冻干机泄漏对药品无菌特性的影响评估

王家新 吕东娟

（海正辉瑞制药有限公司，浙江 富阳311404）

冻干机泄漏对药品无菌特性的影响评估

王家新 吕东娟

（海正辉瑞制药有限公司，浙江 富阳311404）

目的：提供一种方法来评估由于冻干机泄漏而造成的产品无菌风险。方法：依据理想气体状态方程“pV=nRT”，结合冻干机泄漏率数值，计算泄漏测试过程中进入冻干机内的非无菌气体的体积，结合生产工艺监控参数来评估产品的无菌风险。结果：泄漏率分别为0.010 mbar.L/s和0.013 mbar.L/s时，泄漏的气体量分别为71.846 5 mL和89.808 1 mL，泄漏气体量的差异为17.961 6 mL。结论：该批产品的无菌保证值能够得到充分满足，产品放行数据充分。

理想气体状态方程；冻干机；泄漏；药品无菌特性；风险评估

无菌冻干产品在冻干机内冻干的过程中，冻干机腔体在干燥阶段会处于低压状态，最低压力可以达到1 Pa甚至更低，由于冻干机腔体内的极限真空环境，冻干机所处环境中的气体会进入冻干机腔体内部。通常情况下，冻干机装载和卸载门处于无菌的A级洁净环境中，而主体部分则位于一般区或控制区域，因此非洁净气体的泄漏超过一定限度会造成产品的无菌风险。当冻干机泄漏率超过设定的标准泄漏率时，需要对泄漏量进行计算和对比，然后结合产品工艺监控数据进一步分析产品的微生物风险，为产品放行或拒收提供数据支持。

1 冻干机泄漏率和泄漏量计算方法

1.1 冻干机泄漏率的计算

冻干机泄漏率= （测试终止压力- 测试起始压力）×冻干机腔体总体积/测试时间。

泄漏率的大小与设备制造商的制造水平密切相关，根据目前使用情况看，国外制造商例如德国GEA公司和意大利IMA公司等公司的冻干机泄漏率通常可以实现 0.010 mbar.L/s，而国内制造商的冻干机的泄漏率相对高一些，通常可以实现0.025 mbar.L/s。

1.2 冻干机泄漏量的计算

当冻干机处于负压状态时，泄漏是不可避免的。但在一定程度和限度范围的泄漏对产品造成的无菌风险是受控的和可以接受的。在泄漏率超过验证的泄漏标准少许时，如何以一种更加直观的方法来获得非无菌气体的泄漏量，对于产品的无菌风险评估至关重要。在使用理想气体状态方程“pV=nRT”进行泄漏量计算的过程中，压力、温度、体积需要转换为国际单位，其中R（摩尔气体常数）=8.314 5 J/（mol·K），压力P以Pa为单位，体积V以m3为单位，T为热力学温度，单位是K，即：

T=（t+273.15）K，

泄漏测试过程中，测试的起始压力、终止压力/冻干机腔体的体积和温度均可知，可以利用理想气体状态方程近似地计算出泄漏测试前后冻干机内气体的摩尔量，通过气体摩尔量的差异计算出相应摩尔数的气体在室温下的体积差异，通常取室温为25℃，即298.15 K。

2 风险评估

2.1 事件描述和泄漏计算

体积为9 087 L的冻干机泄漏率标准设定为0.010 mbar.L/s，已通过培养基模拟灌装验证。在产品灌装生产前冻干机泄漏测试中发现泄漏率超过标准，为0.013 mbar.L/s。为检查装载小门的密封情况，打开了冻干机在无菌A级洁净区内的装载小门，此种情况下发生了冻干机腔体内气体和隔离器内无菌区气体的交换。检查发现冻干机装载小门密封完好，泄漏发生在其他未知位置，该冻干机已经不允许继续使用。由于已经完成产品溶液配制且在产品溶液有效保持时间范围内不能完成泄漏点修复，于是启用了另一台冻干机（马上进行清洗灭菌等准备）继续生产，冻干机准备过程约15小时，之后开始灌装生产。在这种情况下需要评估泄漏超标对无菌A级环境的影响以及给产品带来的风险，仅通过对比泄漏率的差别并不能获得直观的风险分析数据，需要进一步对气体泄漏量等数据进行计算和对比，由表1可知：泄漏率0.010和0.013的主要差异为气体泄漏量的不同，分别为71.846 5 mL和89.808 1 mL，后者的泄漏量比前者多17.961 6 mL。

