎn)工藝規(guī)程匹配且經(jīng)過審核的、有效力的物料配方，生產(chǎn)部門根據(jù)配方制定配比操作記錄，經(jīng)質(zhì)量管理部門審核后，方可投入生產(chǎn)作業(yè)使用；

 

2)   具有詳細明確的經(jīng)過驗證的設(shè)備、設(shè)施、工序操作規(guī)程以及相關(guān)管理規(guī)程，如通過編制設(shè)備、設(shè)施的驗證、使用、維護、維修操作規(guī)程來明確操作方法和流程，通過編制相應(yīng)管理文件，來明確人員責任；

 

3)   具有足夠的在校驗有效期內(nèi)的精確度合理的計量器具，及與產(chǎn)品質(zhì)量要求相匹配的生產(chǎn)環(huán)境設(shè)施，如為降低細胞培養(yǎng)基微生物、內(nèi)毒素限度使用潔凈廠房進行生產(chǎn)等；

 

4)   足夠的經(jīng)過合理培訓(xùn)具有上崗資質(zhì)的操作人員和設(shè)備管理人員（操作員上崗證、計量員證），各崗位操作人員配備足夠，能夠確保操作過程實現(xiàn)雙人操作雙人復(fù)核；

 

5)   配備足夠的基層管理人員以及現(xiàn)場QA，起到指導(dǎo)和監(jiān)督作用。

 

1.2.2物料干燥

 

       基于細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品營養(yǎng)豐富，且不是無菌制劑的特性，為避免微生物滋生破壞細胞培養(yǎng)基成份，需控制細胞培養(yǎng)基中的水分含量，依據(jù)行業(yè)標準要求，其干燥減重質(zhì)量分數(shù)應(yīng)低于5.0%，而原料干燥是控制其含水量的最重要環(huán)節(jié)。

 

       目前常用的干燥方法有常壓干燥和冷凍干燥。常壓干燥包括烘干干燥、鼓式干燥、帶式干燥，由于國內(nèi)細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)廠家普遍采用球磨缸進行生產(chǎn)，由于各缸獨立，無法使用鼓式干燥、帶式干燥的方式進行連續(xù)烘干作業(yè)，所以普遍采用烘干干燥的方式按批進行物料干燥。冷凍干燥主要用于不能耐受高溫的貴細物料的干燥處理。

 

1.2.3物料研磨

 

       細胞培養(yǎng)基顆粒越細，同質(zhì)條件下比表面積越大，其溶解性越好，而其成品細度是由物料的研磨過程直接決定。對于物料的研磨，傳統(tǒng)普遍采用藥用球磨機，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、易于清潔及使物料混合作用（能夠?qū)崿F(xiàn)缸體內(nèi)各種成份的均勻分布）。球磨缸內(nèi)的研磨球材質(zhì)通常有陶瓷、瑪瑙、不銹鋼（304或316L）。但是球磨機也存在批量小、噪音大、難以控制溫度、粉狀物料不易取出且取料過程會產(chǎn)生大量粉塵等缺點。目前國內(nèi)一些細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)企業(yè)在球磨缸取料工序裝備了全密閉自動取粉裝置，較好的解決了粉塵污染問題，也進一步降低了由于物料的裸露可能帶來的引入異物及物料受潮的風險。

 

1.2.4物料混合

 

       混合設(shè)備首先必須具備能夠?qū)崿F(xiàn)物料均勻性的功能。在上述物料研磨過程中，可能存在投料微量誤差、過程參數(shù)細微差異以及其他不可控因素，上述因素的累積會導(dǎo)致不同研磨單元內(nèi)物料可能出現(xiàn)一定的差異（外觀、理化性質(zhì)、培養(yǎng)性能），這些差異將直接影響產(chǎn)品的使用，造成使用者生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的批間差異。根據(jù)哺乳類細胞培養(yǎng)基行業(yè)標準中對于“批”的定義，即同一臺混合設(shè)備一次混合量所生產(chǎn)的均質(zhì)產(chǎn)品為一批，物料經(jīng)研磨單元研磨以后必須進行總混和均勻后才能稱為一批成品進行包裝。目前常用的物料混合設(shè)備以摻和機、雙錐混合機較為常見。

 

1.2.5物料包裝

 

       物料的包裝分為內(nèi)包裝和外包裝，主要為了實現(xiàn)如下功能：

 

