评价内毒素去除技术的有效性

2024-03-02

内毒素是热稳定的脂多糖(LPS)复合物，存在于革兰氏阴性细菌细胞壁的最外层。由于患者暴露于受这种毒素污染的药品或设备，可导致严重的不良反应，包括促炎细胞因子的激活和严重的发热反应。在制药行业，内毒素的预防、检测和去除程序必需严格遵循。从药物和医疗容器中去除内毒素通常通过专门的冲洗和/或干热破坏方法来实现。在本研究中，研究了注射用水 (WFI) 冲洗、蒸汽灭菌和干热方法，以更好地了解它们在降低受污染的工业标准1型玻璃和“替代”聚合物结构小瓶中的内毒素水平方面的有效性，这些小瓶通常用于制药工业的药物生产。除了这里评估的三种不同的玻璃小瓶外，本研究还评估了三种“替代”材料。备选小瓶均为国际标准化组织(ISO)标准10R小瓶，每个小瓶的独特成分如下:1)来自REDACTED的聚四氟乙烯(PTFE)， 2)环烯烃聚合物(CoP)，销售名称为Daikyo Crystal Zenith小瓶，来自West Pharmaceutical Services，以及3)由SiO2 materials Science (SiO2)销售的带有显微玻璃涂层的专利塑料小瓶。在暴露于本研究中讨论的各种内毒素去除处理之前，每个空瓶都加入了内毒素标准品。冲洗作为一个独立的内毒素去除方法，对于玻璃和替代材料小瓶，分别实现了平均2.2 log和5.3 log的降低。蒸汽灭菌在所有玻璃类型和PTFE替代小瓶中单独提供了大约3 log的降低。同样的蒸汽灭菌过程对CoP和SiO2替代瓶的效果要差得多(分别降低1.5和1.2 log)。冲洗和蒸汽灭菌的结合对于所有类型的小瓶均实现了大约6 log的内毒素降低，证明是一种有效的内毒素去除方法，可用于传统玻璃和替代材料的药物小瓶。干热除热原在所有玻璃容器中都是有效的，提供 ≥6 log的内毒素降低。替代材质的小瓶没有暴露在干热中，因为它们不能承受通过干热去除热原所需的高温。简介认识和理解内毒素是药品生产中的一种有害物质标志着制药研究和安全的一个重要里程碑。在20世纪后期，当科学家们深入研究复杂的药物制剂和质量控制时，他们在某些产品中发现了一种危险的存在 - 内毒素。这种来自某些细菌细胞壁的强效人体毒素具有引发严重炎症反应的能力，并对人类健康构成重大风险。今天，内毒素可以更广泛地归类为一种特定类型的热原。虽然术语内毒素是针对革兰氏阴性细菌细胞壁的脂多糖成分，但术语“热原”或“微生物热原”是一个更广泛和更一般的表征，指的是任何引起发烧的微生物物质。细菌内毒素是与肠外制剂和植入式器械污染相关的最普遍且可量化的热原，虽然健康细胞内的内毒素(LPS)的正常结构本身没有毒性或问题，但由于细胞分裂、损伤和溶解而释放的细胞碎片可能导致并发症。这些碎片，其中许多由外膜成分组成，允许脂质A的不受限制的暴露，脂质A是内毒素的最内层化合物，和大多数与内毒素相关的生物反应相关。当这种类型的污染持续存在于肠外或其它植入式产品中时，暴露的患者可能会通过诱导白细胞介素- 1和TNF产生强烈的促炎免疫反应和发热反应。因此，对于肠外药品和植入式器械的制造商来说，确保有足够的控制机制来防止医疗器械和药品上或内部内毒素污染的积累至关重要。在制药和医疗器械行业中，术语“除热原”是指经过验证的工艺，旨在以规定数量去除或灭活热原物质，并通过内毒素的灭活来监测。虽然过程中的内毒素监测步骤，如筛选原材料、关键水系统和环境，有助于降低污染风险，但只有在最终产品经过有效的除热原工艺处理后，内毒素才能达到99.9%或3 log的减少，制造商才可以声明“除热原”。对生产过程中的部件、成品设备或注射用产品进行除热原的两种最常用方法是干热或冲洗。虽然这两种方法都可以用来安全地减少污染的内毒素，但重要的是要了解每种方法的优缺点 (表1)。表1. 基于干热与冲洗的除热原方法的比较。通过加热去热原是破坏热原材料最常见和最有效的方法。这是耐热材料的首选方法，因为它导致内毒素的破坏和失活，而不是物理分离。使用干热作为除热原方法的其它好处包括:1)这种水平的处理还可以对材料进行灭菌;2)高温炉和加热它们的过滤空气不是革兰氏阴性细菌和/或内毒素污染的常见来源(与水相比)。为了通过加热达到3 log或更高的内毒素破坏，温度≥180℃，暴露时间为30分钟至3小时。当不能通过加热除热原时，用药用级质量的水冲洗可以作为一种替代技术，从而从热不稳定的产品中去除内毒素。塑料瓶、弹性体塞、热敏密封/封闭和某些医疗器械是此类产品或产品接触部件的例子，这些产品或产品接触部件可能是通过冲洗进行除热原的良好候选者。这个过程的工作原理是通过多次冲洗从产品中物理去除/分离污染的内毒素。由于冲洗除热原不是一种破坏性的方法，它依赖于通过稀释物理性去除内毒素，因此确保水源本身不是内毒素污染的促成因素至关重要。水可以支持许多不同微生物的生长，因此是潜在的内毒素污染源。