無菌制劑生產工藝驗證研究

黃燕斌

（海正藥業（杭州）有限公司，浙江杭州311400）

0 引言

藥品生產工藝驗證最早源于美國CCMPCFR21文件的要求。美國FDA現行的《藥品生產質量管理規范》中雖然沒有對工藝驗證進行具體討論，但是驗證這個概念體現在整個文件中。

美國、歐盟、世界衛生組織（WHO）、其他國家GMP以及GxP中都對驗證做出了相應的要求。我國早在1992年頒布的GMP中就對驗證有了部分要求；1998年修訂版GMP在1992年版的基礎上，加強了對驗證的要求；2010年修訂版GMP中，其驗證要求基本上已與歐美等發達國家對驗證的要求相一致。

隨著GMP的不斷發展以及人們對藥品質量控制及監管的不斷重視，工藝驗證得到了全球越來越多制藥企業的認可。工藝驗證不僅能滿足藥政要求，還能保證始終生產出符合預先設定質量的標準產品。

1 驗證概況

1.1 驗證的起源與發展

驗證是正確、有效地實施GMP的基礎，是保證產品質量的關鍵因素。可以說，沒有經過驗證的工藝，是不可能始終如一地保證藥品質量的。驗證是一個證實或確認設計的過程，是一個確立文件的過程，是一個提前發現問題的過程。在驗證時，可以安排最差條件試驗、極限試驗和挑戰性試驗。藥品工藝驗證是一個全面的概念，它包含了影響藥品質量的各種因素。通過詳細的設計和生產工藝的驗證，可以保證連續批量生產的產品均能達到質量標準。

1.1.1 起源

20世紀70年代，美國集中出現了一系列敗血癥病例，僅1973年從市場撤回輸液產品的事件就高達225起。觸目驚心的藥害事件引起了美國FDA的高度重視，當局組建了特別調查小組對美國的注射劑生產商進行了全面調查。整個調查歷時幾年，調查表明，引起敗血癥的原因并不是美國的注射劑生產商無菌檢查存在問題，也不是其違反了藥事法規將不合格品投放到市場中，而是由以下問題引起：無菌檢查的局限性、設備或系統設計與制造的缺陷、生產過程中的各種偏差及問題。經過調查發現，輸液產品污染與許多因素有關，如廠房設施、采暖系統、通風和空氣系統、水系統、生產設備、生產工藝等。其中，生產工藝尤為重要。

美國FDA對這次藥害事件的調查結果讓人們深刻認識到產品是需要檢驗的，而僅僅檢驗并不能保證產品的質量。從“質量管理是一項系統工程”的觀念出發，FDA認為有必要制定一個新的文件，通過驗證確立控制生產過程的運行標準，通過對已驗證過程狀態的監控，控制整個工藝過程。這次藥害事件的調查直接導致了驗證這一重要的過程控制措施的誕生。

1.1.2 發展

自20世紀70年代初，從大容量注射劑生產開始，驗證的應用迅速普及到其他滅菌過程，并參與到其他的制藥工藝中。在無菌產品的生產工藝中，驗證的應用很少受到阻礙。但是，在非無菌產品及其相關生產工藝中，驗證的應用則存在困難。20世紀80年代末，生物技術第一次被引入，對藥品生產的重要工藝進行驗證。與此同時，計算機化系統首次應用于cGMP，并成為驗證要求的一部分。

1.2 實施驗證的原因

在制藥發展歷史中，驗證是GMP不斷創新發展的里程碑，是質量管理體系（QMS）持續穩定運行的必要基礎，是更為有效的質量保證方法。驗證在GMP中所體現的價值和所發揮的作用簡要概括如下：

（1）驗證能使藥品生產企業生產出高質量的藥品，降低患者使用風險，保證患者用藥的有效性、安全性和穩定性。

（2）通過驗證，可減少所需的工藝環節及時間，使操作更有效，質量更有保證。對配方和工藝條件的優選是工藝開發的內容，它為工藝驗證提供了基礎，驗證促使工藝優化。驗證能夠證明質量是建立在工藝基礎之上的，而工藝是受控的。工藝驗證是GMP和質量管理（保證）體系的基礎。沒有驗證也就沒有有效的質量保證體系。

（3）驗證能夠在保證質量的前提下降低生產成本，提高經濟效益。驗證活動能夠降低系統故障率，減少產品報廢、返工和復檢的次數，使用戶投訴以及產品召回的事件大大減少。

驗證是證明任何程序、生產過程、設備、物料、活動或系統確實能達到預期結果的有文件證明的一系列活動，是保證藥品生產質量的關鍵因素。因此，在藥品生產中實施驗證必不可缺。

