一次性使用组件在生产过程中需经过灭菌处理，常见的灭菌方式包括伽马射线（Gamma）和X射线（X-ray）辐照。研究旨在探讨经过这两种不同辐照方式处理后的SU生物制药生产组件释放的可提取物（Extractables）的等同性，以期为行业提供科学依据，确保产品安全和性能。
引言
生物制药行业在生产过程中对设备和组件的安全性、纯净性有着极高的要求。一次性使用技术因其能够减少交叉污染风险、降低生产成本而逐渐取代传统不锈钢设备。然而，SU组件在生产前需经过严格的灭菌处理，以确保无菌环境。本研究聚焦于两种主要的辐照灭菌方式“伽马射线和X射线”，探讨它们对一次性使用组件可提取物的影响。
研究背景
一次性使用技术的发展
一次性使用技术在生物制药生产中扮演着越来越重要的角色。这种技术主要涉及使用一次性组件，如袋子、管道、过滤器等，它们在生产过程中仅使用一次，从而避免了交叉污染的风险，并减少了清洁和消毒的需求。这种技术的应用不仅提高了生产效率，还降低了生产成本，特别是在临床试验和生物制剂的商业化生产中。
辐照灭菌技术
为了保证一次性组件的无菌状态，辐照灭菌技术成为了首选。伽马射线和X射线是两种常用的辐照方式，它们通过高能量的辐射破坏微生物的DNA结构，从而达到灭菌的效果。伽马射线通常由放射性同位素钴-60产生，而X射线则通过机器产生，具有更高的剂量率和更好的剂量均匀性。
可提取物的重要性
可提取物是指在生产过程中，一次性组件与药物接触时可能释放出的物质。这些物质可能来源于组件的材料、添加剂、溶剂残留等。可提取物的存在可能影响药物的安全性、有效性和稳定性，因此在组件投入使用前，必须对其进行全面的评估。
材料与方法
研究对象
选取了三种典型的一次性使用组件作为研究对象：
袋子：由多层材料复合而成，包括聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等，用于存储和运输生物制品。
管道：通常由聚烯烃类热塑性弹性体（TPE）制成，用于在生物反应器和过滤器之间传输物料。
无菌级过滤器：由聚醚砜（PES）、聚丙烯（PP）等材料制成，用于确保流体的无菌过滤。
辐照处理
所有组件均在严格控制的条件下进行了辐照处理，以模拟实际生产过程中的灭菌步骤。辐照剂量设定为50 kGy ± 10%，这是生物制药行业中常用的灭菌剂量。辐照过程中，温度、剂量率和辐照时间等参数均被精确控制。
提取程序
提取程序旨在模拟组件在实际生产中可能遇到的条件，以评估可提取物的释放情况。提取介质包括纯水、50%乙醇/水、纯乙醇、1M NaOH和1M HCl等，以覆盖广泛的化学环境。提取条件包括在40°C下静态或摇动条件下提取1天、21天和70天，以模拟短期和长期使用的组件。
提取程序的选择依据和考虑包括：
- 化学兼容性：确保提取介质不会与组件材料发生不良反应。
- 提取效率：选择合适的时间和条件，以确保可提取物的有效释放。
- 模拟实际条件：尽量模拟实际生产过程中组件可能遇到的环境。
提取完成后，通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）、高效液相色谱-质谱联用（LC-MS）等分析技术对提取液中的可提取物进行定性和定量分析。这些分析技术能够检测和鉴定广泛的化合物，包括小分子有机酸、醇、酯、酮等。
结果
总体性参数分析
总体性参数分析是对提取液进行初步评估的关键步骤，主要包括总有机碳（TOC）、pH值和电导率的测定。结果表明：
- TOC：伽马辐照和X射线辐照的组件提取液的TOC值均在相似的范围内，表明两种辐照方式产生的有机可提取物总量相当。
- pH值：所有辐照组件的水提物pH值均有所下降，这是由于辐照过程中产生的小分子有机酸。
- 电导率：与纯水相比，所有辐照组件的水提物电导率显著增加，这同样归因于有机酸的存在。
这些结果表明，不同辐照方式处理的组件在总参数上没有显著差异，说明辐照方式对可提取物的总量影响不大。
