探讨除菌级过滤器的重复使用(下)

图2 各种可由或不可由前进流试验或者泡点类完整性试验检测的重复使用过程中膜损坏。
 

重复使用的风险
　　这里有一个案例研究强调了没有进行全重复使用工艺规模的验证就重复使用除菌级过滤器的一个风险事例。由于保密的原因，此处不涉及特定的工艺细节。某医药公司使用大面积的、打褶的除菌级膜式滤芯，用来过滤大批量无菌API抗生素及其溶剂，而所选择的滤膜和此溶剂有限兼容。这个局限曾被认为是可接受和无关紧要的。每次使用之后，过滤器先用水冲洗，然后碱液清洗。碱液再用水从过滤器上冲洗掉（去除程度未经确认或验证）。过滤器接着进行重复使用批次间的SIP。过滤器在每批次使用前后都进行完整性试验，而且在特定的最大重复使用次数内一直通过了其推荐的检测限值。每个过滤后批次的无菌检测都是常规的，并且没有产品的非无菌报告。为了增加过滤器完整性试验和批式无菌试验的信任度，药物生产厂商对已达到规定最大重复使用寿命的过滤器进行了细菌挑战试验。在ASTM测定液体过滤膜式过滤器细菌截留率的标准检测方法的挑战试验条件下，证实了过滤器的细菌穿透。表明该使用过的过滤器已不再符合除菌级过滤器的定义（亦即当挑战水平>107cfμ/cm2有效过滤面积时，缺陷假单胞菌的截留率为100%）。
　　重复使用的过滤器细菌截留试验失败了，尽管事实上该过滤器通过了完整性测试，而该测试关联于过滤器厂商在相似的挑战试验条件下对挑战前未经使用的过滤器进行的100%的细菌截留。该研究得到了几个重要的结果：首先，重复使用的过滤器仍然显示出高度的细菌截留能力，但是不再能符合声称的100%缺陷假单胞菌截留率，也不再能符合法规的除菌级过滤器定义。第二，产品中受控的低生物负载，结合稍有降低但仍很明显的过滤器截留特性，能够有效阻止工艺过程中可检测的细菌穿透，这一点已由成功的菌检及不存在非无菌的产品所证明。第三，使用标准的过滤器完整性测试不能检测出重复使用过程中的过滤器损坏。对那些相信过滤器完整性试验可以检测出任何大孔、渗漏、或影响除菌过滤性能的缺陷的人，这一结果看来是个反证。这些试验如前进流或泡点试验的关联性基于对新过滤器及那些有在过滤器生产、使用和安装的过程中造成的实际损伤或缺陷的滤膜或滤芯进行的细菌挑战试验。过滤器厂商的细菌截留验证和完整性试验关联性研究所用的过滤器不包括那些由于终端用户重复使用工艺不兼容而损坏的过滤器。这些不兼容性可由未认证、清洗、再次灭菌和重复使用而产生。
　　完整性试验的局限
　　过滤膜一般被认为是很多圆柱形毛细管，其中细菌截留仅由对大于膜上最大孔径的细菌的尺寸拦截单独控制。依照这个模型，泡点类试验可以检测膜上超标大孔或者缺陷（亦即大孔，密封旁路）的存在，前进流试验可以提供流量的定量测量已证明没有超标大孔或者缺陷。然而，微孔滤膜对细菌的截留作用不单单是一种由小于细菌的毛细孔而产生的尺寸拦截功能。膜的其他性质也对细菌的截留有贡献，如多孔结构的形状和曲折性、膜的厚度（亦即从上游到下游穿过膜孔的流道长度）、可能发生在细菌和任何足够容纳细菌的大孔壁之间的吸附力等。前进流和泡点试验都不足以检测出这些次要截留因素的改变。
　　这些条件的不良变化通常不会发生在经适当验证的滤膜制造过程中，完整性试验在检测这些截留变化偏差上的局限没有得到充分的重视。
　　通过对重复使用的打褶滤芯进行故障分析，我们最终明确了过滤器细菌穿透的根本原因。多次重复使用中的损坏归结于膜的化学降解，使得滤芯的褶型顶端变薄，如图1所示。局部的化学损坏和褶型顶端变薄通常指示过滤器的局部干燥，在蒸汽流过褶型顶端的过程中，那些能够在热蒸汽条件下对滤膜造成化学腐蚀的流体组分会在这些部位富集。
