新冠灭活疫苗生产车间设计要点探讨

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引言

2020年初,我国遭受了新型冠状病毒的“侵袭”,目前,疫情在全球范围内蔓延,疫情虽在国内有效的防控中得以阻断,然而疫苗才是最终终结疫情的有力武器,也是全国甚至全球恢复正常运转的关键所在。

为落实中央领导同志指示批示精神,推进新冠灭活疫苗生产车间建设、审批及运行,国家卫生健康委、科技部、工业和信息化部、国家市场监管总局、国家药监局制定了《疫苗生产车间生物安全通用要求》(以下简称通用要求),作为新冠肺炎疫情防控期间推动新冠疫苗生产的临时性应急要求[1]。并于2020年6月18日发布实施。填补了我国高生物安全风险车间相关规范的空白。

根据新冠病毒传播特性、致病性和临床资料等信息,该病毒按照第二类病原微生物进行管理。新冠病毒培养、动物感染实验应当在生物安全三级及以上实验室开展。利用病原微生物进行疫苗生产,具有一定的生物安全风险,需要在确保疫苗质量的同时,确保生产活动的生物安全。《通用要求》对涉及使用病原微生物进行疫苗生产的全过程中的生物安全风险提出生物安全方面的要求,包括车间建设、运行和管理等方面。

高生物安全风险车间,指用高致病性病原微生物或特定的菌(毒)株生产疫苗的车间。[2]因此,新冠灭活疫苗生产车间被定义为高生物安全风险车间。下面结合《通用要求》第6章“车间与设施”,从高生物安全风险车间,车间与设施的选址及布局、围护结构、通风空调系统、供水与供气系统、污物处理及消毒灭菌系统等几个部分进行阐述。

一、选址及布局

1.首先,企业在厂房选址方面应充分考虑周围环境,例如所在地段的功能、与周围建筑物的距离、人员密集程度、供水供电系统等。其次,企业应制定有效措施,处理高生物安全风险车间内部产生的废水、废物、废气,且所制定的措施,都应经过充分的确认或验证,避免对外部造成污染。另外,生物安保方面的措施,例如围挡、无死角监控、网络安全等,也应充分考虑。

2.生物安全三级实验室及兽药疫苗三级防护车间,只要求相对独立的区域即可。而高生物安全风险车间明确了应为独立建筑。在独立建筑中,以防护区为主体,配套的一般工艺区域、公用设施所在的辅助工作区,都涵盖在此建筑中,每个区域相互独立,功能分明。另外,防护区作为整个建筑的核心,只有授权人员才准许进入,可通过门禁、人脸识别等系统实现。

3.防护区的布局情况。包括防护服更换间、淋浴间、核心工作间及其缓冲间等,虽然功能房间划分简单,但怎样布局才更为合理、便于运行及管理,才是需要重点研究的问题。从趋势来看,人流进入、退出,分为两路、相互独立,更容易被接受。另外,活毒废水处理功能模块,其所在区域也要设置为防护区,生物安全相关的防护措施均不能忽视。

4.防护区房间作为二级屏障,合适的压差值以及压差梯度,决定了外部环境的隔离情况,此处压差设计与生物安全三级实验室无异。对于压差设置的建议:例如要求核心工作间压差不大于-40Pa,则需要将压差设置在更低的数值,例如-50Pa,避免因压差波动,导致数值高于-40Pa,而不符合要求,造成从二级防护泄漏到环境中的风险。

二、围护结构

1.高生物安全风险车间涉及的活病毒操作,需要在一级屏障中进行。一级屏障是操作者和被操作对象之间的隔离[2],一级屏障以及其连接管道,应保证密闭。

首先一级屏障要有机制来证明自身的隔离性能,如在隔离器中进行活毒操作前,应对隔离器进行泄漏率测试;如工艺罐类设备,需要通过保压实验后,方可进行生产活动。另外,还应在整个工艺流程中,对一级屏障可能存在泄露的风险点进行评估,并采用适当的方法对风险点进行验证。

