摘要

一次性技术与一次性理念近些年在国内制药领域被接受的程度不断提高，然而其发展进程相对于欧美发达国家仍然存在一定差距。目前，众多国内制药企业采纳一次性技术的主要状态是：一方面，制药企业认可一次性技术在很多工艺应用上与传统技术相比具有诸多优势，企业有意愿和动力采用一次性技术;另一方面，国内外缺少可以直接参考引用的相关法规指南，企业担心采用一次性技术有可能在法规合规性方面出现问题，造成在工艺申报审批或是工艺变更过程中受到专家质疑甚至被否定，因此国内企业倾向于采取相对谨慎、保守和观望的态度。究其原因，这与举证、质证机制在国内制药行业实施不够充分有关。长期以来，国内制药企业在面对新技术时首要关注的问题为：是否有国内企业在商品化生产阶段或是在临床阶段使用该技术、国外相同药品生产工艺中是否有应用、官方是否会批准改技术被使用等等。原则上讲，国内、外其他企业采用某一技术的情况只能作为一种间接证据;法规部门批准与否主要是基于企业所提供的研究数据。因此，在面对一次性技术时，企业应从一次性技术对药品质量和临床安全的影响角度出发，基于风险评估开展科学、有效的分析研究，进而获得客观、充分的证据用以证明采用某项新技术对药品的安全性及有效性的影响是在可以接受的范围之内。为此，本文以一次性生物工艺袋为例，从制药企业角度概括地分析使用一次性产品应如何进行风险控制，主要内容涉及一次性技术筛选、有效性及安全性评估、供应链安全等方面的风险评估及控制。

一次性技术应用于制药领域已经有30余年的历史，近10年从新技术开发到商业化实践应用一次性技术发展尤其迅速[1]。一次性技术已经从早期的一次性容器、澄清滤器、囊式除菌滤器等发展到如今几乎可以涵盖整个生物制药工艺过程：一次性缓冲液、培养基混匀制备，可以达到2,000L规模;用于缓冲液和培养基存储的一次性生物工艺袋已经可以达到3,000L规模;一次性生物反应器，从15ml微型反应器到2,000L规模生产型生物反应器;抛弃型层析柱;一次性膜层析柱，已用于抗体和疫苗产品的商业化生产;一次性病毒灭活系统;一次性超滤系统;一次性配置系统;一次性冻融系统;一次性分装系统等等。实质上，一次性技术的发展源于制药领域变革和对药品安全性的高要求所产生的相关需求，如法规对清洗验证和避免交叉污染方面要求的提高，促使制药企业寻求解决方案以降低清洗及验证相关成本，降低交叉污染风险;药品研发周期长、投入高、成功率低，促使制药企业尽量减少固定成本的早期投入;新批准药物数量及重磅炸弹药物数量减少，同样促使企业降低固定资产投入，并要求药品能够尽快上市;CMO商业模式的发展要求生产模式随之变化，要求不同产品间、不同批次间的转换更加安全、灵活、快捷;全球一体化背景下，大型制药企业在全球各地建立相应的药品生产基地，需要建立的工艺便于技术转移。实践表明，一次性的技术和产品的应用确实在应对制药领域变革需求方面发挥了重要作用。与此同时，细胞表达水平显著提高、各种一次性电极不断被开发应用，以及其他一次性新技术的商商品化使某些一次性制药工艺应用成为可能。总体而言，一次性技术平台在多个方面具有优势，主要包括：固定成本投入低、固定设施占地小、配套设备要求少、建设周期短、污染风险低、交叉污染风险低、清洗及验证投入低、注射用水及化学试剂消耗少、工艺灵活度高、不同产品间以及批与批之间切换快等。近年来，由于全球对生物药物预期看好，众多新兴企业以及已有较为成熟的化学药研发、生产和销售的国内大型企业，开始布局生物药领域，因此投资成本低、建设速度快等特点，为上述企业使用一次性产品的提供了强大动力。

