通过快速、稳健的颗粒物鉴定增强生物制剂生产与供应链稳定性

通过快速可靠的颗粒识别，加强生物制剂制造和供应链的韧性 通过快速可靠的颗粒识别，加强生物制剂制造和供应链的韧性 卡齐亚·舒尔策，首席科学家，法医化学，药物产品，整合生物制剂，龙沙帕特里克·法夫罗德，高级科学家，法医化学，药物产品，整合生物制剂，龙沙迈克尔·雅恩博士，法医化学主管，药物产品，整合生物制剂，龙沙 为获得生物制剂药品的安全性和有效性，监管机构对微粒的存在设立了严格限制。因此，评估可见和亚可见颗粒所构成的风险对于保证产品质量和患者安全至关重要。在药品开发和生产过程中进行根本原因调查，需要快速、全面地识别和表征颗粒。这有助于及时识别污染源、解决现有问题并预防未来发生。本文介绍了几个案例研究，展示了通过Lonza的Forensics-On-Demand™订阅服务，利用先进技术、全面的谱库以及丰富的专业知识和经验，Lonza能够快速识别各种来源的颗粒，适用于广泛的生物制剂产品格式。 引言 对于通常通过注射给药的生物制品，需要识别不需要的杂质以消除其根本原因。在这样的非肠外药物制剂（DPs）中，颗粒物的存在是一个关键问题，包括那些肉眼可见（可见颗粒，通常大于100 μm）和那些仅通过放大才能检测到的（亚可见颗粒，通常小于100 μm）颗粒，因为它们都可能对患者的健康和疗效产生负面影响。 然而，鉴于当前人类能力的局限性，目视检查仅作为概率性控制，且制造材料、技术和设备的固有特性，这些都会固有地产生颗粒物，因此不可能生产完全不含颗粒的注射用药物粉末。 可见颗粒物的潜在来源存在于整个制造和储存过程中，包括原材料、工艺设备、包装材料和操作人员。可见颗粒物也可能在临床给药点给药DP前后以及在对需要刺穿塞子的冻干和其他难以检查的产品进行补充测试时产生。 可见粒子根据其来源和影响进行分类。外源性粒子是污染了生产工艺的外来物质，表明存在违反药品生产质量管理规范（GMP）的情况，包括无菌性。内源性粒子是来自生产工艺所使用材料释放的粒子，其存在表明需要改进填充/完成工艺。固有粒子源自DP配方本身，其高浓度存在表明需要改进工艺或配方。 多种药典均规定了注射产品中可见粒子的阈值。尽管具体要求略有不同（“基本上”、“实质上”或“明显”无粒子），但期望的是，注射药物应采用能最大限度减少不希望有的粒子出现的方式生产。[1] 通常在药品生产后进行100%目视检查时检测可见颗粒。固有颗粒通常在稳定性研究中通过目视检查发现。亚可见颗粒分析也通常在此进行，利用光 obscuration（光遮蔽）和流成像技术往往能揭示固有可见颗粒的产生。有经验的操作人员在最终灌装/完成前以及目视检查后，在不同药物物质（DS）和药品（DP）生产步骤中也常能发现可见颗粒。 在最坏的情况下，在目视检查后观察到可见颗粒（例如，在储存期间，甚至在给药部位），其后果可能是产品召回[2]。在所有目视检查检测到的案例中，后果都是具有影响力的，尤其对患者而言。事实上，从2017年至2021年，美国食品药品监督管理局（FDA）发布的所有无菌产品召回通知中，大约有三分之一是由于存在可见颗粒（见图1）。颗粒物质可能对所有剂型都是一个问题，包括蛋白质、单克隆抗体、抗体偶联药物、多特异性药物和其他基于抗体的产品，以及细胞和基因疗法。 因此，必须尽快确定可见粒子的身份和来源，并采取主动措施减轻其影响，防止未来再次发生。鉴于可能存在于注射剂中的颗粒物的化学成分和物理外观存在巨大差异，使用一套全面的分析方法进行颗粒识别和表征至关重要。对于本文关注的可见粒子，这些技术应包括光学显微镜、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱，以及配备能量色散X射线光谱（SEM-EDX）的扫描电子显微镜。 包括效力或剂量不正确、变色、杂质/降解产物以及储存温度超出范围。 从 FDA 召回和安全警报存档中获取的数据：召回、市场撤回和安全警报 | FDA 此处，我们介绍了龙沙公司法医颗粒物实验室所使用的颗粒物识别与表征工作流程，该流程作为我们创新型的“按需法医”™订阅服务的一部分提供。