随着科学技术的进步，生物技术生产的药物正在取得突破性进展，例如用于治疗癌症、自身免疫性疾病或仅影响少数患者的罕见疾病。然而，这些高效且有时毒性极强的药物需要特殊的安全预防措施和密封的生产过程，以保护人类和药物免受相互影响。同时，尤其是新开发的药物通常以较小的批量生产，需要高度的灵活性和模块化。集成空气管理和优化的生物净化在将隔离器灵活地集成到现有建筑和洁净室概念中起着重要作用，同时确保安全的生产过程。

1、H2O2安全性与风险因素并存

使用汽化过氧化氢 (H2O2 ) 已成为隔离器自动生物净化的标准。H2O2是氢和氧的相当稳定的液态化合物——一种强氧化剂，由于其广谱作用而特别适合净化。净化周期之后，剩余的H2O2要么被催化剂分解，要么通过用新鲜空气通风从隔离器中带出，以达到可接受的残留浓度。生物技术领域的快速发展对灌装机和隔离器的要求也随之提高，因为许多产品对残留的H2O2非常敏感。在开始灌装之前，目标是使隔离器内部的H2O2 水平通常达到 0.5 ppm（百万分之一）以下。然而，确切的限值在很大程度上取决于产品的灵敏度，可能会低得多——甚至低至约 0.03 ppm。

尽管通风换气阶段已经完成，但部分H2O2仍会残留在隔离器空气中，甚至可能凝结在隔离器内部或灌装设备等表面上。一旦H2O2进入液体药物，就可能导致氧化。虽然在标准隔离器中，通风换气时间约为一小时即可达到 0.5 ppm 的残留浓度，但对于特别敏感的生物制药产品，可能需要几个小时才能将残留浓度降低到 0.03 ppm。这会导致灌装线停机，而停机时间应尽可能短，尤其是在频繁更换产品和/或以活动模式制造的小批量应用中。

2、生物治疗药物作为实际例子

激素或抗体等生物分子很容易被氧化。敏感氨基酸残基（如蛋氨酸、色氨酸和半胱氨酸）的修饰会影响其物理化学性质，也可能影响蛋白质的二级和三级结构，从而对产品的功效和/或安全性产生潜在影响。药物产品的敏感性取决于许多因素，例如活性成分的个体特性，例如可氧化氨基酸残基的类型、数量和位置及其对药效学和/或药代动力学的具体影响。配方相关参数（如活性成分的浓度和氧化敏感或抗氧化赋形剂（如聚山梨醇酯和 L-蛋氨酸）的存在）也会产生影响。

此外，容器的直径，特别是其开口的（有效）尺寸影响 H2O2向产品溶液中的扩散。

除了这些与产品相关的因素外，灌装设备、技术和工艺本身也发挥着重要作用。例如，在灌装、机器停止或将灌装单元在隔离器内缓冲之前，必须密切注意打开和部分封闭的产品与残留H2O2的接触时间。众所周知，硅胶管会吸收并缓慢释放H2O2，这可能会导致H2O2迁移到产品溶液中，例如在生产线停止期间。在灌装过程中，氮气充注和覆盖可能有助于减少容器内的H2O2 残留量。

3、分析至关重要使用H2O2净化时需要考虑什么？

乍一看，根据最敏感的产品定义一个通用目标似乎是合理的。根据具体的暴露情况，0.03 ppm 已经会影响某些分子。如果没有此类产品和风险的经验，制药商可能希望以这种谨慎的方式保持安全——通常最终浓度远低于所需的浓度水平。然而，这意味着通风换气阶段比必要的时间更长，这会浪费时间并限制系统的可用性。

更好、更有效的解决方案是熟悉最重要的参数。产品如何与H2O2反应？

在避免氧化风险的情况下，允许的残留浓度是多少？不幸的是，在持续的过程中，只有“空气传播Airborne”浓度可以通过在线测量系统来确定，这些系统会持续监测净化、通风换气和生产阶段。此外，用于常规监测的传感器通常灵敏度有限，为 0.1 ppm，这对于非常敏感的产品来说是不够的。在这里，必须使用特殊且非常灵敏的传感器来验证净化和曝气循环，而制造设备上通常没有这种传感器。

4、决定残留浓度的因素有很多

另一方面，产品溶液中的H2O2 浓度只能通过离线实验确定，在持续生产中很难跟踪。尽管如此，研究可以建立空气中和溶液中浓度之间的关系。使用固定的空气中H2O2浓度和可变的暴露时间，可以确定产品或替代品的吸收量并模拟机器上的条件。这使制药商和设备供应商能够微调现有生产线的净化过程。对于新生产线，广泛的产品知识有助于使隔离器更精确地适应特定要求。

在设计或优化隔离器时，了解所有相关的产品、工艺和设备参数非常重要。一旦确定了特定产品和工艺的可接受H2O2浓度，在合格且经过验证的净化工艺中不得超过该浓度。同样，许多因素都会发挥作用——从容器类型及其灌装量、隔离器内部的温度、空气量和 H2O2浓度随时间的变化，到工艺持续时间以及胶塞和容器的暴露时间。用于灌装机和隔离器的材料也具有优化潜力。例如，某些材料（如硅胶管或密封件）会吸收H2O2。由于它们只会非常缓慢地再次释放H2O2，因此如果要处理非常敏感的产品，应将其使用量减少到最低限度。

5、详细研究

理想情况是模拟在测试隔离器中暴露于“空气传播Airborne”的H2O2，但并非每个开发实验室都能做到这一点。开放的产品可以在不同的时间内暴露于规定浓度的H2O2中。

此外，还可以考虑灌装和压塞之间的时间、因干预而导致的生产线停工以及在装载冻干机时对半压塞容器进行缓冲等工艺参数。然而，考虑处理难度（主要是手动取样制备），这样的研究通常无法产生足够的样品进行后续稳定性研究。因此，将评估分为摄取uptake和单独的加标研究spiking study是更可行的选择。

在这种情况下，摄取研究用于确定替代液体（通常为水）在与测试隔离器中的产品相同的暴露条件和相同配置（灌装体积、容器、部分加塞）下吸收的H2O2量。使用灵敏的分析测定法（例如使用荧光底物的过氧化物酶测定法）仅量化溶解的H2O2浓度。然后使用数据来加标产品溶液以进行稳定性研究，即稀释替代物中测量的相同的最终浓度H2O2。由于产品可以相当快地消耗H2O2，因此以与产品样品相同的方式处理的水对照可以检查加标程序是否成功。

这种分工方式还允许制药商将摄取研究外包给设备供应商，前提是后者拥有所需的工艺和分析技术及专业知识。

6、经验造就理想的工艺

尽管某些生物制药具有很高的敏感性，但过氧化氢仍然是隔离器净化的首选方法。根据经验和适当的研究，可以非常准确地确定必须如何设计和操作特定的灌装线才能安全有效地对其进行净化。特别是对于新生产线，在设计和工程阶段应考虑净化、产品氧化和允许的H2O2残留浓度，以尽量减少其对周期时间的影响。

生物制药产品上市越多，处理这些分子及其在灌装过程中的挑战的经验就越丰富。因此，与在工艺和测量技术、隔离器设计和产品测试方面拥有多年经验的可靠合作伙伴合作有助于成功应对这些挑战。

本文来源于拾西，翻译自：Avoiding product oxidation by H2O2 in isolators. It all depends on the right analyses! A3P magazine，La Vague n°81，Avril 2024. 仅供交流学习。