当然认识到上述一次性技术所具有的优势之外，制药企业在选择使用一次性技术时还必须充分认识、评估一次性技术的潜在风险，并建立相应的风险控制策略[2]。对于制药企业而言，选择一次性技术和产品时至少应考虑的潜在风险包括：一次性技术和产品对药品生产工艺产出的影响，如一次性生物反应器的材质不同可能造成对细胞密度下降和细胞活力降低，目标产品表达量下降等;一次性技术和产品对药品质量的影响，如溶出物/析出物对目标产物理化性质的影响等;一次性产品可能因物理强度不够和连接设计不合理发生泄漏、完整性不合格甚至爆袋等;不同供应商技术和产品间的对接问题;供应链断裂，一次性产品无法及时供货;供应商对原料不能有效控制，生产工艺变更管理不完善，如配方、原材料、工艺过程变更不能在变更前及时通知，或是供应商给制药企业用户所预留的变更应对时间过短等;供应商的上游供应商变更或上游供应商工艺变更管理不善等等。此外，环保政策日益严峻的今天，抛弃型材料的后处理方式，也是企业需要考虑的范畴，特别是批次稳定后，定期对定量的抛弃型废弃物的处理方法如何采用集中处理的规范手段，既能保证培养物逃逸出实验室又能最大限度避免废弃物对环境的不良影响，目前主要采用医用垃圾处理方式，残留细胞物灭活后，集中回收。

进一步讲，制药企业在开展实施一次性技术风险评估和风险控制时需要以整体生产工艺为背景，以一次性技术所属的工艺单元步骤的关键工艺参数和对应的质量因子充分理解和历史数据和经验积累为基础。值得一提的是，制药企业应该充分利用已经积累和掌握的传统制药工艺知识与经验。因为，无论是一次性技术还是传统不锈钢重复使用技术，其风险评估和风险控制的总体原则、策略及方法本身是存在共性的。譬如风险概念，ICH Q9质量风险管理对风险的定义是潜在的危害的可能性和危害的严重程度的结合，风险管理贯穿了整个药品的生命周期并且包括了对原料、溶剂、赋形剂和包装材料及最终产品的整体管理[3]。在目前缺少一次性技术相关指导原则的情况下，借助传统工艺技术和法规指南，企业可以更加从容有效地评估和控制一次性技术的风险。而且企业在实践中可避免低估一次性技术的风险，认为什么都是低风险;或者是高估一次性技术的风险，认为什么都要上升到临床评价高度。实施一次性技术应用风险评估和控制的过程中企业可以借鉴图1关于一次性技术溶出物和析出物的要求，从两个维度即一次性技术在整体制药工艺中所处的位置和应用一次性技术的药品在药品生命周期中所处的阶段，开展一次性技术应用的风险评估工作。原则上讲，一次性技术应用的风险等级从细胞培养工艺单元到终端分装环节，是由较低级别上升至高风险级别;一次性技术应用的风险等级从药品临床前阶段到商品化生产阶段，是由较低级别上升至高风险级别。举例讲，如果一次性技术被应用于商品化生产阶段药品生产工艺中的终端分装环节，其风险水平属于最高风险级别，相应的风险控制和工艺验证要求也是最高的。由此可见，实施一次性技术应用的风险评估和控制需要基于其所处的特定应用背景。接下来本文以一次性生物工艺袋应用于单克隆抗体上游细胞培养工艺单元为例做进一步分析。

细胞培养工艺单元处于单克隆抗体工艺的上游，其功能是培养细胞并表达目标产物，由两个工艺步骤组成即种子细胞扩增培养和生产培养。种子细胞扩增培养环节通常主要关注的是细胞生长速度和培养结束时的细胞活力。由于目标产物在种子细胞扩增培养环节只有微量累计，通常认为该工艺环节对产品质量属性的影响风险低。目前，在生物制药领域一次性培养技术和产品被广泛使用，如BIOSTAT®RM一次性波浪摇摆式细胞培养袋、BIOSTAT®CultiBag STR一次性垂直搅拌式细胞培养袋[1] [4] [5]。在相关风险控制方面，企业在选择一次性细胞培养袋时需关注培养袋与细胞系间的兼容性问题，据公开报道的研究数据显示，不同材质、不同供应商的一次性细胞培养袋对常用细胞系的细胞生长和细胞活力的影响存在差异显著[6]。与此同时，企业还需要关注一次性细胞培养袋在现场操作时存在的泄漏风险、无菌失败风险、一次性细胞培养袋的批间差异问题、供应商供应和原材料变更风险。

