无菌制剂生产工艺验证研究

黄燕斌

（海正药业（杭州）有限公司，浙江杭州311400）

0 引言

药品生产工艺验证最早源于美国CCMPCFR21文件的要求。美国FDA现行的《药品生产质量管理规范》中虽然没有对工艺验证进行具体讨论，但是验证这个概念体现在整个文件中。

美国、欧盟、世界卫生组织（WHO）、其他国家GMP以及GxP中都对验证做出了相应的要求。我国早在1992年颁布的GMP中就对验证有了部分要求；1998年修订版GMP在1992年版的基础上，加强了对验证的要求；2010年修订版GMP中，其验证要求基本上已与欧美等发达国家对验证的要求相一致。

随着GMP的不断发展以及人们对药品质量控制及监管的不断重视，工艺验证得到了全球越来越多制药企业的认可。工艺验证不仅能满足药政要求，还能保证始终生产出符合预先设定质量的标准产品。

1 验证概况

1.1 验证的起源与发展

验证是正确、有效地实施GMP的基础，是保证产品质量的关键因素。可以说，没有经过验证的工艺，是不可能始终如一地保证药品质量的。验证是一个证实或确认设计的过程，是一个确立文件的过程，是一个提前发现问题的过程。在验证时，可以安排最差条件试验、极限试验和挑战性试验。药品工艺验证是一个全面的概念，它包含了影响药品质量的各种因素。通过详细的设计和生产工艺的验证，可以保证连续批量生产的产品均能达到质量标准。

1.1.1 起源

20世纪70年代，美国集中出现了一系列败血症病例，仅1973年从市场撤回输液产品的事件就高达225起。触目惊心的药害事件引起了美国FDA的高度重视，当局组建了特别调查小组对美国的注射剂生产商进行了全面调查。整个调查历时几年，调查表明，引起败血症的原因并不是美国的注射剂生产商无菌检查存在问题，也不是其违反了药事法规将不合格品投放到市场中，而是由以下问题引起：无菌检查的局限性、设备或系统设计与制造的缺陷、生产过程中的各种偏差及问题。经过调查发现，输液产品污染与许多因素有关，如厂房设施、采暖系统、通风和空气系统、水系统、生产设备、生产工艺等。其中，生产工艺尤为重要。

美国FDA对这次药害事件的调查结果让人们深刻认识到产品是需要检验的，而仅仅检验并不能保证产品的质量。从“质量管理是一项系统工程”的观念出发，FDA认为有必要制定一个新的文件，通过验证确立控制生产过程的运行标准，通过对已验证过程状态的监控，控制整个工艺过程。这次药害事件的调查直接导致了验证这一重要的过程控制措施的诞生。

1.1.2 发展

自20世纪70年代初，从大容量注射剂生产开始，验证的应用迅速普及到其他灭菌过程，并参与到其他的制药工艺中。在无菌产品的生产工艺中，验证的应用很少受到阻碍。但是，在非无菌产品及其相关生产工艺中，验证的应用则存在困难。20世纪80年代末，生物技术第一次被引入，对药品生产的重要工艺进行验证。与此同时，计算机化系统首次应用于cGMP，并成为验证要求的一部分。

1.2 实施验证的原因

在制药发展历史中，验证是GMP不断创新发展的里程碑，是质量管理体系（QMS）持续稳定运行的必要基础，是更为有效的质量保证方法。验证在GMP中所体现的价值和所发挥的作用简要概括如下：

（1）验证能使药品生产企业生产出高质量的药品，降低患者使用风险，保证患者用药的有效性、安全性和稳定性。

（2）通过验证，可减少所需的工艺环节及时间，使操作更有效，质量更有保证。对配方和工艺条件的优选是工艺开发的内容，它为工艺验证提供了基础，验证促使工艺优化。验证能够证明质量是建立在工艺基础之上的，而工艺是受控的。工艺验证是GMP和质量管理（保证）体系的基础。没有验证也就没有有效的质量保证体系。

（3）验证能够在保证质量的前提下降低生产成本，提高经济效益。验证活动能够降低系统故障率，减少产品报废、返工和复检的次数，使用户投诉以及产品召回的事件大大减少。

验证是证明任何程序、生产过程、设备、物料、活动或系统确实能达到预期结果的有文件证明的一系列活动，是保证药品生产质量的关键因素。因此，在药品生产中实施验证必不可缺。