1.3 工藝驗證的方法及相關因素

驗證是GMP管理的理論基礎，它貫穿于藥品開發研究、廠房設施建設、設備安裝、儀器測試、生產工藝以及上述過程和方法的變更等活動中。工藝驗證的目的是證實某一工藝過程確實能穩定地生產出符合預定規格及質量標準的產品。即通過驗證，證明被驗證的產品工藝處于“受控狀態”。

1.3.1 一般工藝驗證方法

（1）基于產品知識、工藝知識、法規和公司質量要求；（2）需要跨部門的職能團隊，包括廠房設計人員、合同制造商和設備供應商；（3）證明系統影響性；（4）建立基礎的驗證計劃并遵照執行；（5）消除執行過程中的資源浪費；（6）避免項目進度延遲或成本浪費；（7）避免產品供應中斷或延遲產品上市。

1.3.2 工藝驗證的相關因素

如果一個系統可能影響或潛在影響藥品的安全性、純度、特性、有效性、濃度或質量，則認為它是關鍵要素，應該進行驗證。

工藝驗證涉及的相關驗證，包含藥品生產驗證的全部內容。它必須在廠房驗證、設施驗證、設備驗證、物料驗證、清洗驗證、檢驗方法驗證、產品驗證的基礎上進行，排除其他影響因素，結論才真實、可靠。

2 工藝驗證研究

2.1 工藝驗證的定義

我國2010版GMP規定：工藝驗證應當證明一個生產工藝按照規定的工藝參數能夠持續生產出符合預定用途和注冊要求的產品。

美國FDA規定：收集評估從工藝設計階段一直到商業化生產的數據，用這些數據確立科學依據，證明該工藝能夠始終如一地生產出優質產品。

2001版PIC/S規定：工藝驗證應當證明工藝能始終如一地生產出符合預期標準和質量屬性的產品。

2.2 工藝驗證與產品質量的關系

工藝驗證是無菌生產保證產品符合其預期用途的證明。無菌產品的生產過程、材料控制、環境監測、無菌檢查以及人員培訓等都將通過工藝驗證方式得到證明，證明整個無菌工藝系統是穩定的，無菌工藝能夠始終如一地生產出符合預期用途的產品。質量不是源于工藝驗證，但是工藝驗證是產品質量的證明。理解工藝驗證的作用應認清以下事實：（1）質量、安全性和功效被設計或構建于產品之中；（2）產品的無菌或其他質量特性絕不能僅依賴于任何形式的最終處理或成品檢驗；

（3）對生產工藝的每一步均予以控制，確保成品符合包括規格在內的所有質量屬性要求；

（4）生產人員的技能、所接受的培訓以及工作態度是實現產品無菌的關鍵因素；

（5）無菌藥品的生產必須嚴格按照精心設計并經驗證的方法及規程進行。

2.3 工藝驗證簡介

2.3.1 工藝驗證的一般程序

2.3.1.1 確定驗證項目

根據企業驗證計劃，提出具體的驗證項目，會審、批準后立項。

2.3.1.2 制定驗證方案

在正式的課堂教學中，每個小組將以自己的方式顯示小組合作學習總結的結果，集中與其他團體討論以交換不同的觀點，團隊同時進行協作和競爭，以促進學習過程。教師進行現場觀察和干預，為學生提供有效的指導。各小組學生在課堂上踴躍發表自己的看法，氣氛相當活躍。課后小組成員間可以針對課堂上的學習內容，在平臺上暢所欲言，相互交流，相互啟發。Blackboard平臺實現了傳統課堂在時空上的延伸，使學習過程在教師與學生共同控制之下，學生有了更多的自主性，幫助學生成功實現向素質教育轉軌。這樣，學生的動手能力、思考能力、語言能力、交流能力等都得到了鍛煉，學習積極性提高，學習效率增強。

