写在前面
前期我们把 QbD 四步中的前三步走完了:QTPP 确立产品质量目标,CQA 从三十多项属性中收敛出关键清单,CPP 则把风险评估从产品属性一侧转到工艺参数一侧。
而最后一步 Control Strategy(CS) 要回答的是:这些分散的判定,最终如何组合成一套能确保每一批产品质量的控制体系?
本期覆盖原书第四章最后三部分:4.4.4 Control Strategy(控制策略)、4.4.5 Design Space for Biopharmaceuticals(生物药的设计空间),以及 4.5 Limitations of Risk-Based CMC Regulatory Compliance(基于风险的CMC合规的局限)。
Control Strategy:
不只是放行标准
1
控制策略的定义
原书对Control Strategy 的定义来自 ICH Q10:
‘a planned set of controls, derived from current product and process understanding, that assures process performance and product quality. The controls can include parameters and attributes related to drug substance and drug product materials and components, facility and equipment operating conditions, in-process controls, finished product specifications, and the associated methods and frequency of monitoring and control.’
定义中有两处值得留意。
其一,"源于当前对产品和工艺的理解"。Control Strategy 不是独立设计出来的,而是前三步(QTPP、CQA、CPP)结论的汇总,对前三步的理解有多深,控制策略就能做得多精准。
其二,"current"。这意味着 Control Strategy 会随知识积累而调整,这与第十五期讨论的 Continuum 是同一个逻辑。
2
ICH Q11 的四个组成部分
作者引用 ICH Q11,指出生物药 Control Strategy 至少包括四个主要组成部分:
A control strategy can include, but is not limited to, the following:
Controls on material attributes (including raw materials, starting materials, intermediates, reagents primary packaging materials for the drug substance, etc.);
Controls implicit in the design of the manufacturing process (e.g., sequence of purification steps [biotechnological/biological drug substances], or order of addition of reagents [chemical entities]);
In-process controls (including in-process tests and process parameters);
Controls on drug substance (e.g., release testing).
作者随后对这四部分逐一做了展开。
2.1
原始物料属性的控制
作者指出,关键原材料对生物药的质量构成显著风险。而生物来源的原材料还带有额外风险:一是外源因子污染,二是它们往往是混合物,存在批间差异。
例如,多种细胞培养基组分可能含有一定水平的重金属离子,从而影响生物药的糖基化结果。
作者给出的实例来自 ADC 产品 Polivy (polatuzumab vedotin) 的 EMA EPAR(2020年1月):
Process validation was performed following a two-tiered approach. Four consecutive process performance qualification (PPQ) batches were produced at full-scale using the commercial v1.0 process and six additional clinical batches produced according to the same v1.0 manufacturing process were compared to the four PPQ batches. Evaluation of CQAs, IPCs, and performance parameters demonstrated that the manufacturing process is consistent throughout the process. A shift in glycosylation profile (sum of afucosylation and G0F) was observed between v1.0 clinical and v1.0 PPQ batches. This shift was assigned to increased levels of trace element manganese impurity. As a result, a manganese acceptance criterion was implemented and a verification batch was produced, showing glycosylation levels comparable to previous v1.0 clinical manufacturing runs.