其次车间内应有有效措施,防止病原微生物泄露后的扩散,并有应急处理预案、人员事故处理培训等预防性措施。

2.防护区内的围护结构作为二级屏障,其可靠密封,是实现防护区与非防护区隔离的重要因素,是贯穿项目始终的重点。简要罗列一些关注要点,例如:镶嵌在彩板中的设备,其密封方式、安装过程;贯穿处应选用合适的穿墙密闭装置;彩板缝、龙骨打胶等。

车间建设完毕,要经过有资质的第三方检验,其中围护结构的严密性是必要的检测项目。即在空调系统正常运行状态下,采用烟雾测试法检查各处板壁接缝以及线路、管路、设备穿墙处等的泄漏情况。此项在《通用要求》第八章验证和评估也有提及。因此,还应根据风险评估的结果,对围护结构严密性进行定期确认,保证二级屏障持续满足性能需求。

三、通风空调系统

1.一个高生物安全风险车间,一般包含数个相互独立的防护区(配备单独的人物流),这与实验室存在明显差异。可为独立区域设置单独空调系统,也可几个防护区共用。如进行充分的风险评估,采取有效措施,能防止不同区域间的交叉污染等,共用空调系统也未尝不可。但多方考虑空调系统调试难易度、熏蒸消毒的模式、运行以及出现故障的处理等,相对独立的送排风系统不失为一个更好的选择。

2.《通用要求》中明确要求,防护区空气不应循环使用,因此,我们要为防护区配备全新风空调系统。而进一步思考,如VHP传递窗的送风从防护区取风、如选用Ⅱ型生物安全柜,都是吸入了防护区房间的空气,是否可以理解为循环使用了防护区的空气?

3.防护区的空气应通过两级高效空气过滤器过滤后排出。目前国内普遍的固有做法为:房间排风高效为第一级,防护区外袋进袋出式高效空气过滤器为第二级。然而两道过滤器中间的风管,其材质、保压、灭菌等又需要特别对待。而将两道过滤器串联集成在房间排风口,以上问题则迎刃而解。据了解,近日国内已有多家公司的单台风口型高效过滤单元通过第三方型式检验。

4.排风高效过滤器要有原位消毒和检漏功能。原位检漏一般采用扫描法,分为手动和自动两种模式;原位消毒一般采用气体熏蒸消毒模式,要配有消毒口、认证口、消毒盖板等。注意,检漏测试需通过第三方检验,消毒测试需经过消毒效果验证。

5.防护区外使用的生物安全型高效空气过滤装置,一般常用袋进袋出式高效空气过滤单元(BIBO),必须能够提供型式检验报告。“型式检验报告”一词未曾出现在其他现有规范中,它是型式检验机构出具的型式检验结果判定文件,为了证明产品质量符合产品标准的全部要求而对产品进行的抽样检验。通俗来讲,BIBO生产厂家需委托第三方检验机构对BIBO进行检验并出具报告。

6.消毒。防护区消毒一般分为两种方式:送排风系统整体消毒和房间密闭消毒。比如房间密闭消毒时,需要关闭送、排风系统,及其主管上的生物密闭阀和防护区的门,使消毒区域处于密闭状态,在房间内由消毒装置发生消毒剂气体。此种消毒模式使用灵活、维护方便,在我国高级别生物安全实验室中应用较广。

排风系统整体消毒,需在空调系统的送风主管、排风主管之间设置旁通消毒风管,消毒工况下,关闭送、排风机及其主管上的生物型密闭阀,开启旁通消毒风管上的生物型密闭阀,启动消毒风机。但该消毒模式对消毒装置的能力、温湿度控制能力、风机低频运行能力等要求较高。

每种方式各有利弊,需要企业经过风险评估,考量车间规模,以及运行模式等,选择最适合的消毒模式。但值得注意的是,不管采用哪种模式,除了合理合规的配备硬件外,熏蒸消毒的效果也需要得到充分验证。

7.每套空调系统需配备两套送风机和排风机。为防止因风机故障,导致防护区内压差升高、压差梯度逆转,造成二级屏障泄漏的风险。然而接下来,两个风机的运行模式,是另外需要重点考虑的问题。