通过该服务，客户可便捷地获得我实验室及经验丰富的专家支持。工作流程的效率通过内部案例研究得到验证，展示了成功识别不同来源颗粒物的能力。我们主要关注可见颗粒物，但实验室同样具备先进的仪器设备，能够进行亚可见颗粒物的分析与表征。 我们的粒子识别与表征卓越中心 我们位于瑞士巴塞尔斯特基全球药物产品服务卓越中心（Center of Excellence for Drug Product Services）的法医颗粒实验室成立于2016年。已投资超过500万瑞士法郎，为该通过ISO 9001认证的实验室配备了最先进的设备和能力，包括处理高活性产品和生物安全2级产品的资质。我们的团队由专家组成，每年成功为内部项目和外部客户完成超过200个样品分析。 我们的设施隶属于法医化学部门，该部门专注于分析鉴定DS和DP及相关工艺流中的杂质和污染物。因此，该团队能够快速获取进行颗粒物发生原因调查所需的其他法医专业知识和仪器设备。此外，龙沙法医颗粒实验室位于同一地点，该地点同时进行配方开发、工艺开发、非GMP生产和质量控制（QC）测试，所有项目和实验室活动均由各职能部门提供支持。由视觉检查测试组提供的一项重要服务是对前述服务的延伸，该组建立和认证用于培训及资格认定在DP生产现场执行100%视觉检查的视觉检查员的视觉检查测试套件。 我们已建立的用于可见粒子识别的工作流程 可见颗粒物识别的一般工作流程始于使用数字摄影记录所提供样品中的颗粒物。随后将颗粒物分离，通常通过过滤，或者如果颗粒足够大，则用镊子。分离后，使用光学显微镜对颗粒物成像，以获取其形貌、尺寸和其他物理属性信息。对于有机颗粒物，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱通常足以确定其化学组成。如果这些光谱技术无法提供确凿数据（这种情况通常发生在无机材料中），则应用扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）获取高分辨率图像并确定颗粒物的元素组成。 从这些分析中收集到的光谱数据，通过使用各种商业和内部获取的光谱库进行解读，在颗粒物识别方面取得了高成功率。为确定颗粒物（的）来源而进行的关联根本原因调查中，我们专家的丰富经验与Lonza内部数据库的应用相结合，该数据库允许评估类似颗粒物出现及其根本原因、关联影响和缓解措施，这对所有客户都非常有益。 视觉粒子识别如何为生物制剂的开发和制造增加价值？ 1. 防止生物制剂生产中的昂贵延误 许多提交的颗粒样品是在生物制品DS/DP生产所用的起始物料常规控制过程中发现的污染物。对原料进行颗粒识别至关重要，因为如果发现原料被污染且无法使用，就必须重新订购，这可能导致重大延误。 这一特定案例发生在COVID-19大流行期间，当时存在额外的供应链挑战。事实上，当时该批次原材料是唯一可用的，重新订购在时间和金钱方面都将成本极高。在制备缓冲溶液时，观察到有白色漂浮和黑色下沉的颗粒。有必要分析并识别这些颗粒，以评估该缓冲液是否仍可用于生产。 颗粒被分离、成像，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）元素分析进行了分析（图2）。在白光显微镜图像中，检测到几个颗粒。光谱分析显示，白色半透明纤维表现出与纤维素一致的谱特征。棕色颗粒无法通过FTIR和拉曼分析进行鉴定，但通过SEM-EDX分析发现其含有高量的铁和氧，表明它们最可能是氧化铁（即铁锈）的组成部分。 成功识别这两种粒子类型对于推进制造项目至关重要，因为这确定了缓冲区可以使用，从而避免了延误。 图2 缓冲样品中分离粒子的多模态分析，支持材料分类和生产影响评估。（a）滤膜上纤维状和棕色粒子的光学显微镜观察；（b）纤维（上两行）和纤维素参考（下行）的红外光谱；（c）纤维（上两行）和纤维素参考（下行）的拉曼光谱；（d）棕色粒子的SEM-EDX光谱。 2.确认产品安全，并使我们客户及其患者能够及时获得关键疗法 在检查含有细胞治疗产品的安瓿瓶时，发现其中一个安瓿瓶中有一根深蓝色纤维，引发了超出规格的警报，这可能影响急需治疗的放行，并可能导致对患者造成关键性的延误。