在工艺版本相同(都是 v1.0),且CQA、IPC 和 performance parameters 的评估都显示工艺一致情况下,glycosylation profile 依然发生了偏移,最终的根因在培养基中的微量锰,即原材料发生了变化。最终的纠正措施是为原材料新增一项 acceptance criterion。
上述例子说明了为什么 raw material control 被列为 Control Strategy 的第一个组成部分:它是工艺参数控制覆盖不到的一个独立风险来源。
2.2
工艺设计中隐含的控制
这一类控制不体现为某个可监测的数值,而是体现在工艺本身是怎么设计的,作者给了上下游各一个例子:
上游:生产周期的长短。生物反应器中生产阶段的时长可以延长,以便产出更多蛋白或病毒,但细胞同时在死亡、裂解,向溶液中释放额外的胞内杂质,最终可能使下游纯化步骤的处理能力不堪重负。
下游:精纯步骤的选择与顺序。纯化工艺中最后一步"精纯(polishing)"层析有多种选择,如阴离子交换、阳离子交换、疏水作用、分子排阻等,但对于某个特定的生物药,需明确正确的步骤顺序是什么
上下游两个例子说明的是:有些质量保证不是靠"监控"得来的,而是靠"设计"得来的。 上游收获时机的选择,决定了下游需要面对的杂质负荷;下游步骤的选择与排序,决定了每一步的去除能力能否充分发挥。这些决策一旦固定在工艺里,就成为一种隐含的、但同样起作用的控制。
2.3
中控检测的控制
作者对中控检测(in-process tests)的说明是:这些检测用于确认生产工艺正在按预期运行,通常设定的是行动限(action limits),而不是质量标准(specifications)。但对生物药而言,有时中控检测也会设定规定限度。例如收获前对生物反应器培养物进行检测,以证明不存在外源因子污染。
These tests are used to provide assurance that the manufacturing process is performing as expected. They are typically assigned action limits rather than specifications. However, for biopharmaceuticals, sometimes the in-process tests have specified limits (e.g., the testing of the bioreactor culture prior to harvest to demonstrate the absence of adventitious agent contamination).
这个区分有实际意义。行动限被触发,意味着需要关注和评估;规定限度不符合,则意味着该批次不能继续向下游推进。收获前的外源因子检测之所以采用规定限度,是因为一旦污染物进入纯化区,后果是全厂性的,第十七期 Genzyme 案例正是这种情况。
2.4
产品(CQA)与工艺(CPP)的控制
作者说明这部分已在 4.4.2 和 4.4.3 节讨论过,即前两期的内容。
2.5
作者的批评:过于依赖产品质量标准
在列完四个组成部分之后,作者给出了本节最重要的一句判断:
As indicated above, the control strategy for the biopharmaceutical should be a combination of these four main components. All too often, product specifications (CQAs) only are considered, rather than building in more quality reliability through the design and control of the manufacturing process and the control over the raw materials introduced into the manufacturing process.
这句话与 QbD 的出发点一致。只依赖 release testing,相当于只在最后一道关口把关;把原材料、工艺设计和 IPC 都纳入 Control Strategy,则是在质量形成的各个环节都设置控制。前者能发现问题,后者能减少问题的发生。
3
如何向审评员呈现 :FDA 的推荐表格
作者接着提出一个实际问题:如何把完整的控制策略呈现给监管机构,尤其是在上市审评时。与上一期 CPP 的情况一样,FDA 为 BLA 申报提供了一个推荐表格。
图片来源:Geigert J., The Challenge of CMC Regulatory Compliance for Biopharmaceuticals, 4th ed., Springer, 2023. 版权归 Springer Nature 所有,本文仅作学习交流使用。
来源与上一期 CPP 表格相同:原书文献 [28] 和 [29],即 FDA 致 Vabysmo (faricimab-svoa)(2021年3月29日)和 Tecvayli (teclistamab-cqyv)(2021年5月26日)的 Pre-BLA Meeting Minutes,可在 Drugs@FDA 公开下载(Vabysmo;Tecvayli)。作者同样注明两份纪要的列标题存在细微差异。
使用说明
随表格提供的总体说明有两条(p.114):
表中所列的 CQA 应当从 Module 3 内容中摘要而来,不替代 Module 3 的内容;
表格应提交在 BLA 的 Module 1 或 Module 3R 中。
