随着生物制药工艺中一次性技术的日趋广泛采用，尤其是商业化生产批次中采用一次性生产方式，针对这个相对较新且还在不断进化中的技术平台，各种担忧和关注被医药监管当局、制药工业界和行业组织所提出。这些关注主要集中在安全性和商业供应相关的两个方面。本文将就这两个方面目前国际上的讨论、共识和进展进行介绍。

在生物药品的中试和临床研究用药的生产中采用一次性系统，即接触流体的通道和部位为抛弃型元件的工艺设备，已经有了近20年的历史；一次性技术也从满足单一步骤的元件、设备，发展出了可以完成单元操作从简单到复杂的一次性系统，直至目前最新的适用于单一或多种应用的全自动化一次性工艺系统。生物药品在一定批量下的商业化生产，除少数步骤外（例如大规模的原核发酵），全流程一次性的生产方式，在技术上已经成为可能。一次性技术因其方便易用、极高的灵活性、降低交差污染的风险、减少对高洁净级别的需求、不需要清洁、降低清洁和灭菌验证工作量等优势，被称为“规则的改变者”，这使得制药工业长期孜孜以求而不得的目标——“更好、更快和更便宜”——在这个新技术平台的支撑下，得以实现。

同时，随着一次性技术的广泛采用，也会从很多方面根本性地改变制药工业原有的生产和验证方式，以及管理理念，使得基于传统工艺设备平台，即可重复使用的不锈钢系统，而建立的各种标准、法规性指南和最佳工业实践，急待增补和更新。

缺少指南的指导和对该新技术平台使用经验的缺乏，都使得医药工业的相关各方，对在符合GMP/cGMP要求的商业化药品生产中引入一次性技术，或称之为采用一次性生产方式，产生了各种疑虑和担忧，这些也可以视作为广泛采用一次性生产方式所必须面对的挑战。上述关注的焦点主要集中在安全性和商业供应相关的两个方面上，本文将对这些问题国际上的讨论、共识和进展进行介绍。

首先，相比可重复使用的不锈钢系统，和基于此基础上的相对成熟的操作和检测方法，制药工业界和相关各方，提出了对于一次性系统本身的安全性，和如何进行质量控制的关注，包括物理完整性、颗粒物、化学、生物和微生物相关的风险问题，下文将分别进行讨论。

安全性探讨

物理完整性

一次性系统相比传统的不锈钢系统，在制造工艺上和成品强度上都存在差别，对一次性系统在物理完整性方面，主要的一个担心为是否会出现制造来源的难以检测出的“针眼”，即非常小的刺穿孔？这个担忧主要是针对一次性无菌袋的，包括二维和三维的“袋子”。

是否会有出现“针眼”的可能，并如何降低风险呢？

从无菌袋的薄膜材料上来看，虽然看起来一次性系统中的“袋子”与我们生活中经常使用的塑料购物袋差不多，但是，这二者本质构成上，有很大的不同。由于无菌袋在制药生产中，需要作为液体收集、储存、液液混合、固液混合等的容器所使用，为保证其很好地起到气体和液体屏障的作用，其容器壁的构成为多层薄膜的复合材料，例如Pall公司的无菌袋（生物容器）的壁层，为5层的复合薄膜材料构成。

即使其中某层薄膜被刺穿，多层薄膜在同样的位置存在刺穿的概率也是非常小的。

除薄膜被穿透外，存在“针眼”的另外的可能来源于制造过程中的密封，包括容器的封边和与管路接口的密封。一次性容器在制造工艺和设计方面的改进，也会减少相关的风险。例如，相对常用的直线式封边，会在纵横交叉的地方，出现重复的热封。这样的结果是使边角汇合处容易被损伤，造成不易被探查到的很小的撕裂，而如下图所示的连续式封边，就可以很好地预防这样的问题。在进行管道接口与无菌袋连接部位的密封时，也存在设计改进的空间。如果进行直接密封，两层平直的塑料壁层与圆弧形软管接口在密封的边缘，也是高风险的部位，容易产生密封不严的情况。可以采用的改进设计为，将软管接口预先嵌入船型的注塑件。进行无菌袋生产时，容器出入口端的密封就变成无菌袋和船型件的密封了。

由于船型件本身有一定的侧面附着宽带，而且头尾两端采用了逐渐收窄的楔形设计，为薄膜壁层的附着提供了足够的面积，使得密封的牢固性得到了很大的提升，并有效防止了边缘密封不严的可能。见图1~4。