1.3 工艺验证的方法及相关因素

验证是GMP管理的理论基础，它贯穿于药品开发研究、厂房设施建设、设备安装、仪器测试、生产工艺以及上述过程和方法的变更等活动中。工艺验证的目的是证实某一工艺过程确实能稳定地生产出符合预定规格及质量标准的产品。即通过验证，证明被验证的产品工艺处于“受控状态”。

1.3.1 一般工艺验证方法

（1）基于产品知识、工艺知识、法规和公司质量要求；（2）需要跨部门的职能团队，包括厂房设计人员、合同制造商和设备供应商；（3）证明系统影响性；（4）建立基础的验证计划并遵照执行；（5）消除执行过程中的资源浪费；（6）避免项目进度延迟或成本浪费；（7）避免产品供应中断或延迟产品上市。

1.3.2 工艺验证的相关因素

如果一个系统可能影响或潜在影响药品的安全性、纯度、特性、有效性、浓度或质量，则认为它是关键要素，应该进行验证。

工艺验证涉及的相关验证，包含药品生产验证的全部内容。它必须在厂房验证、设施验证、设备验证、物料验证、清洗验证、检验方法验证、产品验证的基础上进行，排除其他影响因素，结论才真实、可靠。

2 工艺验证研究

2.1 工艺验证的定义

我国2010版GMP规定：工艺验证应当证明一个生产工艺按照规定的工艺参数能够持续生产出符合预定用途和注册要求的产品。

美国FDA规定：收集评估从工艺设计阶段一直到商业化生产的数据，用这些数据确立科学依据，证明该工艺能够始终如一地生产出优质产品。

2001版PIC/S规定：工艺验证应当证明工艺能始终如一地生产出符合预期标准和质量属性的产品。

2.2 工艺验证与产品质量的关系

工艺验证是无菌生产保证产品符合其预期用途的证明。无菌产品的生产过程、材料控制、环境监测、无菌检查以及人员培训等都将通过工艺验证方式得到证明，证明整个无菌工艺系统是稳定的，无菌工艺能够始终如一地生产出符合预期用途的产品。质量不是源于工艺验证，但是工艺验证是产品质量的证明。理解工艺验证的作用应认清以下事实：（1）质量、安全性和功效被设计或构建于产品之中；（2）产品的无菌或其他质量特性绝不能仅依赖于任何形式的最终处理或成品检验；

（3）对生产工艺的每一步均予以控制，确保成品符合包括规格在内的所有质量属性要求；

（4）生产人员的技能、所接受的培训以及工作态度是实现产品无菌的关键因素；

（5）无菌药品的生产必须严格按照精心设计并经验证的方法及规程进行。

2.3 工艺验证简介

2.3.1 工艺验证的一般程序

2.3.1.1 确定验证项目

根据企业验证计划，提出具体的验证项目，会审、批准后立项。

2.3.1.2 制定验证方案

在正式的课堂教学中，每个小组将以自己的方式显示小组合作学习总结的结果，集中与其他团体讨论以交换不同的观点，团队同时进行协作和竞争，以促进学习过程。教师进行现场观察和干预，为学生提供有效的指导。各小组学生在课堂上踊跃发表自己的看法，气氛相当活跃。课后小组成员间可以针对课堂上的学习内容，在平台上畅所欲言，相互交流，相互启发。Blackboard平台实现了传统课堂在时空上的延伸，使学习过程在教师与学生共同控制之下，学生有了更多的自主性，帮助学生成功实现向素质教育转轨。这样，学生的动手能力、思考能力、语言能力、交流能力等都得到了锻炼，学习积极性提高，学习效率增强。