我们被要求分析该微粒并确定其成分。 该纤维通过过滤进行分离，使用白光显微镜进行成像，并采用振动光谱技术进行分析，即傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（图3）。将红外光谱和拉曼光谱数据与龙沙公司庞大的光谱库中的光谱进行比较，结果显示其与纤维素参考光谱（通过红外和拉曼光谱均显示强相关性）以及靛蓝染料参考光谱（通过拉曼光谱显示强相关性）具有高度相似性。 这些数据对于确定颗粒物的来源、支持根本原因调查至关重要，因为着色剂的存 在有助于追溯其源头。根据收集到的信息，得出结论认为产品质量未受影响，救命药可以安全地给予患者。 图3 显微镜和光谱学分析结果支持对DP管中发现的蓝色纤维进行鉴定和根本原因调查。（a，b）滤膜上蓝色纤维状颗粒的光学显微镜图像；（c）纤维（上两个）和纤维素参考（底部）的红外光谱；（d）纤维（上两个）和靛蓝参考（底部）的拉曼光谱。 3.通过识别复溶现象并实现其及时释放，以最大限度降低冻干西林瓶中的报废风险 许多生物制剂在溶液状态下，在环境温度或低于环境温度时会发生降解，这可能需要将其制成冻干干粉（DP）以增加稳定性和保质期。冻干干粉会进行100%的目视检查，此外，这些难以检查的产品在复溶后还需要进行补充性目视检查（检查一批产品中的一小部分），这通常在质量控制（QC）环境中进行。 通过使用注射器将注射用水注入冻干西林瓶的橡胶塞来重新配制。当用针头刺穿塞子时，可能会发生取芯现象，这会导致西林瓶内容物被橡胶塞的碎片污染。必须将这个异物与其他可能存在的潜在颗粒物区分开来，因为其存在并不一定需要采取缓解和后续措施。 在此所示案例中，在质检实验室的目视检查后观察到颗粒。通过白光显微镜、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱对其进行分离和检测（图4）。光镜显示颗粒呈灰白色，这是橡胶塞材料的典型颜色。在颗粒表面还观察到阻隔膜（透明部分）。FTIR和拉曼光谱与橡胶塞所用材料（橡胶材料和阻隔膜）成分匹配的参考光谱具有良好的相关性。 因此，结论是这些颗粒源于再构程序。因此无需采取缓解措施，冻干DP在补充目视检查过程后即可发布。 图4 用于在复水冷冻管中识别橡胶塞碎片的显微和光谱分析结果。（a）滤膜上的颗粒光学显微镜图像；（b）颗粒的IR光谱（上）和橡胶塞参考物的IR光谱（下）；（c）颗粒的IR光谱（上）和阻隔膜参考物的IR光谱（下）；（d）颗粒的拉曼光谱（上）和橡胶塞参考物的拉曼光谱（下）；（e）颗粒的拉曼光谱（上）和阻隔膜参考物的拉曼光谱（下）。 4.药物原料包装中颗粒污染的根本原因识别：实现批次放行并防止再次发生 连续式衬里系统用于小分子制药生产中，通过防止泄漏和交叉污染，安全地转移和储存制药中间体及原料药（DS），以在不同阶段之间进行整体药物制造过程的操作。它们的主要应用之一是将物料从产品容器转移到用于运输的桶中。 按需法医™ 意外粒子出现时加速调查 虽然 DP 中完全不存在可见和亚可见颗粒是不可能的，但最大限度地减少其出现对于实现质量、功效、安全性和法规合规至关重要。当检测到可见颗粒时，时间至关重要。必须快速准确地识别它们，以保持项目的顺利进行。无论是存在于原料、DS 还是 DP 中，颗粒物的身份和来源都必须尽快确定，以避免可能不仅对制药公司造成经济损失，而且最重要的是可能导致救命药物短缺的生产延误。 与Lonza等能够提供快速可靠的颗粒物识别服务的合同开发与制造组织（CDMO）合作，能为药品申办者带来显著价值。我们独特的Forensic-On-Demand™订阅服务，可即时获取Lonza的法医颗粒物实验室及经验丰富的专家，他们能利用先进技术、全面的谱图库和高效的业务流程，快速准确地识别您样品中的颗粒物。 我们的“按需法医分析™”服务旨在帮助您从被动应对颗粒物问题转变为主动管理整个药物研发管线中的此类问题，从而助您应对挑战、最小化供应链中断和报废风险，同时确保您的产