对一次性系统在物理完整性方面，另外一个担心仍然是针对无菌袋的。由于塑料材质的强度没有不锈钢高，是否会在生产操作中发生“袋子”破裂，从而造成料液的损失？

在早期一次性系统使用过程中，的确发生过破裂的事件。主要原因是由于设计不够便捷或者辅助装备的缺乏。例如，针对比较大容量的二维无菌袋，如20L或者50L，在其中充入液体后，其自重会变得比较大，不适合采用类似输液袋的悬挂方式，否则会给容器造成过大的压力，产生破裂等不良后果。采用针对二维容器设计的托架，或者为多种一次性系统设计的多功能工作站，可以很好地解决上述问题，见图5和图6。

而对于容量更高的三维容器，如果三维“袋子”的设计不够合理，可能需要在充满液体的过程中，由操作人员在容器顶端进行抻拉，以保证充液完全。这样的抻拉操作，操作人员的用力不好控制，用力过大时，曾经发生过撕裂三维容器的情况。改进的设计可以采用更科学的三维容器折叠方式，空袋放入有支撑作用的三维拖车底部后，在充液过程中三维容器可以进行液体的“自充满”，而不再需要人为操作的辅助。见图7。

颗粒物风险

工艺设备来源的颗粒物，是注射剂最终成品中颗粒物污染的可能来源。每批次生产均使用一个新的抛弃型系统的一次性生产方式，使得药品生产企业非常关注这样的系统中可能含有的颗粒污染物。为满足制药应用的要求，一次性系统的供应商应当从制造起始环节的树脂进料斗清洁，到一次性元件的生产和控制，直至一次性系统的最终装配环境，层层进行严格管理。

无论是进行过程控制，还是对最终的一次性系统成品进行出厂检验，均需要对元件和一次性系统进行颗粒物含量的检测。目前各国药典中，都有针对注射剂成品的颗粒物检测方法，包括可见异物和不溶性微粒两个项目。例如美国药典（USP）第1章“注射剂”中，规定注射剂产品中应“本质上不含有可见的颗粒物”。USP第788章“注射剂中的不溶性微粒”，对注射剂成品中的不溶性微粒的检测方法和限度进行了规定。显然针对药品的药典规定，不可能完全适用于工艺设备，尤其是在如何获得待测样品的环节上。目前通常的做法是对一次性元件和系统进行冲洗，对收集到的冲洗后液体，按照针对注射剂成品药品的检测方法和标准进行检测。但是，如何冲洗，冲洗量与系统表面积的比例等问题，目前尚没有任何国家标准、法规指南或者工业指南可以遵循。

目前的进展为，BPSA（Bio-Process Systems Alliance，生物工艺系统联盟）这个由一次性系统的供应商和使用者共同组成的，专注于推进一次性技术在生物制药和疫苗生产中应用的工业机构，针对一次性系统颗粒物检测的问题，成立了工作团队，并正在编写相关的指南，预计于2014年内公布。

化学和生物学风险

在化学和生物学风险方面，首先需要考虑的是材料的安全性，如果材料本身对于患者来说是有害的，就不能用来作为工艺设备中与料液接触部位的结构材料。有关材料安全性，可以采用的检测方法为USP第87章“体外生物反应性检测”和第88章“体内生物反应性检测”。一次性系统与料液接触部位的结构材料，宜使用符合USP第88章VI级塑料要求的材料。第88章要求使用2类方法，进行生物反应性检测。第1类的要求为采用多种提取体系，包括盐溶液、乙醇溶液、PEG 400和植物油，对塑料样品在不同的温度下进行提取，提取液分别在两种动物模型上进行中枢和局部注射，得到对应的安全性数据；第2类的要求为在2种动物模型上进行待测材料的肌内或者皮下移植，获得相关的反应性结果。VI级塑料的检测结果应当通过上述所有的方法。

构成一次性系统的高分子聚合材料中，可能含有未反应的单体、反应不完全的寡聚体和包括抗氧化剂、抗静电剂、助塑剂等在内的各种添加剂残留，这些小分子物质可能在与料液接触的过程中，释放到工艺流体中。而这些小分子的外源物质，如果最终出现在药品成品中，首先就是药品中的杂质，另外可能与药品成分发生反应，其结果是造成药品纯度、安全性和效价方面的质量问题。因而对于采用一次性系统的药品生产者来说，对这些可能由流体接触表面释放到产品、中间体等工艺流体中的物质，进行定性和定量的研究，即被称为“可提取物（extractables）和浸出物（leachables）研究”的工作，就是非常必要的，并且是确认和验证工作的重要组成部分。