方案由各验证项目小组负责起草，并根据专业分工，分别编制。

2.3.1.3 组织实施验证

（1）准备工作：设备、仪器、试剂、物料、标准器及SOP等；

（2）修改或补充方案：实施中需修改或补充方案的，应有正式报告，批准后执行；

（3）填写记录：实施情况认真记录在事先设计好的表格中，仔细分析；

（4）小结与评价：分阶段做好小结与评价工作。

2.3.1.4 验证报告及审批

（1）核对审查：按照验证方案核对各阶段的验证工作；

（2）整理汇总：数据整理分析后，以技术报告形式总结验证结果；

（3）验证报告：小组编制验证报告，并提出最终评价和结论；

（4）审核批准：验证总负责人审核、批准并签署意见。

2.3.1.5 发放验证证书

验证总负责人签发验证证书。

2.3.1.6 验证文件管理

验证立项、方案、记录、报告、证书等文件应归档保管；确立的文件按企业“文件全过程管理规程”批准后下达。

2.3.1.7 再验证

按验证报告中的再验证计划定期实施。

2.3.2 无菌制剂工艺验证实施的案例介绍

以无菌冻干制剂产品关键工艺步骤为例，介绍其工艺过程及验证特点。对于特定工艺拟定正常生产的工艺参数，对于需要研究的工艺参数，批生产时将考虑采用最差条件执行工艺验证。

2.3.2.1 配料

在一定的洁净环境下，按照生产指令单称重复核所需物料，做好明确、清晰的标识，防止任何可能出现混淆的情况。配料所用工具容器需经注射用水清洗并晾干，在48 h内有效，否则需重新清洗。

2.3.2.2 溶液的配制和除菌过滤

根据无菌制剂产品药液的特性确定其相应的洁净级别。若称量粉末物料，要注意设置除尘装置，保护人员和环境免受污染。配制的溶液应进行如密度、温度、pH等项目的检测。

配制好的溶液通过预过滤加入到贮液罐中。对溶液预过滤管路进行在线灭菌，灭菌后的过滤管路有效期为24 h，否则需重新进行灭菌。使用后对所用的过滤器进行完整性测试，应符合要求。由于除菌过滤不能去除内毒素，所以必须控制过滤前的微生物负荷，以减少内毒素的形成。

验证过程中按照计划取样，考察预定的配料工艺是否能配制出合格的产品溶液；考察配料溶液在规定的放置时间内是否稳定（包括化学指标和微生物指标），为今后的溶液保持时限规定提供依据。

2.3.2.3 容器具的清洗和灭菌

清洗目的在于去除容器具表面的微粒和微生物，另外还要去除上批次产品的残留，防止交叉污染。清洗后需要进行灭菌或除热原操作，灭菌或除热原的程序、参数应该经过确认和验证，并遵照执行。已灭菌的设备按照我国GMP要求进行贮存和转移。

2.3.2.4 胶塞的准备

免洗胶塞用两层呼吸袋包装，经灭菌柜灭菌干燥，冷却后传送至使用点。

2.3.2.5 无菌灌装和压塞

灌装区域是整个洁净环境的核心，称为关键区域。灌装管路经在线灭菌后，将已灭菌的灌装组件（包括二级除菌过滤器）通过无菌操作安装好。产品溶液经在线除菌过滤后，输送到无菌过滤缓冲罐；灌装或分装后应在最短的时间内压塞，减少产品暴露时间。

另外，必须采取措施减少操作人员对关键区域的干扰。某些产品在灌装后还会进行充氮保护。

2.3.2.6 冻干

每批产品生产前，应对冻干箱进行CIP处理，对冻干箱及其空气滤芯进行SIP处理。并在24 h内使用，否则应重新灭菌。不同产品或相同产品在不同的冻干机上，其工艺参数有所不同，应进行冻干工艺的开发研究，确定其工艺参数的运行范围。

验证过程中，考察产品溶液经设定的程序冻干后，产品的外观、可见异物、不溶性微粒、澄清度、水分、含量是否符合要求。

2.3.2.7 轧盖

在冻干机内完成全压塞的产品出箱后，送入轧盖机完成轧盖操作。铝塑盖封口应圆整光滑，不松动。生产过程中随时检查轧盖质量，包括破瓶、缺塞、缺顶、轧坏等情况。

2.3.2.8 无菌产品的最终处理

轧盖后的无菌产品应进行必要的密封性检查。

2.3.2.9 外包装

外包装工序包括贴标、装盒、电子监管码赋码、裹包和装箱等。由于是在产品完全密封后进行的，所以可以不在洁净环境下进行。但外包装工序通常涉及产品的各种识别码，如批号、电子监管码等。凡是涉及识别码的工序应被认为是关键工序，并进行必要的确认和验证。