各列的具体说明
第 1 列与第 5 列:对第 1 列列出的每一个 CQA,都要在第 5 列标明其拟定的控制策略。例如中控、验证去除(validation removal)、放行检测、货架期检测;
第 2 列:该 CQA 的影响领域,例如影响效价、免疫原性、安全性、有效性;
第 3 列:该 CQA 的来源,例如分子本身固有、发酵、纯化层析柱;
第 4 列:列出所有能够检测该 CQA 的方法,例如中控、放行、货架期;
第 6 列(最后一列):FDA 建议只需给出简短的论证。
第 5 列"验证去除"这一类值得留意。它意味着有些 CQA 的控制方式是通过工艺验证证明能被稳定去除,因而不必逐批检测,这正是"工艺设计中隐含的控制"在申报层面的体现。
第 3 列"来源"的设置也有其用意:它要求申请人把每个 CQA 追溯到具体的产生环节,与上一期 CPP 三步法中"先判断哪些 CQA 可能受哪些工序影响"是同一个思路。
Design Space:
监管灵活性最大、也最难获得的部分
4
设计空间的定义
Design space 的定义来自 ICH Q8(R2):
‘the multidimensional combination and interaction of input variables (e.g., material attributes) and process parameters that have been demonstrated to provide assurance of quality. Working within the design space is not considered as a change. Movement out of the design space is considered to be a change and would normally initiate a regulatory post approval change process. Design space is proposed by the applicant and is subject to regulatory assessment and approval.’
这个定义包含三层意思:
"已被证明":设计空间不是推测的可行范围,而是有数据支持的范围;
"多维组合及交互作用":它不是若干单因素范围的简单叠加,而要考虑参数之间的交互;
"在内不算变更":这是设计空间的实际价值所在,即在获批后,在空间内调整工艺无需走变更申报
设计空间既可以应用于单个生产工序,也可以应用于整个生产工艺
5
ICH Q11 的示例:阴离子交换层析柱
作者引用了 ICH Q11 中的示例。该示例出自 ICH Q11 第 10.3 节 Example 3,是一个单抗纯化工序的设计空间:以流穿模式运行的 Q 阴离子交换层析柱(ICH Q11 原文)。
图示考察的是该步骤对三种工艺相关杂质的去除:病毒、宿主细胞 DNA、宿主细胞蛋白(HCP)。两个考察的工艺参数是电导率和 pH。
图片来源:Geigert J., The Challenge of CMC Regulatory Compliance for Biopharmaceuticals, 4th ed., Springer, 2023. 版权归 Springer Nature 所有,本文仅作学习交流使用。
作者对图的解读如下:
图右侧的三个方框,分别代表三种杂质在相同两个层析参数(电导率、pH)上的试验范围。在参数范围内,每种杂质都获得了令人满意的去除效果的区域,用每个方框内的白色小框表示;
图左侧的大方框,是右侧三个方框的叠加。叠加后左侧大方框中的白色区域,即被标注为"设计空间"——也就是能够同时令三种杂质都获得满意去除效果的两个层析参数的范围。
作者紧接着提醒:
While the “sweet spot” (i.e., the design space) in the figure looks impressive, and is scientifically instructive, obtaining that design space came only with a major investment in resources for exploring the operational conditions of the anion exchange chromatography process step.
而这还只是一个 unit operation、两个参数、三种杂质。
6
获得门槛:没有"残余不确定性"
作者随后说明了获得设计空间的难点所在
Obtaining regulatory authority freedom to operate within a design space requires the manufacturer to convince the regulatory authority that there is no ‘residual uncertainty’ – that all aspects of understanding a specific process step are known and under control by the manufacturer – if granted that freedom. Due to the manufacturing challenges and the complexity of biopharmaceuticals, obtaining design space has been most difficult, if not possible, to date.