有关这方面研究可以遵循的工业指南为BPSA于2008年颁布的“对可提取物和浸出物检测的推荐”，这个工业指南既是一次性系统供应商们所一致同意的，也在发布前被美国FDA和最终使用者审阅过；在全世界范围内，已有许多成功的案例，为采用这个工业指南的推荐进行相关研究并呈递资料后被监管机构所批准。ASME-BPE（美国机械工程师协会－生物工艺设备）正在进行“一次性系统可提取物标准”的修订，为2014版草案，新版草案相比现行2012版在内容上有增加，例如，可提取物和浸出物的定义，元件的提取条件推荐等。BPOG (BioPhorum Operations Group)正在代表部分生物制药公司与BPSA讨论应当在一次性系统的可提取物研究中采用更多提取体系（溶剂）和增加更多提取条件，目前的焦点是进行这样研究的理由是否充分，如果进行这样的研究，是由一次性系统的供应商还是使用者来承担，和由此而产生的成本负担。USP中的第661章为“塑料容器”，由于生效时间较长，面对当今的制药工业的现状存在局限性，例如检测方法需要现代化和与其它标准中的方法统一，应当拓展涵盖的范围为不仅限于口服制剂和不仅限于少数塑料等，拟议中的修改稿将由原来的无分节扩增至含有3节内容，分别为661.1塑料结构材料、661.2药用塑料包装材料和661.3制药工艺系统，并且引入分阶段评估的方式，分别为材料的筛选、工艺系统评估和产品评估。USP中会新增指南性总论章节，分别为第1663章“与制药包装/输送系统相关的可提取物评估”，第1664章“与制药包装/输送系统相关的浸出物评估”，和第1665章“与制药包装/输送系统相关的药品浸出物毒性评估”。

微生物负荷控制和无菌

大多数一次性系统是预先组装好、密闭的，并经γ辐照处理后，才送达到使用者生产场地。在不同的制药工艺应用中，有些只有低微生物负荷的要求，例如绝大多数的切向流操作步骤，但是，仍然存在一些应用需要严格无菌，例如无菌原液的储运和非最终灭菌药品的灌装。

如果不是严格无菌的操作步骤，使用者对所使用的一次性系统，只需要确认其经受过达到一定剂量的γ辐照处理即可，通常25kGy的剂量足以保证极低的微生物负荷。

但是那些有严格无菌要求的应用，使用者需要确认所使用的预先经γ辐照灭菌的一次性系统具有严格的无菌声明，而且需要审计供应商完成的涵盖特定一次性系统的γ辐照灭菌的验证符合相关国际标准的要求。单纯只依靠供应商所提供的无菌声明证书，而没有进一步审核其验证的过程和方法的做法，已经不能被监管机构所认可，例如美FDA在2013年针对Biogen发出的483观察信，就明确地要求该公司对无菌的原液袋需要针对其辐照灭菌的相关验证进行确认，而不能只依赖于供应商提供的无菌证书。

辐照灭菌验证可依据ANSI/AAMI/ISO 11137:2006标准，在辐照剂量确定方面AAMI TIR33:2005给出了更多的选择。虽然ANSI/AAMI/ISO标准和AAMI TIR的初衷是针对医疗器械的，但是一次性系统的辐照灭菌验证完全可以参照这2个标准进行。BPSA发表于2008年的“一次性生物工艺系统辐照和灭菌验证指南”，对如何运用上述2个标准进行一次性系统的辐照和灭菌验证进行了推荐，是一份非常有教育性的指南文件。

商业供应

除上述安全性方面的挑战外，采用一次性生产方式后，制药工业的一些传统的，也是成熟的管理理念，也受到了挑战。例如，由于在一次性生产中，每个批次的生产，都是采用了一套新的系统（流路），因而，任何药品生产者都不可能在验证过了的那套一次性系统上进行生产；与不锈钢系统在一段时期内存在于生产场地内不同，一次性系统需要每批更换，对供应商、物流运输者和辐照服务商是否可以按时交货、批次之间的一致性等的考虑，因为这些因素对药品质量相对高的影响，而受到超过在传统生产方式时的重视。这也就是在本文开始时提到的，第二个方面，商业供应方面的关注和挑战。

显然，针对一次性工艺设备，需要在质量管理上形成相比于传统不锈钢系统而言的，更密切的各方合作，包括一次性系统的供应商、各种服务商（辐照、运输等）和制药企业之间的相关合作。BPSA正在编写被称为“质量协议”的一个模版文件，这是一个检查清单形式的文件，预计在2014年可以发布。目的在于加快未来供应商和使用者之间订立相关质量协议和批准该协议的速度，建立各方更统一的针对质量系统、变更管理和告知等的预期，建立针对一致性的预期标准，便利相关各方的沟通，并最终加强一次性产品的质量和推进一次性系统更广泛的应用。

结语

作为新的技术平台，一次性技术无疑给当今的制药工艺设计带来了更多的选择，虽然广泛采用一次性生产方式目前仍然存在各种挑战，但是我们应当相信在相关各方的合作努力之下，更多、更高品质并更快上市的药品会成为克服这些挑战之后的丰厚奖励，而从中最终获益的将是全人类的健康事业。

本文作者董巍系颇尔中国生命科学制药部高级市场经理，Jerold Martin系BPSA主席，颇尔生命科学全球法规事务高级副总裁。