因此，作为独立的除热原方法的冲洗策略应被视为最后的选择，如果选择使用的水，应定期监测。例如，用于去除内毒素的水应该是高纯度的(注射用水(WFI))，最好高于60℃。低于55℃、高于8℃的非无菌水应被视为微生物污染的潜在风险，因此可能被内毒素污染。此外，应经常评估水源的细菌(生物负荷)和内毒素(热源)污染，最终保持内毒素水平< 0.25内毒素单位(EU/mL)。在整个制药业，已经采取了警惕的工作来识别、测量和消除药物制剂中的内毒素，因为即使是微量的内毒素也可能导致不良反应并危及患者安全。日常的调查和严格的测试方法以及监管标准的实施铺平了全面内毒素控制策略在药品生产中的道路。在本文中，我们比较了两种常用的内毒素去除和灭活方法对玻璃和“替代”聚合物小瓶的有效性。此外，还评估了行业标准蒸汽灭菌方法的内毒素降低效果。材料和方法表2. 本研究中使用的小瓶类型和组成。结果图1. 内毒素去除方法对来自不同制造商及不同成分的小瓶的有效性。讨论干热是一种被证实的内毒素破坏方法。正如预期的那样，无论制造商类型如何，该工艺在降低玻璃小瓶超过6 log的内毒素污染水平方面都非常有效。由于替代材质容器与干热除热原温度不兼容，因此未收集该组的干热数据。单独冲洗可使每种玻璃小瓶的内毒素减少约2.2 log (图1)。然而，对于替代小瓶，单独冲洗可使PTFE小瓶的内毒素减少4.1 log, CoP Daikyo小瓶的内毒素减少6.2 log, SiO2小瓶的内毒素减少5.7 log (图1)。后两种小瓶的内毒素去除效果明显优于经过干热处理的玻璃小瓶。这种玻璃和替代小瓶之间内毒素去除有效性的差异是这篇论文的一个实质性发现。我们注意到内毒素既亲水又疏水。我们想知道获得的结果是否得到了相应的解释。由于玻璃是亲水的，因此内毒素分子通过其亲水末端具有将自身定向到玻璃表面的亲和力是合理的。因此，脂质A端是面向水的，正如预期的那样，在用水冲洗时更难以去除。另一方面，塑料通常是疏水性的，可以预期其表现正好相反。因此，内毒素的疏水性可以导致其亲水末端从表面向外定向，使其更容易被冲洗。进一步的评估探索内毒素的化学结构及其与各种不同物质(包括玻璃和塑料)之间的疏水/亲水性关系将是本研究的一个有趣的后续研究方向，并可能更好地解释一些发现。在所有类型的玻璃小瓶和聚四氟乙烯小瓶中，蒸汽灭菌单独提供了大约3 log的内毒素降低，而Daikyo CoP和SiO2小瓶分别产生了1.5和1.2 log的内毒素降低 (图1)。尽管CoP和SiO2小瓶的内毒素降低较小，但三种标准玻璃小瓶之间的平均3 log降低表明有效和充分的去除。由于小瓶是打开的，因此无法确定在蒸汽灭菌过程中实现的内毒素降低是由于破坏/失活，还是由于蒸汽冷凝并从打开的容器中排出而进一步稀释，还是两者的结合。为了解决这个问题，进行了一项后续研究，在填充的小瓶中加入内毒素并在蒸汽灭菌前密封。小瓶的密封作用是将内毒素包含在小瓶内，防止其被稀释/排出小瓶。按照这种方法，内毒素平均降低1.5 log (数据未显示)。与蒸汽灭菌的打开小瓶中观察到的内毒素减少~3 log相比，该数据表明，蒸汽灭菌单独通过对打开容器(~3 log)的灭活和稀释以及对封闭容器(~1.5 log)的灭活来减少内毒素。冲洗和蒸汽灭菌的结合产生了与干热除热原相似的高效且强大的内毒素降低。这里研究的所有玻璃和替代小瓶类型在这两种工艺结合后产生了大约6 log内毒素降低 (图1)。这一数据表明，冲洗和蒸汽灭菌的结合可以作为一种有效的方法，用于医疗器械和药品/组件的除热源。本研究收集的数据支持干热和冲洗结合蒸汽灭菌是降低受污染玻璃瓶和塑料瓶内毒素水平的最有效方法。这里研究的1型药用玻璃小瓶产生了类似的结果，无论生产类型如何。两种方法对每个测试容器都产生了大约6 log内毒素降低（注意，替代小瓶不能干热去热原)。虽然数据支持单独冲洗可以是一种有效的内毒素去除方法，但我们注意到，由于其局限性 (表1)，它应该仅在不能选择基于热的方法时使用。我们在这里证明，即使在没有冲洗和干热的情况下，通过121℃蒸汽30分钟的终端灭菌也可以作为有效的内毒素去除工艺。经证明，在所有材料类型和小瓶尺寸的研究中，冲洗和蒸汽末端灭菌的结合一致有效，可提供约6 log的内毒素去除。虽然有可用的玻璃替代品，并且可能服务于特殊用途，但应该限制其使用，因为无法通过加热使其除热源，这会造成不必要的内毒素污染风险。在需要替代材料作为玻璃替代品的应用中，本研究的发现强调了用蒸汽灭菌补充任何旨在实现除热原的冲洗方法的重要性。原文：D.J.Prince, H.N.Prince, Evaluating the Effectiveness of Endotoxin Removal Techniques. Contract Pharma, 2023.识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。