方案由各驗證項目小組負責起草，并根據專業分工，分別編制。

2.3.1.3 組織實施驗證

（1）準備工作：設備、儀器、試劑、物料、標準器及SOP等；

（2）修改或補充方案：實施中需修改或補充方案的，應有正式報告，批準后執行；

（3）填寫記錄：實施情況認真記錄在事先設計好的表格中，仔細分析；

（4）小結與評價：分階段做好小結與評價工作。

2.3.1.4 驗證報告及審批

（1）核對審查：按照驗證方案核對各階段的驗證工作；

（2）整理匯總：數據整理分析后，以技術報告形式總結驗證結果；

（3）驗證報告：小組編制驗證報告，并提出最終評價和結論；

（4）審核批準：驗證總負責人審核、批準并簽署意見。

2.3.1.5 發放驗證證書

驗證總負責人簽發驗證證書。

2.3.1.6 驗證文件管理

驗證立項、方案、記錄、報告、證書等文件應歸檔保管；確立的文件按企業“文件全過程管理規程”批準后下達。

2.3.1.7 再驗證

按驗證報告中的再驗證計劃定期實施。

2.3.2 無菌制劑工藝驗證實施的案例介紹

以無菌凍干制劑產品關鍵工藝步驟為例，介紹其工藝過程及驗證特點。對于特定工藝擬定正常生產的工藝參數，對于需要研究的工藝參數，批生產時將考慮采用最差條件執行工藝驗證。

2.3.2.1 配料

在一定的潔凈環境下，按照生產指令單稱重復核所需物料，做好明確、清晰的標識，防止任何可能出現混淆的情況。配料所用工具容器需經注射用水清洗并晾干，在48 h內有效，否則需重新清洗。

2.3.2.2 溶液的配制和除菌過濾

根據無菌制劑產品藥液的特性確定其相應的潔凈級別。若稱量粉末物料，要注意設置除塵裝置，保護人員和環境免受污染。配制的溶液應進行如密度、溫度、pH等項目的檢測。

配制好的溶液通過預過濾加入到貯液罐中。對溶液預過濾管路進行在線滅菌，滅菌后的過濾管路有效期為24 h，否則需重新進行滅菌。使用后對所用的過濾器進行完整性測試，應符合要求。由于除菌過濾不能去除內毒素，所以必須控制過濾前的微生物負荷，以減少內毒素的形成。

驗證過程中按照計劃取樣，考察預定的配料工藝是否能配制出合格的產品溶液；考察配料溶液在規定的放置時間內是否穩定（包括化學指標和微生物指標），為今后的溶液保持時限規定提供依據。

2.3.2.3 容器具的清洗和滅菌

清洗目的在于去除容器具表面的微粒和微生物，另外還要去除上批次產品的殘留，防止交叉污染。清洗后需要進行滅菌或除熱原操作，滅菌或除熱原的程序、參數應該經過確認和驗證，并遵照執行。已滅菌的設備按照我國GMP要求進行貯存和轉移。

2.3.2.4 膠塞的準備

免洗膠塞用兩層呼吸袋包裝，經滅菌柜滅菌干燥，冷卻后傳送至使用點。

2.3.2.5 無菌灌裝和壓塞

灌裝區域是整個潔凈環境的核心，稱為關鍵區域。灌裝管路經在線滅菌后，將已滅菌的灌裝組件（包括二級除菌過濾器）通過無菌操作安裝好。產品溶液經在線除菌過濾后，輸送到無菌過濾緩沖罐；灌裝或分裝后應在最短的時間內壓塞，減少產品暴露時間。

另外，必須采取措施減少操作人員對關鍵區域的干擾。某些產品在灌裝后還會進行充氮保護。

2.3.2.6 凍干

每批產品生產前，應對凍干箱進行CIP處理，對凍干箱及其空氣濾芯進行SIP處理。并在24 h內使用，否則應重新滅菌。不同產品或相同產品在不同的凍干機上，其工藝參數有所不同，應進行凍干工藝的開發研究，確定其工藝參數的運行范圍。

驗證過程中，考察產品溶液經設定的程序凍干后，產品的外觀、可見異物、不溶性微粒、澄清度、水分、含量是否符合要求。

2.3.2.7 軋蓋

在凍干機內完成全壓塞的產品出箱后，送入軋蓋機完成軋蓋操作。鋁塑蓋封口應圓整光滑，不松動。生產過程中隨時檢查軋蓋質量，包括破瓶、缺塞、缺頂、軋壞等情況。

2.3.2.8 無菌產品的最終處理

軋蓋后的無菌產品應進行必要的密封性檢查。

2.3.2.9 外包裝

外包裝工序包括貼標、裝盒、電子監管碼賦碼、裹包和裝箱等。由于是在產品完全密封后進行的，所以可以不在潔凈環境下進行。但外包裝工序通常涉及產品的各種識別碼，如批號、電子監管碼等。凡是涉及識別碼的工序應被認為是關鍵工序，并進行必要的確認和驗證。