　　此例中，膜厚度的局部降解归因于在重复使用的SIP重复灭菌阶段热碱的作用。SIP之前残留碱的存在是由于碱清洗剂的冲洗不充分，随后灭菌前滤芯上水的蒸发引起在重复使用的SIP重复灭菌阶段褶型顶端的碱浓度增加。褶型顶端残留浓碱上的蒸汽使温度的逐渐升高从而加速了上述部位膜表面的化学降解。局部区域膜厚度的降低足以能够让细菌穿透。然而，由于这种损坏并没有穿过整个膜（没有洞或者过大的孔），变薄的区域局限在褶型顶端很小的面积上，无论泡点试验还是前进流试验没有超过其各自的通过／失败限值。
　　如图2所示，泡点试验只能检测全厚度的大孔缺陷。前进流扩散流类试验，原则上与膜厚度相关，但是不能检测出此种情况下仅存在于褶型顶端有限的变薄区域。由于变薄区域并未提高前进流量到超过试验限值，所以不会被检测到。
　　结论
　　法规并不鼓励除菌过滤器的重复使用，特别是无菌的医药产品。经过评估，除菌过滤器也许可以在某些情况下重复使用，但是重复使用必须得到验证，即不会降低过滤器除菌性能或者滤出物质量。除了基础的灭菌验证研究之外，依据PDA26号技术报告和FDA的无菌工艺指南的推荐内容，多次重复使用除菌过滤器的验证应该包括对经最大特定数目的清洁，重复灭菌，烘干和重复使用后过滤器的彻底检验。彻底检验的内容包括细菌挑战试验和过滤器完整性试验。这些试验应测试过滤器对工艺流体和重复使用条件的化学兼容性、在重复使用条件下完整性试验的有效性及冲洗滤出液的化学分析，以确认任何细菌析出物，产品或者清洗剂残留物。
　　没有适当地对使用过的滤芯的细菌挑战验证试验，不能仅靠完整性试验来说明重复使用的过滤器的除菌性能。最后，在设计和确认无菌过滤工艺时，使用者应该认真考虑风险水平以及除菌过滤器的满意使用中所含的验证费用，并与过滤器重复使用得到的表面经济效益相比较。
　　清洗滤芯
　　清洗过程是比简单地冲洗和重复使用更为复杂的问题。清洗过程指的是去除源自整个系统包括所有的管道、储罐、阀门和过滤器的前批次残留物。最终的冲洗步骤完成之后，注射用水（WFI）冲洗（或者纯溶剂冲洗）须由验证过的分析方法证明该系统达到一个预设的洁净度。如果使用了在线清洗材料，也必须将其完全地冲洗掉。记住清洗过程可能会将上游储罐和管路中的物质过滤并留在过滤器中。这种截留物能析出到下一批次产品中。开发和验证一个合适的清洗方法是每一位使用者的责任。使用者应该就将用到的清洗方法的合适性向过滤器厂商咨询。针对液体过滤器的CIP，还有几点需要考虑：
　　某些过程流体可以为细菌提供养分，将导致作为截留细菌降解副产物的过滤器上热原细菌内毒素。内毒素的含量必须保持在低水平。因此，可生长细菌流体从一个产品周期传递到下一个周期是有问题的。
　　过滤器一旦有任何可察觉的堵塞时（亦即,低流速或者高压差），流体不易流过堵塞的滤孔，因此阻碍了清洗溶液到达该堵塞点。
　　清洗流体优先流过较干净的流道，而“较脏”的堵塞路段事实上没有受到作用。
　　一些产品残留和清洗剂组分总会或多或少存在于过滤器内。对于残留的可滤去物质，任何清洗过程都需要有一个可以接受的残留可析出物限度，而该物质的检测也需要一个既定的经验证的方法。
　　制药领域过滤器的清洗和重复使用的困难大小将基于下述因素的大小：
　　进料液细菌生物负载的水平；
　　产品支持细菌生长的活性；
　　过滤器堵塞状况；
　　产品、产品组分或者副产物的生物活性；
　　产品、产品组分或者副产物的耐溶解性；
　　产品、产品组分或者副产物对过滤器材料的粘着性；
　　选择一种产品适合的无菌或者抑菌的过滤器存储方法的难度。
　　这些风险正好阐述了人们使用一次性过滤器的原因。通常，考虑到这些风险时，药物产品和过程流体要明显比过滤器更加贵重，产品质量和患者安全的风险太大以致过滤器的重复使用失去了吸引力。