CAR-T细胞治疗净化空调系统设计探讨

邱济夫

（天俱时工程科技集团有限公司上海分公司，上海 200042）

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（Chimeric Antigen Receptor T-cell Immunotherapy，简称CAR-T疗法）是一种新型细胞免疫疗法。CAR-T 疗法是通过基因工程技术，将T细胞激活，并结合识别肿瘤细胞特异靶点的功能，成为CAR-T细胞用于肿瘤治疗[1]。

标准的CAR-T 疗法流程包括以下七个步骤：病人评估；分离病人的T细胞；改造T细胞为CAR-T细胞；扩增CAR-T细胞；CAR-T细胞回输入病人人体；监控反应；评估治疗效果。

CAR-T 疗法最早出现于实验室，近几年已成为生物制药行业的热点。2017年8月30晶，美国食品药品管理局批准第一个CAR-T细胞药物上市。国内的CAR-T 疗法临床研究项目近几年迅速增长，CAR-T 产业化进程也如火如荼地开展起来。

1 工艺布局简介

CAR-T 疗法的细胞操作可在CAR-T操作室内进行。CAR-T细胞操作区可包含多间CAR-T操作室，以及配液等功能间。另外，还要有人员净化、物料暂存、清洗灭菌等辅助性功能间。为防止污染与交叉污染，CAR-T细胞操作区的工艺布局一般采用双走道单向流设计；当操作室较少时，也可采用单走道设计，但需采取必要的措施防止污染与交叉污染。

图1所示为CAR-T细胞操作区双走道单向流设计的工艺布局及人物流走向示例，其中P表示人流，M表示物流。CAR-T操作室内主要布置生物安全柜、培养箱、离心机、冰箱等设备，用于CAR-T细胞操作。洁净走道除设置集中的人员进入更衣、物料进入通道外，还可设置集中的工具暂存间、独立的配液间、独立的人外周血单核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cell，简称PBMC）分离室等。污物走道设置集中的人员退出通道、物料灭活退出通道。操作人员经退出更衣进入洁净走道，经二次更衣后进入CAR-T操作室；操作结束，操作人员经退出气锁进入污物走道，经退更退出CAR-T细胞操作区。洁净物品经物料缓冲进入洁净走道，经传递窗进入CAR-T操作室；污物经传递窗进入污物走道，经灭活后退出CAR-T细胞操作区。人流、物流都是从洁净走道流向污物走道，故此称之为单向流设计。

图1 CAR-T细胞操作区的工艺布局及人物流走向Fig.1 Layout，personnel and material flow in CAR-T operation area

从药品生产的角度分析，每个病人的CAR-T细胞都是一个独立的产品，因而每个CAR-T操作室都可视为一个独立的生产车间。当一个CAR-T细胞操作区有多间CAR-T操作室时，整个CAR-T细胞操作区就是一个多产品同时生产的区域。

CAR-T操作室内的操作为活体细胞的暴露操作，为生物阳性区。而携带感染因子的CAR-T细胞培养区，为高风险生物阳性区，生物安全的要求更高。需要注意的是，生物阳性区的划分，应根据工艺布局及工艺操作，经风险分析后确定。

2 环境控制要求

为保证CAR-T细胞操作、细胞培养的质量，防止环境对细胞的污染，CAR-T细胞操作、细胞培养区域须保证一定的环境控制要求。

参照《药品生产质量管理规范（2010年修订）》（以下简称2010年版GMP）附录1，CAR-T操作室的洁净度级别应为B级，而无菌配制、换液等高风险敞口操作应在生物安全柜内进行，洁净度级别为A级。CAR-T操作室的辅助区域，包括洁净走道、污物走道及相关房间，洁净度级别应为C级。CAR-T细胞操作区的典型洁净度级别划分如图2所示。

图2 CAR-T细胞操作区的洁净度级别Fig.2 Cleanliness zone in CAR-T operation area

细胞培养通常在二氧化碳培养箱内进行，二氧化碳培养箱提供细胞培养所需的温湿度等环境条件。CAR-T操作室内的工艺操作对温湿度无特殊要求，主要以满足操作人员的舒适度要求为准。

2010年版GMP中要求，“洁净区与非洁净区之间、不同级别洁净区之间的压差应当不低于10 帕斯卡”。GB 50457—2019《医药工业洁净厂房设计标准》中的要求也与此一致[2]。CAR-T细胞操作区的压差设计应满足如上要求。