3 無菌制劑工藝驗證研究

3.1 無菌制劑工藝簡介

對于制藥行業，無菌工藝就是在潔凈環境下將各種無菌組分、產品進行配制組合。按照去除微生物的時機和方法不同，無菌生產工藝可以分為最終滅菌工藝和非最終滅菌工藝。

最終滅菌工藝是在控制各工序生物負荷的基礎上，在藥品灌封后，通過濕熱滅菌等方式除菌。其關鍵的操作步驟灌裝和密封在高質量的環境（如C級）中進行；常用加熱法或輻射法對裝在最終容器中的產品進行滅菌。這些方法成本低，無菌保證水平高，適宜于大容量注射劑和小容量注射劑的滅菌。

非最終滅菌工藝是在無菌系統環境下，通過無菌操作法或除菌過濾法，以防止污染為目的，消除導致污染的所有可能來保證無菌水平。其關鍵的操作步驟灌裝和密封在極高質量的環境（B級背景中的A級）中進行。

評價無菌保證工藝是否有效，在于無菌保證工藝的設計是否合理，所用的設備與工藝是否經過充分的確認和驗證。在此基礎上，切實按照驗證后的工藝進行生產，這樣才能保證無菌工藝的可靠性。常用“無菌保證水平”（SAL）來評價無菌工藝效果，SAL是指產品經滅菌/除菌后微生物殘存的概率。該數值越小，表明產品中微生物存在的概率越小。

無菌制劑產品的劑型包括粉針制劑、水針制劑、凍干制劑、滴眼劑和膏劑等多種形式，每一種劑型的生產工藝各有其特點。

3.2 無菌制劑工藝設計

無菌制劑產品采用何種工藝生產，是由產品特質決定的?；凇百|量源于設計”的理念，在產品研發和擴大生產過程中積累的對產品和工藝的理解，最終體現在商品化生產的工藝設計之中。

首先，應根據產品耐熱特性，確定產品能否采用最終滅菌工藝。鑒于最終滅菌工藝的無菌保障水平遠高于無菌生產工藝，法規監管機構要求注射劑盡可能采用最終滅菌工藝。

圖1是EMA推薦的溶液劑型產品除菌工藝決策樹。從圖1可以看出，過度殺滅法是首選的滅菌方法，其無菌保證水平最高。除了產品的耐熱性以外，產品的其他特性，如是否具有毒性、致敏性、能否促進微生物的生長等，也應該充分考慮。每種特性都對無菌制劑產品的工藝設計有著重大影響。此外，產品的劑型和包裝形式也會對工藝設計產生較大的影響。

4 無菌制劑工藝的風險評估

圖1 溶液劑型產品除菌工藝決策樹

隨著現代制藥行業中質量風險管理的發展，風險評估被廣泛應用在制藥行業的各個領域和各個階段。從工藝設計到性能確認、持續的維護改進，從原料藥生產到無菌制劑，到處都可以看到風險評估的應用。風險評估的方法和工具有許多，比較適用于工藝風險評估的方法是失效模式影響分析（FMEA）和危害分析與關鍵控制點（HACP）這兩種。

圖2是一個典型的無菌凍干產品生產工藝流程圖。針對每一個工藝步驟，使用FMEA方法進行風險評估，并采取措施降低較高等級的風險，風險評估結果及風險控制措施如表1所示。

無菌工藝的風險評估是一個反復迭代的過程。采取控制措施進行風險控制后，應再次進行風險評估，以確定風險確實消除或降低到了可以接受的水平。

5 無菌制劑工藝驗證的思考

5.1 無菌制劑工藝驗證的必要性

藥品質量管理是保證醫療質量的前提。要保證藥品質量，預防與控制遠比事后處理更加重要。在藥品生產前，對藥品的生產工藝進行系統規范的驗證，可以從根本上保證藥品的穩定性及有效性等。

藥品生產工藝的驗證不是一個簡單的檢驗過程，而是根據GMP原則進行的一系列活動，用以證明任何程序、生產過程、設備、物料、活動或系統確實能達到預期結果。工藝驗證環節要進行嚴格的規劃與實施，并對驗證結果進行評估，生產工藝驗證的主要目的是確保產品質量的穩定性。驗證主要項目包括生產材料的質量和投入比例、生產的工藝限度、操作的技術參數以及最基本的生產條件和環境情況。在工藝驗證的每一個步驟都要收集足夠的數據和證據，利用收集到的數據來證明生產的可靠性，以此來保證產品質量。

圖2 無菌凍干產品生產工藝流程

表1 風險評估結果及風險控制措施

做好驗證工作是制藥企業達到國家標準的基礎，也是有效實施GMP的重要保證。可以通過驗證檢查出藥品生產環節可能存在的任何缺陷以及其中對生產存在影響的問題，及時采取措施加以改正，使其符合生產規范要求。