2.2 风险评估

此次冻干机泄漏造成的风险主要分为两个方面：

2.2.1 冻干机泄漏对冻干机腔体的微生物风险依据表1数据，结合冻干机腔体所处环境的微生物监测结果进行风险计算和评估。已知冻干机所处环境的微生物负载实际监测数据为20 CFU/m3，则冻干机腔体内多泄漏的17.961 6 mL气体的微生物载荷（不考虑标准条件下泄漏的气体量）：

微生物载荷=20×17.961 6/106=3.6×10-4。

2.2.2 冻干机泄漏对无菌 A级生产环境的风险产品灌装和传送环境为C级洁净背景的隔离器内的A级环境 （RABS条件下为B级背景下的A级），实际送风风速约0.45 m/s，为置换型单向气流，每换气一次可认为实现了一次环境恢复，即可以使微粒浓度降低至原来的1%。已知隔离器的送风量为5 760 m3/h，隔离器体积为35.79 m3，则：

隔离器每小时换气次数=隔离器送风量/隔离器体积 =160.9次，

每次换气时间 =3 600/160.9=22.4 s。

所以隔离器在 44.8 s内的净化过程中就可以使隔离器内的微生物负载降低到原有浓度的万分之一，44.8 s后，隔离器内的微生物负载=3.6×10-4/104=3.6× 10-8＜10-6，

表1 不同泄漏率气体泄漏量对比

此时无菌保证值已经可以得到满足，事实上隔离器在冻干机准备过程中自净时间更长，超过15个小时。

2.2.3 结合生产过程中的工艺控制参数，见表2，可以进一步评估产品的无菌风险。由于表2中的工艺过程参数和数据没有异常，从客观上说明了该批产品的无菌风险可以充分满足产品的无菌保证要求。

表2 生产过程中工艺控制参数

3 结果

0.013 的泄漏率相比 0.010的泄漏率泄漏的气体量多出了17.961 6 mL，该部分气体的微生物负载为3.6×10-4，隔离器的无菌状态没有因该部分气体的泄漏受到本质影响。

隔离器高效的自净能力，可以将该泄漏气体的微生物风险在短时间内（几分钟）降低到若干个（10个以上）对数值，产品的无菌风险在隔离器正常运行过程中持续降低，符合无菌保证要求。

冻干机准备和产品生产过程中，工艺过程参数均在正常范围内，过程的微生物监控数据，包括浮游菌、沉降菌和手套接触碟等培养结果均显示为阴性。产品的无菌性获得证据支持。

4 讨论

4.1 泄漏标准的建立

生产过程中冻干机的泄漏应控制在一个合理的范围内，泄漏量过高会增加产品的无菌风险，进而导致产品失败；泄漏量过低会增加不必要的维护和运行成本。目前通用的被美国FDA认可的做法是在培养基模拟灌装过程中挑战一个泄漏最差值（worst-case）［1］，然后建立一个比挑战水平更严格的泄漏标准，以确保产品的无菌安全。

4.2 泄漏标准的维护

通过验证建立的泄漏标准需要持续的维护，按照科学的经过批准的维护程序对冻干机泄漏相关的阀门和密封圈、密封垫等进行定期维护和更换是确保冻干机泄漏符合验证状态的客观保证，也是我国2010版《药品生产质量管理规范（GMP）》第八十条和第一百三十九条之规定的要求［2］。