除广泛用于上述种子细胞扩增培养外，一次性细胞培养袋应用于临床样品制备在国外已经比较普遍，目前也开始有国内企业利用一次性细胞培养袋生产临床样品。随着细胞表达单克隆抗体滴度的大幅提高，以及1,000L和2,000L规模一次性细胞培养袋的商品化，国外开始出现利用一次性细胞培养袋进行商品化单克隆抗体生产。由于生产培养工艺环节是生物制药工艺中的关键工艺步骤，直接影响着工艺产量和药品质量。制药企业在评估和控制一次性细胞培养生产工艺时需要关注内容主要包括，细胞密度，细胞活力，抗体滴度、糖基化、电荷分布、脱酰胺基、功能性特征、异构体、聚合体、宿主蛋白和宿主DNA等。实践中有些企业会进一步评估收获产物在第一步层析柱上的表现行为和产品质量相关的指标，以更好的确认细胞生产培养工艺受控。制药企业在评估一次性细胞培养袋时需要剔除影响产品质量的培养条件因素。譬如，通常认为温度和pH影响糖基化、电荷分布、宿主蛋白水平、聚合体形成等，影响产品质量风险属于高;培养周期影响宿主蛋白和宿主DNA释放量，影响产品质量风险属于高;溶氧、二氧化碳、通气和搅拌对产品质量影响属于中等风险;初始细胞密度和补料对产品质量影响程度低，属于低风险。关于一次性细胞培养袋是否对细胞形态和基因产生影响，理论上与传统不锈钢生物反应器一致，在工艺验证时都要对培养结束后的细胞进行留样、分析鉴定，临床或商业批次生产过程中也要对培养结束后的细胞进行留样。总之，对于生产培养，企业需要评估和控制一次性培养袋的材质兼容性风险、溶出物和析出物问题、使用前完整性不合格风险、物理强度不足造成的泄漏风险、无菌失败风险、一次性细胞培养袋的批间差异问题、供应商供应和原材料变更风险等。只有上述风险得到有效控制，才能保证细胞培养生产工艺的持续稳定。更进一步讲，一次性培养袋的适用性、一致性和稳定性是实现有效控制上述风险的物质基础。这也就要求一次性培养袋的供应商必需筛选出适合的添加物、适合的原材料、最优的配方、最优化的工艺过程及参数，同时供应商还必需严格控制工艺过程。使用者在筛选和审计一次性培养袋供应商时需要关注其对聚合物、原料、配方、工艺过程参数的控制程度，是对。还有一点值得关注的是，在评价一次性培养袋的质量和适用性方面，众多供应商及使用者更多关注的是根据USP标准所做的检测项目如溶出物、颗粒释放、产品相容性、生物负荷、内毒素、生物相容性等，而忽视了对于一次性培养袋来讲非常重要的一个项目即细胞生长测试。一次性培养袋供应商和使用者需要关注对通用细胞的生长测试和对使用者特定细胞的生长测试。

制药企业除了关心一次性细胞培养袋外，还应关注培养基配置袋、培养储存袋、营养物储存袋、酸碱储存袋等对生物制药上游细胞培养可能产生的风险。这些一次性生物工艺袋的重要性和风险性时常会被忽视，实际上这些一次性生物工艺袋同样也会作用于细胞，影响其生长和表达。例如，在选则不当或是使用不当的情况下，培养基储存袋会与培养基发生相互作用，向培养基中释放聚合物，进而影响细胞的生长和表达。有文献报导，一次性生物工艺袋材质、培养基储存时间、温度等因素直接影响细胞的生长状态。不同供应商所提供的一次性生物工艺袋对细胞培养结果的影响差异显著，甚至有的一次性生物工艺袋因存在批间差异而造成工艺结果波动明显。为保障上游细胞培养工艺单元安全、有效，企业应加强筛选和验证用于培养基、缓冲液、营养物、酸碱配置和储存的一次性生物工艺袋。加之一次性技术和产品还会被用于制药工艺的下游各个步骤，对于制药企业而言，研究所有关键步骤和工艺阶段中不同一次性生物袋子的溶出/析出行为，以及相应的毒理评估和稳定性测试，需要投入相当可观的时间成本和经济成本。理想的情况是制药企业能够采用一种具有广泛兼容性的膜材质，在不同工艺步骤和不同应用中使用这种膜生产的不同形式的生物工艺袋。这将有利于减轻企业筛选和验证负担，并有利于一次性生物工艺袋的日常控制和供应链管理，同时可以降低细胞培养影响因素的复杂性，有利于控制工艺波动，有利于工艺问题诊断与问题追溯等。实际上，制药企业的这种诉求实际上给一次性生物工艺袋工艺商提出了更高的要求和期望。