全面完整的驗證體系能夠為公司帶來許多積極的影響，如保證質量、優化工藝、降低成本和保障安全等。制藥企業對生產工藝驗證的合理投入越多，對工藝的了解越多，產品質量的穩定性保障就越多。對于工藝驗證的合理投入就像一個企業的投資，其回報是長遠的、豐厚的。

5.2 無菌制劑工藝驗證環節存在的問題及對策

驗證是證明任何程序、生產過程、設備、物料等能否達到預期結果的一系列活動。驗證需要經過較長的周期、較多的環節以及投入較大的精力，在大多數制藥企業的GMP實施過程中還較為薄弱。

5.2.1 工藝驗證的操作者對新的工藝認識不深，缺乏實際操作經驗

對于許多制藥企業而言，新的工藝規程，大多是自主研發或直接從其他公司購買，而針對驗證此項工藝的技術人員來說，其工藝基本都是初識，只能從相應的文件中獲得所需知識，一般對于藥品生產工藝的研究較為片面。在具體操作中，對于各環節和技術參數，就會存在很多疑問。比如，溫度的變化會對工藝產生什么影響，如何檢測，有什么理論依據，為什么這項要進行pH檢測，如何具體調節等。

針對這些問題，驗證人員往往比較困惑，這也給驗證的實施帶來一定的阻礙。當然，針對驗證系統比較完善的公司來說，這些問題基本都能克服，并且能夠很好地保證產品質量的穩定性，但是卻很難提出工藝優化的方法。

鑒于此，筆者認為需要安排驗證人員與工藝技術人員做好交接工作以及相應的學習工作，讓驗證人員在驗證之前能夠全面了解工藝的各環節和各技術參數，了解生產工藝中的風險點和可以優化的環節，這樣才能更好地保證產品驗證的有效性和穩定性，并且最大限度地發揮驗證的作用。

5.2.2 驗證環節較多，周期長

無菌制劑工藝驗證是一項復雜的系統工程。全面的工藝驗證既包括廠房設施、公用工程和工藝設備等“硬件”的確認，又包括人員培訓、時限控制、無菌檢測等“軟件”的確認。其內部各系統之間有著科學、合理的邏輯聯系。

要進行驗證工作，就必須按照驗證生命周期設計出一套完整的驗證計劃。驗證活動中的很多因素都在不斷發展變化，也必須不斷地適應調整。如果出現問題，要進行相應的偏差調查和分析，對于不存在風險的則放行。反之，則要建立糾正預防措施，并做好驗證。正常生產情況下，若未發生任何變更，可每五年進行再驗證。

6 結語

自驗證被引入制藥行業以來，其應用范圍逐步擴大。隨著驗證工作的不斷深入和逐漸成熟，未來制藥行業驗證活動的變化和發展趨勢，是我們不斷深入探討的話題。針對現今的發展情況，未來驗證可能有以下幾個發展方向：

（1）“質量源于設計”（QbD）是一種系統的研究方法，即產品研發以預先設定目標為起始，根據合理的科學方法和質量風險管理，強調對產品和生產過程的認識。質量保證是建立在設計基礎上，而不是通過對產品的檢驗得出來的，這個認識已經越來越被國際藥品監管機構和藥品生產企業所接受，國外的很多企業已經開始實踐這一理論并取得了一定的成果。但是，國內的監管機構和制藥行業尚處在學習階段，值得注意的是，藥品生產企業的持續發展仍然依賴于新產品的開發。由此可以預見，中國制藥行業的未來將與QbD息息相關。

（2）基于科學的質量風險管理的方法，隨著我國2010版GMP融入并推廣“質量風險管理”以來，國內藥品生產企業已經取得或多或少的收益。實施質量風險管理有助于提高管理水平，并且可以應用于整個產品生命周期。結合FDA中“基于風險的合規倡議和經濟利益”及我國2010版GMP中“確認或驗證的范圍和程度應當經過風險評估來確定”的法規要求，當前國際制藥行業領域正朝著精簡驗證的方向發展，并由此改變了大眾關于驗證成本過高、經濟優勢較少的傳統認知。

驗證工作在制藥行業的質量體系運行中起到了重要的作用，同時驗證活動中的很多因素都在不斷發展變化。因此，驗證要求必須不斷地改變與創新從而適應新的環境。驗證工作是實施GMP的基礎，而工藝驗證又是驗證工作中的關鍵性環節。驗證必然會導致工藝優化，提高生產效率，進一步降低成本，在驗證方面所作的投資都會得到優厚的回報。