4.3 泄漏的控制和风险评估

对冻干机泄漏量的控制是无菌冻干药品无菌特性的重要保证之一，也是冻干制剂验证项目之一［3］。当冻干箱泄漏率超过验证标准的情况出现时，利用冻干机泄漏率计算公式［4］和理想气体状态方程“pV=nRT”［5］对冻干机的泄漏量进行计算并与标准泄漏值进行对比，为产品的无菌风险评估提供基础数据支持。结合隔离器的气流流型和自净特点［6］并结合微生物的生长繁殖条件［7］等进一步分析微生物生长繁殖的可能性，可以对产品风险做出有效和有意义的评估。

4.4 泄漏超标风险的进一步评估

当所有可获得的数据仍不能提供充足说服力的情形出现时，可以考虑模拟比超标泄漏更加严重的泄漏做培养基灌装实验。国产冻干机允许的泄漏标准相对宽松，泄漏率超标情况出现时产品无菌风险更大，更具挑战性的培养基模拟灌装实验会提供更有说服力的证据。需要说明的是，即使培养基实验结果良好，也不允许在实际生产中采用该挑战—用泄漏率来控制冻干机的泄漏，这样可能会导致产品的无菌风险变得不可控。

4.5 产品无菌性是否符合要求的判定

由于非最终灭菌产品的无菌性影响因素是多面的，还应结合生产过程中的其他风险因素，至少包括但不限于表2中的内容，做出全面分析，慎重做出产品无菌保证值是否合格的判定，避免误判。

总之，通过对冻干机泄漏量的计算和工艺监控参数的分析，可以对产品无菌特性进行有效评估，为产品放行或拒收提供数据支持，避免患者风险和法规风险。

［1］U.S.Department of Health and Human Services，Food and Drug Administration，Center for Drug Evaluation and Research，et al. Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing—Current Good Manufacturing Practice［EB/OL］.（2004-09）［2016-06］.http：//www.fda.gov/ohrms/dockets/ac/05/briefing/2005-4136b1_04_ sterile%20drug%20products.pdf.

［2］ 卫生部.药品生产质量管理规范（2010年版）［S］.卫生部令第79号，2011-01-17.

［3］ U.S.Department of Health and Human Services Food and Drug Administration.Guide to inspections of lyophilization of parenterals（7/93）［EB/OL］.（2014-11-25）［2016-06］.http：//www.fda. gov/iceci/inspections/inspectionguides/ucm074909.htm.

［4］ Charles D，Dern P.E.Teck Brief：An Explanation of Leak Rate［EB/OL］.（2006-01-27）［2016-06］.http：//www.pharmaceuticalonline.com/doc/technical-brief-an-explanation-of-leak-rate-0001.

［5］ 傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学上册［M］.5版.北京：高等教育出版社，2009：9-10.

［6］ ISPE Baseline○RGuide：Sterile Product Manufacturing Facilities［EB/OL］.2 Edition.（2011-09）［2016-05-11］.http：//www.Ispe.org/ Publications.

［7］刘晶星，李凡，徐志凯，等.医学微生物学［M］.8版.北京：人民卫生出版社，2013：24.

Evaluation on Impact of Leakage of Lyophilizer on Sterility of Drugs

Wang Jiaxin，Lv Dongjuan（Hisun Pfizer Pharmaceuticals Co.，Ltd，Zhejiang Fuyang 311404，China）

Objective：To provide a method for evaluation on impact of leakage of lyophilizer on sterility of drugs. Methods：The volume of non-sterile gas entering the lyophilizer during leakage test was calculated according to the equation pV=nRT combined with the leakage rate，based on which the sterility risk of product was evaluated in combination with the monitoring paramaters of production process.Results：When the leakage rates were 0.010 and 0.013 mbar.L/s，the volumes of unsterile leaked gas were 71.846 5 and 89.808 1 mL，respectively，between which the difference was 17.961 6 mL.Conclusion：This batch of drug completely met the requirement for SAL value，of which the data for product release was sufficient.

Ideal Gas State Equation；Lyophilizer；Leakage；Sterility of Drug；Risk Assessment

10.3969/j.issn.1672-5433.2016.10.005

2016-05-15）

王家新，男。研究方向：药品生产和质量保证。通讯作者E-mail：jiaxin.wang@hisun-pfizer.com