制药企业在控制一次性生物工艺袋泄漏风险时，可以从物理强度、韧性和完整性测试方面考虑。高等级一次性生物工艺袋需要具有优异的物理特性，将强度与韧性最佳平衡。只有这样才能保证在实际应用中，经受摇摆、搅拌、震荡、长途运输、低温等苛刻条件的考验。以赛多利斯公司最新推出的Flexsafe生物工艺袋为例，其通过的测试至少包括韧性持久性、拉伸强度测试、扭力测试、水爆破压力测试、国际性测试ASTM D4169-09运输挑战测试。除此之外，Flexsafe还需要经受实际应用中的极端挑战测试如，BIOSTAT®RM一次性波浪摇摆式细胞培养袋和BIOSTAT®STR一次性垂直搅拌式细胞培养袋在最大体积、最大转速/摇摆速度、40℃、30mbar条件下运行21天[7] [8]。避免泄漏风险的另一重要手段是安装后、使用前完整性测试，目前已有供应商成功开发并投入使用针对某些一次性生物工艺袋的完整性测试方法。

制药企业在实施一次性产品风险控制时，还需要重视和加强对供应链安全相关的风险控制。原材料变更、生产工艺变更、上游供应商变更等是造成供应链风险的一类原因。这些风险的存在就要求一次性产品的供应商必须建立变更控制预案，需要与原料加工制造企业紧密合作，能够在原料相关变更前被及时告知，并且能够保证在较长时间内稳定地向制药企业用户提供未变更的一次性产品。这样可以保证制药企业用户有足够的时间评估、验证变更后的一次性产品，进而有充足的时间实施一次性产品变更造成的药品生产相关变更。这也要求制药企业与一次性产品供应商需要建立更牢固的合作关系，双方需要充分地分享生产计划和一次性产品阶段性使用需求计划。原材料储备、中间品储备和一次性产品成品储备等等都与之相关。生产设备故障、生产地发生自然灾害或政治灾害、不可抗拒因素造成的运输中断等风险也是制药企业必须关注和应对的供应链风险。因此，制药企业在筛选和审核一次性产品供应商时需要关注供应商是否包有备用的生产设备、是否有多个生产基地和仓储基地且分布合理、是否有运输保障机制等，总之一次性产品供应商必须有相应风险控制策略保障全球稳定供应。

鉴于国内制药企业对一次性生物工艺袋的制造流程、质量控制和风险控制缺乏了解，本文就相关方面做概要介绍。这样制药企业可以借此更好的理解和把控一次性生物工艺袋，进而能够在药品工艺开发阶段以至商业化生产阶段，有的放矢地实施一次性生物工艺袋相关风险控制。以Flexsafe S80为例，一次性生物工艺袋的制造流程包括的主要步骤可概括为：聚合物合成;聚合物与抗氧化剂、抗滑剂、抗阻断剂等添加剂按一定配比进行混合配置;挤压制膜;生物工艺袋焊接成型、组装;无菌处理;检测、放行等。一次性生物工艺袋供应商通常对生物工艺袋的焊接成型、组装和无菌处理步骤掌控较多，而忽视了对膜配方和制膜环节风险的深度控制。严格意义上讲，与制药企业一样，对原料供应商的风险管理属于一次性生物工艺袋供应商的一个不可忽视的工作，这不仅包括它的一级供应商，如果评估下来风险较高，甚至还需要延伸到供应商的上游。Rx-360是一个非赢利性的全球组织，叫国际药品供应链联盟，它旨在为全球的药品生产和供应建立一个质量监控体系和共审平台，确保整个供应链的产品质量。在它主导的2013年8月的一次调查显示只有45%的制造企业为了确保供应链的安全会去获取和审核供应商的供应商信息[9]。在实际的制造环节中这是一个无法忽视的风险，因此无论是制药企业还是一次性生物工艺袋供应商，都必须与一级供应商合作制定合理的避免风险的方案。具体讲，如果没有对原料的深入了解和对工艺过程的严格控制，不仅可能产生新的分子还有可能造成批次间差异，最终导致溶出物图谱的变化。现实生产过程中的确发现某些一次性生物工艺袋原料中的抗氧剂168亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯[Tris (2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite]会在制造和辐射工艺中产生新的溶出物b2-叔丁基对甲基苯酚(bDtBPP)，有报道显示这一溶出物质对细胞生长产生负面影响[10]这再次说明一次性生物工艺袋供应商对配方优化、原料控制和生产过程控制的重要性。这也是制药企业筛选和审核供应商需要关注的方面。