3 净化空调系统设计

3.1 系统划分

当一个CAR-T细胞操作区有多间CAR-T操作室时，每间CAR-T操作室可设置一套净化空调系统。这样有利于污染和交叉污染的控制，有利于节能，但存在的问题是空调系统的数量很多，由此导致初投资增加、机械区增大、维护维修工作量增大等问题。也可多间CAR-T操作室共用一套净化空调系统。如前所述，CAR-T细胞操作区是一个多产品同时生产的区域，因此，当多间CAR-T操作室共用一套净化空调系统时，不应利用回风。由此会导致运行能耗的增加，以及不同CAR-T操作室非同时使用带来的不便。

CAR-T操作室的辅助区域，可根据工艺布局共用净化空调系统。当一个CAR-T细胞操作区有多间CAR-T操作室且采用双走道单向流工艺布局时，建议洁净走道及相关房间共用一套净化空调系统，污物走道及相关房间共用一套净化空调系统。

3.2 设计参数

由于操作人员需要穿戴洁净服进行操作，高级别操作室内甚至要穿戴两层洁净服，因此，洁净区内设计温度不宜过高。建议可采用表1所列的温湿度控制要求。

表1 CAR-T细胞操作区温湿度要求Tab.1 Requirements on temperature and relative humidity in CAR-T operation area

洁净室的送风量应满足如下要求，并经计算取最大值：① 满足室内热湿负荷的需求；② 满足维持洁净度级别的需求；③ 满足室内新风供给的需求。通常，气流流型及推荐的换气次数如表2所示[2]。

表2 CAR-T细胞操作区的气流流型及换气次数Tab.2 Air flow pattern and air change rate in CAR-T operation area

生物阳性区应与同级别的房间之间保持适当的相对负压，以防止污染和交叉污染。图3所示为CAR-T细胞操作区的压差设计示例。CAR-T操作室洁净度级别高于洁净走道、污物走道，因此与洁净走道、污物走道保持不小于10 Pa的压差，以满足相关法规、标准的要求。人员进入更衣为非生物阳性区，设计为正压气锁，对CAR-T操作室和洁净走道均保持相对正压，这样既能保证CAR-T操作室的洁净度，又能有效防止生物阳性扩散，从而防止污染与交叉污染。污物走道为生物阳性区，因此人员退出气锁设计为梯度气锁，人员退出气锁对操作室保持相对负压，对污物走道保持相对正压。通常，洁净走道的对外压差高于污物走道的对外压差。

图3 CAR-T细胞操作区的压差设计Fig.3 Pressure difference in CAR-T operation area

3.3 风量平衡计算

洁净室的风量平衡如下[3]：

SA=RA+EA+LA

式中SA——送风量，m3/h；

RA——回风量，m3/h；

EA——排风量，m3/h；

LA—— 渗透风量，m3/h。

当房间对外漏风时，渗透风量值为正，反之则为负值。

而空气处理机组选型时，通常在各房间风量汇总的基础上，增加15%～20%的设计余量，以满足系统漏风、调试、运行损耗等需求。

3.4 回排风策略

当每间CAR-T操作室设置一套独立的净化空调系统时，可适当利用回风。当一个病人的CAR-T细胞操作结束时，应先进行消毒、灭菌等操作，经验证无残留时方可进行另外一个病人的CAR-T细胞操作。当多间CAR-T操作室共用一套净化空调系统时，不应利用回风。

辅助区域有大量热、湿、异味散发或生物阳性的房间，如换鞋、清洗、灭菌等房间，不应利用回风，其余房间可适当利用回风。

3.5 生物安全柜选型及排风设计

根据CAR-T细胞操作的特性，生物安全柜一般选用Ⅱ级A2型或Ⅱ级B2型。其中，Ⅱ级A2型生物安全柜排风比例30%，可排到房间、套管连接或密闭连接排至室外；Ⅱ级B2型生物安全柜排风比例100%，密闭连接排至室外[4]。

当CAR-T操作室回风直接排至室外时，Ⅱ级A2型生物安全柜排风建议排至房间，以减少风管连接，减少生物安全柜启停对房间压差的影响。当CAR-T操作室回风回至空气处理机组时，Ⅱ级A2型生物安全柜排风应根据风险分析的结果，采用适合的排风连接方式。

