清洁验证中的 MACO 计算自动化

2024-10-14

对于共用设备的多产品工厂来说，交叉污染的风险始终存在。正确计算从一种标记化合物到下一种产品的最大允许携带量（MACO）的清洁验证限值，对于清洁验证计划的完整性和成功至关重要。然而，产生这些限值的过程往往涉及繁琐、容易出错的手工计算。在这里，我们将介绍一种创新而简单的工具，它将电子表格软件和统计平台结合使用，在药品清洁验证中实现了基于科学和风险的 MACO 计算的完全自动化。

可靠的清洁验证计划对 GMP 生产至关重要，有助于生产单位按时、足量地向市场提供优质产品。该计划与其他质量和合规计划（如工艺验证、纠正和预防措施 (CAPA) 以及变更控制系统）的成功实施是建立完善的质量管理体系的重要前提。

制药行业在拥抱清洁验证计划的价值方面已经取得了长足的进步，以实现无缝制造。美国食品药品监督管理局（US FDA）、欧洲药品管理局（EMA）、加拿大卫生部以及国际制药工程协会（ISPE）、注射剂协会（Parenteral Drug Association）、活性药物成分委员会（Active Pharmaceutical Ingredients Committee）和美国材料与试验协会（ASTM International）等机构和组织致力于通过建立在良好生产规范（GMP）原则和最佳实践基础上的内容来指导制药界。

在过去的二十年里，人们就如何确定标记化合物（根据溶解度、毒性、治疗剂量和降解潜力，最难清洁的产品，也称为最坏情况产品）以及如何计算标记化合物对下一个产品的 MACO 风险进行了大量讨论。从仅根据目测标准来放行设备，到根据科学和对设备中不同产品/剂型生产风险的理解来确定验收清洁限值，该行业已实现了重大飞跃。如今，大多数公司的质量管理体系中都包含了设备放行时活性物质/清洁剂的目视清洁标准和可接受残留量标准。

卫生当局和技术小组普遍认为，应通过一种或多种行业认可的方法（基于健康、治疗、毒理学和百万分之十 [ppm] 方法）对 MACO 进行科学计算，进而推导出清洁验证接受限值。本文的目的不是推荐一种方法，而是介绍如何创建一个程序，以统一公司内部的标准，消除混乱，为清洁验证限值提供无误的输出，同时让用户获得所有可用信息。选择哪种限制的最终决定权属于技术和质量人员，并需要适当的理由说明。整个选择过程的目标是证明原料药的结转量不会对最终用户构成安全风险。

正如 Walsh 所报告的，用于计算和维护清洁验证限值的方法可能很繁琐，有时还容易出错。计算结果通常以电子表格（如 Microsoft Excel）中数据表的形式报告。随着时间的推移，随着新产品和设备的引入以及其他产品和设备的停用，这些电子表格会不断增加，变得难以维护和理解。随着产品和设备的引进或退役，有关标记化合物和 MACO 的信息没有更新的情况并不少见。这可能会造成严重问题，可能会导致不合规和/或召回，这取决于失误的严重程度。在文件传输过程中，还存在知识丢失的风险，特别是在严重依赖人工流程的组织中。

本文作者（以下简称 “我们 ”或 “中心团队”）开发并验证了一种创新而简单的工具，以符合要求和用户友好的方式全面自动化清洁验证计算。这篇原创论文介绍了开发该程序所使用的前提条件、方法、验证和技术。我们还介绍了最终报告，其中包含数据表、图表、背景文字和结束语，以及原始数据和公式，该报告可作为 GMP 文件用于审计和检查目的。我们将该工具称为清洁验证极限宏（CVLM）。

CLVM概述

在 Microsoft Office 应用程序中，Visual Basic for Applications（VBA）取代了早期版本中的宏语言。因此，用 VBA 和类似的应用程序专用语言编写的程序通常被称为 “宏”，尽管所涉及的程序往往比简单记录的自动化序列复杂得多。

CVLM 是用 Statistica Visual Basic (SVB) 编写的，它是 Visual Basic 的一个变量，可使统计的数据分析和图形功能自动化。从严格意义上讲，该程序并不是一个算法模型，但它利用了一组确定性方程。Themacro 利用这些功能生成定制的图形和表格输出，并将其嵌入带有时间戳的报告文档中，同时动态生成解释性文本。