由于生物药生产的挑战性和产品的复杂性,作者的判断是:迄今为止,获得设计空间极为困难。
唯一的成功案例:Gazyva / Gazyvaro
作者指出,只有一家生产商成功地以设计空间获得了生物药的上市批准,即 Genentech(基因泰克)的单抗 obinutuzumab(奥妥珠单抗),在美国称为 Gazyva,在欧盟称为 Gazyvaro。对此作者有两点评论
1. 关于投入回报:
作者写道,令人意外的是,基因泰克对这次成功并没有太多公开谈论。可能的原因是,他们需要解释为获得这一独特成功所付出的投入与回报(ROI)之间的关系。当然这是作者的推测,原书未给出依据,读者可自行判断。
2. 关于申报措辞:
Today, to ensure that regulatory authority reviewers do not mix up a biopharmaceutical company’s intent of filing under QbD principles without seeking design space freedom, various phrases are used in the submitted market application dossiers such as ‘using principles of QbD’ or ‘applying QbD elements’.
这一点对撰写申报资料有直接参考价值。"QbD" 在审评员眼中可能隐含"申请 design space"的意思;如果并不打算申请,措辞上应明确区分,以免引发不必要的审评问题。这也呼应了第十八期提到的:QbD 是推荐而非强制,它的术语是与监管沟通的语言
基于风险的 CMC 合规的局限
第四章最后一节(4.5, p.117)篇幅很短,作者讨论了两个局限。
局限一:投入的时点与管理层意愿
Quality by Design (QbD) needs to be applied during clinical development, sometimes when it is uncertain or too early to determine if the biopharmaceutical product will ever make it into the marketplace. Since QbD costs money to effectively put in place, the need to implement it during this clinical development period can be stumbling block to senior management in terms of their willingness to support the risk-based CMC efforts. A critical thought for senior management
作者给高层管理者提了一个问题:
if not willing to invest in QbD, what are the options? QbD is investing in success. If not QbD, then what? QbC (Quality by Chance) is not a viable option!
作者在这里用了感叹号,这在全书中并不多见。这一局限与第十七期讨论的管理层责任是同一个问题:CMC 投入的回报往往要到后期才显现,而决策必须在早期做出。
局限二:最薄弱的环节是人
The weakest link in any risk-based CMC regulatory compliance strategy is typically the staff involved with Quality Risk Management (QRM) in making the risk criticality assignments. Inexperienced or incompetent or fatigued staff are not going to lead to any kind of useful strategic CMC guidance; but, instead will lead to a document that will sit on a shelf rather than used to guide the CMC team members. QRM requires teams working together to reach a consensus decision.
这段话回到了前三期反复出现的一个事实:CQA 的评分、CPP 的阈值、pCQA 的升降,最终都是人做出的判断。打分表的形式再规范,评分的人如果经验不足,结果也不会可靠。
写在最后
Control Strategy 是 QbD 四步的落点。按 ICH Q11,它至少包括四个组成部分:原材料属性控制、工艺设计中隐含的控制、中间过程控制、原液控制。作者批评的是 “只考虑产品质量标准"的倾向。
Design space 是 QbD 中监管灵活性最大的部分:在空间内调整不视为变更。但获得它的门槛是让监管机构相信不存在 残余的不确定性。
而基于风险的CMC合规局限有两个:QbD 要在产品前景尚不明朗的临床期投入,需要管理层支持;风险评估的结论依赖于人的判断。
回顾第四章,作者的逻辑是十分清晰的一条线:
提出 Minimum CMC Regulatory Compliance Continuum,即合规门槛随知识积累而抬升;后续说明支撑这个 Continuum 的三根支柱——CMC Regulatory、cGMPs、Quality System,以及管理层缺位的代价;
给出 QbD/QRM 这套具体方法,QTPP、CQA、CPP、CS 四步,以及 design space 这一可选的进阶。最后,作者在 4.5 节回到起点:这套方法的效果,最终取决于投入的意愿和执行的人。
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下期预告
下一期我们进入第五章:Ever-Present Threat of Adventitious Agent Contamination(外源因子污染的持续威胁)。
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本文所引摘自《The Challenge of CMC Regulatory Compliance for Biopharmaceuticals》第四版,版权归原作者及出版社所有,此处仅供非商业学习交流。
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