当生物安全柜排风密闭连接排至室外时，应尽量避免生物安全柜启停对房间压差的影响。根据生物安全柜排风量与房间回风量的大小不同，可采取不同的排风设计，如表3所示，其中，房间回风量是指房间无生物安全柜时，设计计算的房间回风量。

不同排风设计方案的示意图如图4所示。

方案3可以采用与方案1 或方案2类似的设计，只是由于为了满足生物安全柜排风的要求，增大了房间送风量，从而导致系统运行能耗的增加。

3.6 过滤策略

CAR-T细胞操作区的送风至少应经过粗效、中效、高效三级过滤。其中，中效过滤器宜设置在净化空气处理机组的正压段，高效过滤器应设置在净化空调系统的末端[2]。

表3 生物安全柜外排时的排风设计Tab.3 Exhaust air design for biosafety cabinet with discharge air

图4 生物安全柜外排时的排风设计方案Fig.4 Exhaust air design diagram for biosafety cabinet with discharge air

高风险生物阳性区的排风，应经过高效过滤器处理后排至室外，高效过滤器及其预过滤器应设置在系统的负压段。

低风险生物阳性区及非生物阳性区的排风，宜经过中效过滤器处理后排至室外。

3.7 压差控制策略

CAR-T细胞操作区至少应采用被动压差控制，即在送风管上设置压力无关型定风量阀，在回排风管上设置定风量阀或手动风阀。建议采用主动压差控制，即在送风管上设置压力无关型定风量阀，在回排风管上设置带调节执行机构的阀门，根据房间压差进行主动控制，如图5所示。

图5 压差控制策略Fig.5 Pressure difference control strategy

3.8 消毒策略

CAR-T操作室的消毒，建议采用消毒剂擦拭等表面消毒方式，以及臭氧、汽化过氧化氢（Vaporized Hydrogen Peroxide，VHP）等空间消毒方式。

如采用的空间消毒方式需利用空调系统作为通风设施时，应配置相应的消毒排风设施[2]。当采用VHP 消毒时，排风系统的风管及附件应能耐受VHP腐蚀。

多间CAR-T操作室共用一套净化空调系统时，还应考虑每间CAR-T操作室单独消毒的需求。每间CAR-T操作室的送、排风管应设置可关断且密闭性能良好的阀门，消毒时，关闭送、排风管上的密闭阀，以实现单独消毒的需求。

3.9 节能措施探讨

CAR-T细胞操作区采用直流式系统时，可在新、排风之间设置中间热媒式热回收系统，将排风的热量或冷量进行回收，从而实现节能[5]。

CAR-T细胞操作区洁净度级别较高，送风温差较小，夏季为达到室内温湿度控制要求，采用一次回风系统的空气处理过程一般为先冷后热，存在“冷热相消”的现象[6]。为减少“冷热相消”引起的运行能耗浪费，可在表冷盘管的前后设置热管，通过热管将表冷盘管前的热量传递到表冷盘管后，从而同时降低制冷量和再热量，降低系统运行能耗。另外，可也通过二次回风的系统形式，减少“冷热相消”引起的运行能耗浪费。

此外，CAR-T细胞操作区非连续使用时，可采用降低换气次数运行的值班模式，以降低运行能耗。

3.10 设计案例

图6所示为某CAR-T细胞操作区的空调系统流程图。该空调系统服务于4 间CAR-T操作室，采用直流式系统。选用Ⅱ级A2型生物安全柜，排风排至房间。送风采用粗效、中效、高效三级过滤，排风设置中效过滤器。采用主动压差控制。房间送风、排风均设置可关断且密闭性能良好的变风量阀。正常运行时，送风恒定风量运行，根据房间压差控制排风。任何一间CAR-T操作室消毒时，可单独关闭该房间送、排风管上的变风量阀。该系统采用中间热媒式热回收系统、热管等节能措施。

图6 CAR-T细胞操作区的空调系统流程图示例Fig.6 Example of airflow diagram in CAR-T operation area

4 结束语

CAR-T细胞治疗净化空调系统的设计应根据工艺条件开展。根据工艺布局及工艺操作，确认生物阳性区的划分。由此，合理进行空调系统划分，并采取合适的回排风策略、过滤策略、压差控制策略及节能措施，从而实现净化空调系统的合规、合理设计。