CVLM 通过安全的企业级系统进行部署，确保所有用户都能访问最新的验证版本。

开发过程

在生产基地领导的支持下，我们确定了验证、质量、技术和工程代表，建立了 “地方团队 ”框架。地方团队与中央团队合作，提供：

各生产基地生产的产品（和使用的原料药）清单；
在计算 MACO 时使用的有关原料药溶解性、毒性、效力和清洁性的理化数据；
清洁剂清单及其成分、每日允许摄入量（ADI）和安全数据；以及
影响清洁验证的相关地方和区域监管政策。

选择内部生产基地的标准基于生产基地的地理位置、生产不同剂型的经验、能力水平以及支持该计划的准备情况。最初只选择少数几个生产基地的决定与该计划的 “敏捷开发 ”方法相辅相成，这样可以在开发阶段获得反馈，并及时弥补差距。由于合同限制以及在一个计划下管理多个不同质量管理体系的复杂性，合同制造组织/第三方工厂未被纳入计划范围。

根据从当地团队获得的关于项目 “需求 ”的知识，我们为 CVLM 项目制定了蓝图或用户需求规格（URS），并牢记以下设计原则。

以科学和风险为基础的计划

文献提供了大量关于如何识别标记化合物和计算 MACO 的信息，但也有一些细微差别。目前行业内使用的方法多种多样，有时相互脱节，有时可能涉及不正确或未经验证的数据源和计算模式。缺乏可靠的验证系统会促使人们过度使用 “目视清洁”（设备干燥且表面无可见污垢）作为设备清洁后放行的唯一标准。除了降低识别标记化合物的复杂性并使计算不出差错外，CVLM 计划的核心是采用科学和基于风险的原则，通过擦拭或冲洗来定量确定 MACO/清洁限值，从而做出质量决策。

因此，决定 CVLM 计划应通过四种常用方法和使用产品-设备矩阵来利用已建立的 MACO 科学。该计划应具有可操作性、可辩护性（经得起监管检查的考验），并可作为质量决策的依据。

数据管理工具

CVLM 有一个标准化的文件格式，活性物质、清洁剂、生产、清洁等数据都将存放在其中。之所以选择 Excel，是因为它熟悉、通用，而且能够实现审计跟踪/可追溯功能。

统计软件

之所以选择 Statistica 作为分析平台，是因为它是我们组织使用的经过验证的标准统计软件，每个站点都有经过培训的用户。我们开始使用的是 12.0 版，最新安装的版本是 13.5 版。任何其他具有集成宏语言（如 JMP 或 Minitab）和导入外部数据功能的类似工具都可以使用。

计算细节

在本文中，我们无意深入探讨 MACO 的演变历史，但有必要进行简要讨论，以便向读者介绍风险评级和识别标记化合物所遵循的标准。

表 1：原料药的理化特性标准。

标记化合物鉴定

原料药的溶解性、毒性、效力和可清洁性等因素在清洁工艺的开发过程中起着至关重要的作用。我们采用以下公式进行风险评级，根据原料药在清洁过程中的作用和关键性，原料药参数的顺序为溶解度 (SOL) > 毒性 (TOX) > 药效 (POT) > 易清洁度 (EOC)：

Risk rating = (SOL × 10) + (TOX × 6) + (POT × 4) + EOC

根据来自 USP 的 API 物理、化学和毒理学数据以及 OPP/GHS 评级（表 1），将参数的严重性分为 1、3 或 5 级。每个参数的指定值乘以一个任意的数字，该数字的大小应能带来充分的分离，并与严重性的顺序相匹配。不过，该公式可根据任何组织的产品范围和质量要求进行修改。

执行公式时，它会为范围内的每种活性成分分配一个风险值。获得最高值的原料药将被确定为标记化合物。当两种或两种以上的原料药显示出完全相同的风险等级时，可根据相对毒性、配料频率或任何其他合理因素进行选择。