优化原材料配方、严格控制原材料和整个一次性生物工艺袋的工艺过程并非易事，但又是可以实现的，更为关键的是这些方面对于制药企业控制相关风险尤为重要。优秀的一次性生物工艺袋供应商能够利用与制药对原料追溯和对过程控制相似的理念，确定一次性生物工艺袋的关键质量属性，找出影响质量的关键工艺参数，并利用QbD的概念指导整个制造过程，设定适合的工艺条件和操作控制范围，只有这样才能保证一次性生物工艺袋批次之间很好的稳定性。一次性生物工艺袋生产过程中的关键质量属性包括影响细胞生长程度、膜的稳定性、纯度、洁净程度、无菌性以及稳定的供应。根据这些CQA，需要找出关键的工艺参数并验证它们与关键质量因子的关系。影响产品质量的关键因素包括：制膜用原料即聚合物介质和添加剂的成份、质量和配比，挤压制膜工艺过程，膜焊接工艺过程等。这些关键因素都需要被优化和控制，以确保生产出符合质量要求的膜。整个制膜工艺在确认后，一次性生物工艺袋供应商也需要根据实际需求不断优化、持续改进，其中良好变更管理是非常重要的一个环节。以挤压制膜工艺为例，所涉及的工艺参数主要包括挤压温度、卷轴冷却温度及挤压制膜速度等。制造企业借助DOE工具对这些参数进行筛选、优化，找出设计空间，并最终定义出合理的参数操作范围。赛多利斯 Sartorius正是按照这样的理念，在对25种膜材料和组成成分进行筛选后，最终研制开发出Flexsafe S80膜，而且所有原材料都是已知和可追溯的。Flexsafe系列产品的生产工艺是在合理的优化空间内受控，确保了膜批与批之间的稳定性，满足制药企业实际生产应用中严苛需求。

综上所述，制药企业可以把对一次性生物工艺袋的最终使用需求归结为：满足生物安全性要求;具有广泛、优异的生物相容性和化学相容性;具有安全且稳定的吸附/溶出/析出行为，涵盖不同工艺步骤应用和不同生产批次的一次生物工艺袋;对气体的阻挡性能强;不影响药物产品的稳定性;满足洁净和无菌的要求;具有最佳平衡的物理强度和韧性;具有良好的抗拉伸性和焊接牢固;容易折叠和打开，便于操作;泄漏风险可控;供应稳定;质量体系健全等等。此外，制药企业在实施一次性技术和产品应用风险控制时，可以充分借鉴和利用传统不锈钢技术风险控制的相关原则、指南、策略及知识经验等。制药企业需要与供应商紧密合作，尽可能充分地分享有关原材料、制造工艺以及溶出物的数据，并对袋子的生产地点甚至膜材的生产设施进行相应的审计，保证药品持续的安全。制药企业还需要与官方及相关专业协会保持积极互动。我们有理由相信，随着认识的不断深入和知识经验积累不断增加，制药企业对一次性技术和产品应用风险控制必将更加从容、更加完善有效。

参考文献

[1]Disposalbe Bioreactors in Cell Culture-Based Upstream Processing, BioProcess International, Supplement1: 18-23

[2]Road Map to Implementation of Single-Use Systems, BioProcess International, April 2010, Supplement: 10-19

[3]ICH HARNONISED TRIPARTITE GUIDELINE, QUALITY RISK MANAGEMENT Q9

[4] The successful transfer of a modern CHO fed-batch process to different single-use bioreactors, Ruhl et al. BMC Proceedings 2013, 7(Suppl 6):P32

[5]Development and Qualification ofa Scalable, Disposable Bioreactor for GMP-Compliant Cell CultureBioProcess International, April 2013, Supplement: 11-17

[6] A Cytotoxic Leachable Compound from Single-Use BioProcess Equipment that Causes Poor Cell Growth Performance, Biotechnology Progress DOI 10.1002/btpr.1869

[7]Validation Guide for Flexsafe RM Rocking Motion Bioreactor Bags, Sartorius Stedim Biotech, SBT5710

[8]Validation Guide for Cultibag STR, Sartorius Stedim Biotech, SBT5707

[9]Ensuring a robust raw-materials supply chain, Biopharm, July1, 2014

[10]Matthew Hammond, Heather Nunn, Gary Rogers, et al., Identification of a Leachable Compound Detrimental to Cell Growth in Single-Use Bioprocess Containers, PDA J Pharm Sci and Tech 2013, 67 123-134)