1)   阻隔性功能：即密閉保存（避光、防潮、防污染、防氧化等），是指直接與產(chǎn)品接觸的內(nèi)包裝，在選擇內(nèi)包裝材料時其阻隔性是關(guān)鍵，高阻隔性包裝薄膜所采用的阻隔性樹脂主要有EVOH、PA、PET、PVDC、PC、MXD6和聚丙烯腈共聚物，其中PVDC是開發(fā)較早的阻隔性能優(yōu)異的材料，而包裝用薄膜材料結(jié)構(gòu)包括：紙／塑料、塑料／鍍鋁塑料、紙／鋁箔／塑料和塑料／鋁箔／塑料等幾種【11】；

 

2)   產(chǎn)品信息的提供：產(chǎn)品外包裝上應(yīng)明確標識品名、批號、代碼、生產(chǎn)日期、有效期、使用方法等基礎(chǔ)信息，并隨附企業(yè)質(zhì)量監(jiān)管部門下發(fā)的產(chǎn)品合格證以及質(zhì)量檢驗報告等質(zhì)量證明文件；

 

3)   易于運輸?shù)姆雷o：確保外包裝物能夠抵御運輸過程中裝卸產(chǎn)生撞擊的沖擊，并要具備一定的堆疊強度，對于需要遠途運輸?shù)牟荒苣褪芨邷氐某善窇?yīng)做好低溫保護工作（填充保溫材料，包裝箱內(nèi)混裝冰袋、干冰等蓄冷物）。

 

1.2.6成品的檢驗

 

細胞培養(yǎng)基產(chǎn)品生產(chǎn)完畢后，由質(zhì)量檢測部門對該批次產(chǎn)品進行檢測，在這一周期內(nèi)，成品處于待驗狀態(tài)，儲存條件應(yīng)與合格成品一致，應(yīng)專區(qū)存放專人管理，避免混淆和遺漏，在收到質(zhì)量檢測部門檢測合格予以放行的通知后，轉(zhuǎn)交成品庫，移入合格品區(qū)備售。

 

1.2.7細胞培養(yǎng)基生產(chǎn)的新工藝

 

采用上述傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝（通常稱作球磨工藝）生產(chǎn)的產(chǎn)品均一性較好，物化性能穩(wěn)定以及細胞培養(yǎng)效果較好，但是存在批量小、研磨過程中的散熱難以控制、噪音及粉塵污染較大等缺點。2005年新開發(fā)了一種連續(xù)生產(chǎn)的針式研磨系統(tǒng)（pin mill），集“物料混合－針式研磨－研磨后混合”一體，用于工業(yè)化生產(chǎn)干粉細胞培養(yǎng)基，可以用來生產(chǎn)從10kg至4000kg不等批量的干粉細胞培養(yǎng)基。

 

Pin mill研磨系統(tǒng)是一種高速沖擊研磨系統(tǒng)，包括一個進料口、兩個同軸帶有研磨針的轉(zhuǎn)盤以及一個出料口。當原料通過進料口投入研磨器后到達轉(zhuǎn)盤中央，在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)離心力的推動下往徑向外側(cè)運動同時被相互咬合且相對旋轉(zhuǎn)運動的研磨針研細。物料在進入針式研磨腔前和完成研磨離開研磨設(shè)備后都使用混合機進行了混合，以確保進入研磨器和最終產(chǎn)品的成份均勻性，其生產(chǎn)工藝流程見下圖1-1。


 

圖1-1 pin mill生產(chǎn)干粉細胞培養(yǎng)基工藝流程圖

 

與傳統(tǒng)的球磨生產(chǎn)工藝相比，pin mill 生產(chǎn)系統(tǒng)研磨的顆粒更細，批次控制范圍大且靈活（0.5~4000kg），在研磨及研磨后顆粒輸送的過程中，采用氮氣控制機體的溫度，使研磨機的溫度保持在40℃以下，并且避免了粉塵污染、交叉污染等。該系統(tǒng)機體的拆分、組裝及清潔也較為簡單，適合cGMP生產(chǎn)。

 

關(guān)于使用pin mill 系統(tǒng)生產(chǎn)的DPM性能，如生產(chǎn)過程中的成份組成均質(zhì)性、生產(chǎn)的產(chǎn)品性能及是否適合細胞培養(yǎng)和生物制品生產(chǎn)等，有詳細的驗證研究，結(jié)果顯示，pin mill生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品均勻分布性滿足標準，并且均勻性與成份以及批量大小無關(guān)；生產(chǎn)的產(chǎn)品諸如溶解性、pH、滲透壓等理化性質(zhì)、細胞培養(yǎng)方面及生物制品生產(chǎn)與球磨生產(chǎn)工藝相同。