MACO计算

CVLM 程序使用四种方法计算 MACO：基于健康的暴露限值 (HBEL)、治疗剂量、毒理学和 10-ppm 方法。根据给药途径的不同，使用了不同的安全系数，这些安全系数已被业界广泛接受。表 2 列出了 CVLM 中使用的公式。

在本文后面的案例研究中，采用半数致死剂量（LD 50）用于计算每日允许摄入量。不过，根据企业质量管理体系的规定，如果可以获得从动物毒理学研究（明显毒性、生物标志物、夸大的药效学效应）中得出人体安全起始剂量的 ADI，也可以使用。

清洁验证限制/验收标准

在评估和应用清洁验证限值之前，应开发和验证具有足够灵敏度、特异性和回收率的分析方法。用合适的棉签材料或冲洗溶剂对被清洗表面进行取样，是计算清洗验证限值的下一个重要步骤。一般来说，对预定区域（通常为 10 厘米×10 厘米）进行棉签擦拭，或用已知体积的溶剂收集冲洗样品。用于计算每种 MACO 的拭抹或冲洗限值的公式如下：

擦拭限值(mg/擦拭)=[MACO（mg）/表面积(cm^2)]*擦拭面积(cm^2)

冲洗限值(mg/冲洗)=MACO（mg）/冲洗体积（mL）

对于每种计算方法，都会得出最低 MACO 和清洁限值，并将其作为清洁验证的验收标准。在大多数情况下，限值的选择是直接的，并以患者安全为基础；但也有其他因素可能影响限值的选择，需要进一步评估。技术和质量人员负责做出最终决定，并提供适当的理由。

EXCEL 数据库

用于管理 Statistica CVLM 源数据的 Excel 数据库（结构详见下文）有多个工作表。例如，API 表工作表包含每种 API 的 HBEL、LD50 和溶解度等级数据，而配方表则包含下一个产品的最小批量（克）、易清洁风险和每个配方的成人/儿童指定数据。如果产品既适用于成人也适用于儿童，则指示用户使用儿童的体重进行保守估计。有助于建立等效系统的细节包括:

系统会检查数据是否重复，如同一 API 或公式的多个条目。
当输入任何不一致的信息时，系统会发出警告信息提醒用户。
系统允许某些单元格留空，数据库留待以后完成。
如果符合验证规则，Windows 剪贴板可用于粘贴信息。
系统会自动创建不可编辑的审计跟踪，记录数据的所有更改，并标明用户 ID 和时间戳。

表2:MACO计算公式

关键字：

ADI：每日允许摄入量，（毫克）；

HBEL：基于健康的上一个暴露限值。

product (mg/day)：产品（毫克/天）

MBS：下一个产品的最小批量大小（毫克）

MDD：最大

MTD：前一种产品的最小治疗剂量（毫克）；

SFt：治疗安全系数。SFt 被设定为 1,000；它位于分母中，使结果更加严格。程序将所有数值转换为毫克数，以方便数据处理。

如本文后文所述，在正式推出该计划之前，对数据库模板进行了验证。在范围界定简报中，确定了六个全球试点站点，在验证之后，建议这些站点将主模板保存为本地副本，并在必要时填充自己的数据。

在使用过程中，数据库由生产基地负责维护和控制所有生产的产品。数据库一旦填满，就可以快速更新，添加或删除任何信息，并评估对现有清洁验证程序的影响。审计跟踪是数据库的一个关键功能，因为它记录了所有数据输入、修改和删除操作。它也是 GMP 审查和审计的控制机制。

宏观设计和运行

该宏程序采用模块化设计，便于维护和未来更新，如采用新的计算方法或修改以满足监管要求。为 MACO、风险评级和限值的每种计算方法、每种图表和结果表格以及报告创建和文本格式等辅助功能编写了单独的子程序。

图形和表格输出

计算结果以表格和图形的形式报告。图形输出可用于快速轻松地比较结果，而表格则提供更多细节和全面的数值精度。

报告输出中包含两张图表（请参阅本文后面的案例研究示例）：

风险评级图显示每种配方/API 组合的总体风险评级，并进行排序，使风险最高的化合物（标记组合）显示在顶部。绘图符号和颜色由毒性等级决定，而批量大小则作为标签显示。
MACO 图显示了每种公式/API 组合的所有四种 MACO 计算值，并进行了排序，使 MACO 值最低的化合物（从所有方法中）排在最前面。