建议采用双机热备方式。即两台风机共同运转,当一台出现故障,另一风机立即调整到高频状态运行。冷备是指,一台风机运行,当它出现故障停机后,另一个风机由停机状态启动。如采用冷备方式,需明确从停机到启动的时长,并评估在这段时间内是否会出现压力逆转情况。

四、供水与供气系统

1.防回流装置的设置。防回流装置能防止防护区的污染风险波及至防护区以外的区域。而依《通用要求》所说,将装置设置在非防护区(如夹层),笔者并不认同。虽然设置于防护区外,对于平日检修而言,工作人员不需要进入防护区,但这种做法会带来很多弊端:(1)夹层内如出现跑冒滴漏,不易被发现;(2)夹层有了卡接的装置,而非不锈钢满焊,从风险评估角度来说存在泄露风险;(3)将防护区的边界扩展到了围护结构以外的夹层处等。同时还存在疑问:当防回流装置维修时工作日人员如何防护?管道如何灭菌处理?夹层空间是否存在泄露风险,如何处理?

2.循环系统。如有必要在防护区内设立循环系统的使用点,则必须与非防护区使用点的循环系统分开设置。且为防护区循环系统供水的制水设备所在的区域,建议设置为防护区,并应有大规模泄漏的意外防范及处理措施。

3.CIP系统的设置,与水循环系统类似。CIP系统大多采用循环清洗方式,如CIP的待清洗物在防护区内,则必须与非防护区CIP系统单独设置。且防护区CIP系统清洗后的用水,若要循环使用,需将该CIP系统设置于防护区,否则清洗用水不得循环,应当直接排至活毒废水处理系统。

五、污物处理及消毒灭菌系统

防护区内污物的处理,是涉及生物安全的重要因素,包括废水、废物、废气的处理。应利用风险评估的方法,对防护区内可能产生的污物进行识别,经过评估得到有效的处理措施,实现无害化排放。

废物的一般处理方式:防护区内设置双扉生物安全型高压蒸汽灭菌器,废物经高压灭菌后传出,装载方式及灭菌效果需要经过验证;还应设置带熏蒸消毒功能的传递窗,不耐受高压灭菌的废物经熏蒸后传出。熏蒸效果需经过验证。

废水的一般处理方式:防护区内产生的废水收集至活毒废水处理系统,进行消毒灭菌后排放。消毒效果需要经过验证。另外值得注意的一点,排水通气管口,应设置两道高效过滤器,管道式呼吸过滤装置相关要求参见前文BIBO。

废气的一般处理方式:工艺设备产生的废气,经过两道高效过滤器排放。二级屏障内的气体处理,由空调系统实现,同样经过两道高效过滤器处理后排放。高效过滤器消毒效果也需要经过验证。

需要说明:每种设施设备需要分别进行风险评估,采取适当、可靠的方式处理废气。但笔者认为,我们要秉承一个原则,在保证GMP的要求下,加一套生物安全的防范措施,这就是“两道高效过滤器”的由来。

总体来说:污物都需要经过有效处理,保证无害;处理方式均需经过验证;需定期对消毒灭菌等处理方式进行验证,确保性能稳定。

六、电力供应系统

如果发生用电故障,将无法维持防护区的安全措施。例如送排风机失电,可能会导致防护区内出现压差逆转;隔离器失电,可能会导致隔离器与房间压差逆转,隔离器内部的活毒泄漏;压缩空气系统失电,可能会导致充气密封条失效,与非防护区失去屏障,造成联通。因此,防护区内所有关键设施设备均应配备UPS不间断电源,且电池有足够的容量,至少提供后备电源时间30分钟。

七、通讯系统

一般低生物安全风险车间内存在大量的纸质记录,来记录房间、设备的运行状况、生产操作过程等。然而由于对高生物安全防护车间的风险管理,使其物料向外转运存在强制性、局限性,纸质记录的方式已不再适用于防护区。宜采用电子记录,MAS系统等形式取代。

结论

《通用要求》的发布,为高生物安全风险车间的建设指引了方向。以上的浅显解读,希望能给制药人一些提示,也希望大家能共同关注、解读和探讨,建设出更安全的疫苗生产车间。