3 无菌制剂工艺验证研究

3.1 无菌制剂工艺简介

对于制药行业，无菌工艺就是在洁净环境下将各种无菌组分、产品进行配制组合。按照去除微生物的时机和方法不同，无菌生产工艺可以分为最终灭菌工艺和非最终灭菌工艺。

最终灭菌工艺是在控制各工序生物负荷的基础上，在药品灌封后，通过湿热灭菌等方式除菌。其关键的操作步骤灌装和密封在高质量的环境（如C级）中进行；常用加热法或辐射法对装在最终容器中的产品进行灭菌。这些方法成本低，无菌保证水平高，适宜于大容量注射剂和小容量注射剂的灭菌。

非最终灭菌工艺是在无菌系统环境下，通过无菌操作法或除菌过滤法，以防止污染为目的，消除导致污染的所有可能来保证无菌水平。其关键的操作步骤灌装和密封在极高质量的环境（B级背景中的A级）中进行。

评价无菌保证工艺是否有效，在于无菌保证工艺的设计是否合理，所用的设备与工艺是否经过充分的确认和验证。在此基础上，切实按照验证后的工艺进行生产，这样才能保证无菌工艺的可靠性。常用“无菌保证水平”（SAL）来评价无菌工艺效果，SAL是指产品经灭菌/除菌后微生物残存的概率。该数值越小，表明产品中微生物存在的概率越小。

无菌制剂产品的剂型包括粉针制剂、水针制剂、冻干制剂、滴眼剂和膏剂等多种形式，每一种剂型的生产工艺各有其特点。

3.2 无菌制剂工艺设计

无菌制剂产品采用何种工艺生产，是由产品特质决定的。基于“质量源于设计”的理念，在产品研发和扩大生产过程中积累的对产品和工艺的理解，最终体现在商品化生产的工艺设计之中。

首先，应根据产品耐热特性，确定产品能否采用最终灭菌工艺。鉴于最终灭菌工艺的无菌保障水平远高于无菌生产工艺，法规监管机构要求注射剂尽可能采用最终灭菌工艺。

图1是EMA推荐的溶液剂型产品除菌工艺决策树。从图1可以看出，过度杀灭法是首选的灭菌方法，其无菌保证水平最高。除了产品的耐热性以外，产品的其他特性，如是否具有毒性、致敏性、能否促进微生物的生长等，也应该充分考虑。每种特性都对无菌制剂产品的工艺设计有着重大影响。此外，产品的剂型和包装形式也会对工艺设计产生较大的影响。

4 无菌制剂工艺的风险评估

图1 溶液剂型产品除菌工艺决策树

随着现代制药行业中质量风险管理的发展，风险评估被广泛应用在制药行业的各个领域和各个阶段。从工艺设计到性能确认、持续的维护改进，从原料药生产到无菌制剂，到处都可以看到风险评估的应用。风险评估的方法和工具有许多，比较适用于工艺风险评估的方法是失效模式影响分析（FMEA）和危害分析与关键控制点（HACP）这两种。

图2是一个典型的无菌冻干产品生产工艺流程图。针对每一个工艺步骤，使用FMEA方法进行风险评估，并采取措施降低较高等级的风险，风险评估结果及风险控制措施如表1所示。

无菌工艺的风险评估是一个反复迭代的过程。采取控制措施进行风险控制后，应再次进行风险评估，以确定风险确实消除或降低到了可以接受的水平。

5 无菌制剂工艺验证的思考

5.1 无菌制剂工艺验证的必要性

药品质量管理是保证医疗质量的前提。要保证药品质量，预防与控制远比事后处理更加重要。在药品生产前，对药品的生产工艺进行系统规范的验证，可以从根本上保证药品的稳定性及有效性等。

药品生产工艺的验证不是一个简单的检验过程，而是根据GMP原则进行的一系列活动，用以证明任何程序、生产过程、设备、物料、活动或系统确实能达到预期结果。工艺验证环节要进行严格的规划与实施，并对验证结果进行评估，生产工艺验证的主要目的是确保产品质量的稳定性。验证主要项目包括生产材料的质量和投入比例、生产的工艺限度、操作的技术参数以及最基本的生产条件和环境情况。在工艺验证的每一个步骤都要收集足够的数据和证据，利用收集到的数据来证明生产的可靠性，以此来保证产品质量。

图2 无菌冻干产品生产工艺流程

表1 风险评估结果及风险控制措施

做好验证工作是制药企业达到国家标准的基础，也是有效实施GMP的重要保证。可以通过验证检查出药品生产环节可能存在的任何缺陷以及其中对生产存在影响的问题，及时采取措施加以改正，使其符合生产规范要求。