图1 宏操作流程图

程序运行

图 1 中的流程图显示了程序运行过程中用户对话框内的处理步骤。这些步骤将在案例研究中进一步说明。

用户界面

执行时会显示一个对话框，允许用户选择一个 CVLM 数据库文件。然后会进行数据库完整性检查，以验证所选数据库是否有效，其中至少包含所需的最基本信息。然后，对话框允许用户选择取样方法和数量（“拭子 ”为面积，“冲洗 ”为体积），以及 “配方 ”或 “清洁剂 ”方法。如果选择了清洁剂选项，则会激活提供从数据库中获取的配方、清洁剂和设备清单的对话框控制。如果选择配方选项，则只显示配方和设备列表控件。配方和设备控件都允许选择多个项目，而清洗剂控件只允许选择一个项目。

对话框检查是否提供了所有必要信息，然后才允许继续计算。二级对话框用于收集当前设备列车所需的每个选定设备的数量（计数），最多不超过数据库中指定的最大数量。

计算和报告输出

完成用户选择后，宏程序将执行必要的计算并生成输出报告。各个表格和图形以及其他支持结果也会存储在 Statistica 输出工作簿中，输出结果可进一步定制或用作其他分析的输入。

只有在信息完整的情况下才能进行 MACO 计算。例如，如果数据库中缺少某种原料药的治疗剂量变量，则只能计算该原料药的 HBEL、毒理学和 10ppm MACO 值。Excel 数据库和宏程序都有内置通知，提醒用户注意任何缺失的数据，如果缺少任何关键信息，程序将无法运行。不过，我们采取的方法是，软件应根据现有信息执行所有可能的计算，而不是简单地拒绝继续。至于使用哪种方法，则由用户根据公司政策自行决定。

除主报告外，还可生成事件日志，包括宏执行过程中产生的任何警告信息。产生的警告可能与数据库完整性检查、缺少关键信息的任何 API 或在计算风险评级、MACO 值等过程中遇到的任何其他问题有关。

实例

CVLM 的使用通过一个任意的例子来说明，在这个例子中，两个单一 API 产品（A 和 B）共用生产设备，它们的清洁验证可能会受到第三个产品（C，含有两种活性物质 C1 和 C2）的引入的影响。这里举例说明的产品都是含有一种或多种原料药的非薄膜包衣口服固体片剂。

数据库文件设置

数据库中设置了多个工作表，以提供根据表 2 所示公式计算 MACO 所需的数据。这些工作表包含 API、配方、API/配方（确定每个配方中的 API）、设备和清洗剂的数据，如表 3 所示。

运行宏

执行宏的过程很简单，包括以下步骤：

打开 Statistica Enterprise 并运行 CVLM 应用程序。
选择 Excel 数据库文件。
指定分析参数，包括拭子面积/冲洗量、配方清单、设备清单以及可选的清洁剂。
说明所用每项设备的数量
执行计算并创建报告

CVLM报告

最终报告包括结果表格、图表和上下文，以 PDF 格式提供。报告还包括所用公式、原始数据以及分析所选产品和设备的详细信息。该报告可作为附件添加到验证协议/报告中，并在审核过程中为任何问题提供支持。

表 3：数据库设置示例

*该程序在总表面积的基础上增加了 10%的安全系数。

**最大数量是指可用于制造产品的设备件数。实际使用的数量由用户在运行时选择。

图形组件使报告易于理解，并可输出到其他应用程序（如幻灯片演示软件）供管理层审阅。图 2 显示了报告输出的摘录。

根据图 2 所示的结果，10-ppm 方法显示了标记化合物 A 的最低 MACO 和清洁验证限值。在本例中，最低限值（390 微克/擦拭面积）实际上不如目视清洁严格，因为在此限值下，大部分残留物在表面上都是可见的。因此，对于例行清洁而言，可以将目视清洁作为设备最终释放的唯一标准，从而无需进行擦拭和测试（可能仍需定期监测）。