Picarro PI2114（CRDS技術(shù)在監(jiān)測(cè)殘留過(guò)氧化氫(H?O?)方面的技術(shù)突破）

前言

現(xiàn)在生物制劑是最有效和最有潛在價(jià)值的新治療產(chǎn)品，包括多肽、蛋白質(zhì)、抗體-藥物偶聯(lián)物（ADC）以及細(xì)胞衍生產(chǎn)品和基因療法。這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，容易受到殘留過(guò)氧化氫（H₂O₂）的氧化或降解破壞。在凈化后的曝氣過(guò)程完成后，有些痕量H₂O₂仍會(huì)存在于無(wú)菌處理設(shè)備中。對(duì)于早期生物制劑產(chǎn)品，100 ppb濃度的殘留水平可能就會(huì)造成損失。而對(duì)于較新的產(chǎn)品，已有數(shù)據(jù)顯示其殘留H₂O₂可能造成損失的下限已經(jīng)低至30ppb。如何高精度地測(cè)量低至幾十億分之幾（ppb）的汽化H₂O₂，如何評(píng)估這些產(chǎn)品對(duì)殘留低濃度H₂O₂的敏感性成為一大難題。

目前，在生物醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)中汽化雙氧水滅菌法(VHP) 處理是符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）最主要的滅菌手段。但是滅菌后的殘存H₂O₂濃度水平過(guò)高會(huì)帶來(lái)額外的潛在問(wèn)題，比如：損失藥效、降低藥物穩(wěn)定性、脫靶效應(yīng)、病人的過(guò)敏反應(yīng)（潛在發(fā)病或死亡風(fēng)險(xiǎn)）、淘汰價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的有缺陷的批次等。

因此，生物制劑的制造商必須確定產(chǎn)品的氧化敏感性，并確定允許殘留的H₂O₂暴露的上限，避免產(chǎn)品暴露在高于該閾值的隔離器或其他無(wú)菌加工設(shè)備的環(huán)境當(dāng)中。

檢測(cè)方法及發(fā)展

目前主要有三種方法可以測(cè)量曝氣期間和曝氣后殘留的低至ppb級(jí)水平的H₂O₂。

依賴(lài)于無(wú)菌處理設(shè)備制造商的滅菌和通風(fēng)程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了足夠長(zhǎng)的曝氣流程。該方法有兩大隱患：

1）長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或重復(fù)操作期間，在設(shè)備表面吸附的H₂O₂會(huì)不會(huì)釋放出來(lái)？如果更改隔離器內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，是否有辦法重新驗(yàn)證曝氣過(guò)程？

2）很長(zhǎng)的曝氣時(shí)間這意味著浪費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率將大大降低。

該方法也稱(chēng)為過(guò)氧化物酶測(cè)定法，這是一種靈敏度極高且被廣泛使用的技術(shù)。它能夠在固體表面(使用抹布)、直接在液體或在氣相(通過(guò)在水中將氣體鼓泡)上定量檢測(cè)H₂O₂。該方法有幾個(gè)缺點(diǎn)：

1）不是一種快速或?qū)崟r(shí)的方法，且需要非常熟悉化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的操作人員；

2）每個(gè)樣品測(cè)量都使用消耗性試劑和容器；

3）該方法需要頻繁校準(zhǔn)。

該方法直接使用Picarro PI2114過(guò)氧化氫分析儀，可以快速、連續(xù)地測(cè)量氣相中的H₂O₂，濃度可低至3.3 ppb。Picarro PI2114使用近紅外激光CRDS技術(shù)，該方法有三大優(yōu)點(diǎn)：

1）無(wú)需化學(xué)藥品或其他消耗品；

2）可以長(zhǎng)期運(yùn)行（長(zhǎng)達(dá)數(shù)月）無(wú)需維護(hù)或重新校準(zhǔn)；

3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可被SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）讀取，減少了對(duì)操作員作業(yè)的需求。

應(yīng)用案例

禮來(lái)公司（Eli Lilly and Company，NYSE：LLY）是一家大型制藥公司，在一種新的糖尿病治療產(chǎn)品即將推向市場(chǎng)前，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品對(duì)H₂O₂比較敏感。因此禮來(lái)公司無(wú)菌工藝工程師需要一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)a(chǎn)品暴露在目標(biāo)低濃度下，以評(píng)估在不顯著影響產(chǎn)品的情況下可能存在多少過(guò)氧化氫。

最早采用了自動(dòng)化版本的過(guò)氧化物酶測(cè)定法，成功完成了初始產(chǎn)品暴露研究，但該方法太復(fù)雜，無(wú)法在制造環(huán)境中使用，因此需要一種能夠原位監(jiān)測(cè)的替代技術(shù)。工程師找到了一家愿意對(duì)該分析進(jìn)行評(píng)估的光譜儀制造商，他們開(kāi)發(fā)了一種原型儀器，但該儀器最終無(wú)法滿(mǎn)足靈敏度要求。然后在完成最初的產(chǎn)品暴露測(cè)試研究后，禮來(lái)公司最終發(fā)現(xiàn)了Picarro。

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格需求，禮來(lái)公司的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量測(cè)試，檢查了線(xiàn)性度、檢測(cè)限、準(zhǔn)確度和精密度、響應(yīng)時(shí)間、干擾等。在使用后1年和2年對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，得到的響應(yīng)因子幾乎與之前一樣。雖然自動(dòng)化過(guò)氧化物酶系統(tǒng)更為靈敏，但Picarro儀器可以連續(xù)測(cè)量低濃度范圍的H₂O₂，這在生產(chǎn)氧化敏感藥物產(chǎn)品期間非常重要，并且使用更易于操作、無(wú)需化學(xué)品或消耗品、沒(méi)有活動(dòng)組件、無(wú)需頻繁維護(hù)、其穩(wěn)定性也很好，無(wú)需頻繁校準(zhǔn)。

實(shí)際上，現(xiàn)在許多生物制藥公司都在使用Picarro過(guò)氧化氫分析儀，通過(guò)確保滅菌后生物制品后續(xù)處理（如封裝等）的安全環(huán)境，用以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。同樣，多數(shù)隔離器設(shè)備制造商也在使用Picarro PI2114來(lái)測(cè)試和驗(yàn)證其產(chǎn)品與設(shè)計(jì)，或者將其與設(shè)備一起交付用戶(hù)，以確保滅菌和曝氣過(guò)程的安全性。因此，考慮到生物制劑產(chǎn)品的安全性與穩(wěn)定性，使用Picarro PI2114在通氣和運(yùn)行過(guò)程中連續(xù)監(jiān)測(cè)殘留的H₂O₂水平，確實(shí)是不二選擇。