全面完整的验证体系能够为公司带来许多积极的影响，如保证质量、优化工艺、降低成本和保障安全等。制药企业对生产工艺验证的合理投入越多，对工艺的了解越多，产品质量的稳定性保障就越多。对于工艺验证的合理投入就像一个企业的投资，其回报是长远的、丰厚的。

5.2 无菌制剂工艺验证环节存在的问题及对策

验证是证明任何程序、生产过程、设备、物料等能否达到预期结果的一系列活动。验证需要经过较长的周期、较多的环节以及投入较大的精力，在大多数制药企业的GMP实施过程中还较为薄弱。

5.2.1 工艺验证的操作者对新的工艺认识不深，缺乏实际操作经验

对于许多制药企业而言，新的工艺规程，大多是自主研发或直接从其他公司购买，而针对验证此项工艺的技术人员来说，其工艺基本都是初识，只能从相应的文件中获得所需知识，一般对于药品生产工艺的研究较为片面。在具体操作中，对于各环节和技术参数，就会存在很多疑问。比如，温度的变化会对工艺产生什么影响，如何检测，有什么理论依据，为什么这项要进行pH检测，如何具体调节等。

针对这些问题，验证人员往往比较困惑，这也给验证的实施带来一定的阻碍。当然，针对验证系统比较完善的公司来说，这些问题基本都能克服，并且能够很好地保证产品质量的稳定性，但是却很难提出工艺优化的方法。

鉴于此，笔者认为需要安排验证人员与工艺技术人员做好交接工作以及相应的学习工作，让验证人员在验证之前能够全面了解工艺的各环节和各技术参数，了解生产工艺中的风险点和可以优化的环节，这样才能更好地保证产品验证的有效性和稳定性，并且最大限度地发挥验证的作用。

5.2.2 验证环节较多，周期长

无菌制剂工艺验证是一项复杂的系统工程。全面的工艺验证既包括厂房设施、公用工程和工艺设备等“硬件”的确认，又包括人员培训、时限控制、无菌检测等“软件”的确认。其内部各系统之间有着科学、合理的逻辑联系。

要进行验证工作，就必须按照验证生命周期设计出一套完整的验证计划。验证活动中的很多因素都在不断发展变化，也必须不断地适应调整。如果出现问题，要进行相应的偏差调查和分析，对于不存在风险的则放行。反之，则要建立纠正预防措施，并做好验证。正常生产情况下，若未发生任何变更，可每五年进行再验证。

6 结语

自验证被引入制药行业以来，其应用范围逐步扩大。随着验证工作的不断深入和逐渐成熟，未来制药行业验证活动的变化和发展趋势，是我们不断深入探讨的话题。针对现今的发展情况，未来验证可能有以下几个发展方向：

（1）“质量源于设计”（QbD）是一种系统的研究方法，即产品研发以预先设定目标为起始，根据合理的科学方法和质量风险管理，强调对产品和生产过程的认识。质量保证是建立在设计基础上，而不是通过对产品的检验得出来的，这个认识已经越来越被国际药品监管机构和药品生产企业所接受，国外的很多企业已经开始实践这一理论并取得了一定的成果。但是，国内的监管机构和制药行业尚处在学习阶段，值得注意的是，药品生产企业的持续发展仍然依赖于新产品的开发。由此可以预见，中国制药行业的未来将与QbD息息相关。

（2）基于科学的质量风险管理的方法，随着我国2010版GMP融入并推广“质量风险管理”以来，国内药品生产企业已经取得或多或少的收益。实施质量风险管理有助于提高管理水平，并且可以应用于整个产品生命周期。结合FDA中“基于风险的合规倡议和经济利益”及我国2010版GMP中“确认或验证的范围和程度应当经过风险评估来确定”的法规要求，当前国际制药行业领域正朝着精简验证的方向发展，并由此改变了大众关于验证成本过高、经济优势较少的传统认知。

验证工作在制药行业的质量体系运行中起到了重要的作用，同时验证活动中的很多因素都在不断发展变化。因此，验证要求必须不断地改变与创新从而适应新的环境。验证工作是实施GMP的基础，而工艺验证又是验证工作中的关键性环节。验证必然会导致工艺优化，提高生产效率，进一步降低成本，在验证方面所作的投资都会得到优厚的回报。