可提取物的定性分析
定性分析的目的是识别和确认提取液中的各种化合物。以下是通过GC-MS、HPLC等技术鉴定的部分可提取物：
- 聚合物材料降解产物：如聚乙烯、聚丙烯的降解产物。
- 抗氧化剂及其降解产物：如BHT、Irgafos®等抗氧化剂及其降解产物。
- 增塑剂：如邻苯二甲酸酯类。
- 稳定剂：如HALS（受阻胺光稳定剂）。
可提取物的定量分析
定量分析旨在测定提取液中各化合物的具体含量。大多数化合物在两种辐照方式下的定量结果均在可接受的误差范围内，显示出良好的等同性。
讨论
辐照方式对可提取物的影响
通过对伽马辐照和X射线辐照样品的可提取物进行详细比较，我们发现两种辐照方式产生的可提取物在种类和数量上均无显著差异。这一结果基于严格的实验设计和精确的分析技术，确保了数据的准确性和可比性。
安全性评估
安全性评估是本研究的重要部分。我们根据提取得到的可提取物数据，结合药物接触时间、剂量等因素，进行了风险评估。所有检测到的可提取物均远低于毒性阈值，表明两种辐照方式处理的组件均满足生物制药产品的安全性要求。
行业应用
本研究的结果对生物制药行业具有重要的应用价值。首先，证实了伽马辐照和X射线辐照在处理一次性组件方面的等同性，为行业提供了灵活选择灭菌方式的依据。其次，通过减少对单一辐照方式的依赖，有助于提高生产效率和降低成本。
工艺考虑和安全评估
可提取物数据通常由药品制造商在资格认证期间的初始安全评估中使用，并建立随后的针对性可提取物研究。
对于安全评估，第一步是计算潜在暴露量，然后与相关阈值和限制进行比较，例如允许的每日暴露量（PDE）或毒理学关注阈值（TTC）。然后通过将阈值除以暴露值来计算安全边际。安全边际大于1时确立安全。
通常，生物制药过程中的可提取物或PERLs的安全边际远大于1（≫1），因为PDE值很高，工艺体积很大，导致患者暴露量很低。即使对于“未识别”的可提取物，也可以在大多数生物制药应用的安全评估中确立大于1的安全边际，这些可提取物根据治疗持续时间使用相当低的默认TTC值进行评估（欧洲药品管理局，2018）。在评估中，只应对安全边际接近1的化合物给予关注。
通常，在安全评估或计算可提取物/可提取物的分析评估阈值（AET）时，还会额外应用“不确定性因素”，通常在2-5的范围内，以反映定量的不确定性，通过该因素降低安全边际，导致非常保守的值。
因此，一次性设备的安全性或风险评估的结果对患者安全，以及产品质量和工艺性能的影响，很可能不受影响，即在可比剂量下独立于伽马或X射线的灭菌技术。
结论
研究对经X射线或伽马技术辐照的一次性使用的薄膜、管道和过滤器胶囊的可提取物剖面进行了优化研究，并证明了它们的等效性，检测到相同定量水平和类型的化合物。此外，在伽马辐照或X射线辐照的提取物之间没有观察到趋势。确认X射线和伽马射线在测试的聚合物中启动相同的化学反应途径，导致相同的辐射解产物。
结合现有的知识和试验数据，就其可提取物而言，通过伽马和X射线辐照的设备可以互换使用。这大大减少了对X射线辐照SU设备进行合格性确认所需的时间、成本和资源。实施X射线灭菌减少了因电离辐射灭菌能力不足而产生缺陷的风险，因为这将为灭菌引入一种“第二供应”策略。
这一发现对于指导生物制药行业的生产实践、优化灭菌工艺、降低生产成本具有重要意义。同时，也为监管机构提供了评估一次性使用技术安全性的科学依据。
参考
Roberto Menzel et.al. Equivalence study of extractables from single-use biopharmaceutical manufacturing equipment after X-ray or gamma irradiation. International Journal of Pharmaceutics, Volume 634, 5 March 2023, 122677.
