工艺验证（Process Validation）是对产品设计和制造过程中收集的数据进行分析，以确认该生产工艺能够可靠地输出符合质量标准的产品。参考ICH指导原则（Q8和Q9）、美国FDA工艺验证工业指南、EMA工艺验证指导原则和PDA第60-3号报告。工艺验证应采用生命周期验证方法，主要分为工艺设计（Process Design）、工艺性能确认（PPQ）和持续工艺确认（CPV）三个阶段。基于对上述法规的理解和制药企业的生产实践，所有市售药物产品或药物中间体的生产过程都需要验证。生产工艺中涉及可能影响最终产品质量的因素应在工艺的开发阶段确定，在工艺设计阶段确定商业化生产工艺及影响因素。通过工艺验证对这些因素的影响进行系统化的评估，在产品生命周期中应当进行持续工艺确认。对商业化生产的产品质量进行监控和趋势分析，以确保工艺和产品质量始终处于受控状态。

 

图1. 生物制品生命周期工艺验证方法流程

 

阶段一：工艺设计（Process Design）

 

工艺设计阶段的主要目的是开发出可以实现稳健生产的工艺方法，根据产品知识的理解及工艺研究结果建立初步控制策略，达到可以开展工艺性能确认所需的条件。

 

工艺设计阶段主要活动包括不限于以目标产品概况（Target Product Profile, TPP）出发建立目标产品质量概况（Quality Target Product Profile,QTPP），经风险评估识别出关键质量属性，并以此为基础进行工艺开发。经风险评估识别出潜在关键工艺参数，基于潜在关键工艺参数开展工艺表征，建立初步工艺控制策略如放行标准、中间产品控制与限度、工艺参数设定点和范围、日常监控要求、中间产品和加工溶液的贮藏及工艺步骤的时间限度、设计空间（如适用）。工艺设计阶段确定的工艺参数、性能指标及工艺控制策略将在下一阶段中进行确认。

 

图2. 工艺设计阶段

 

阶段二：工艺性能确认（Process Performance Qualification）

 

工艺性能确认是为了证明工艺变量的可控以及生产出符合预定质量属性的产品的能力，它的完成标志着工艺将从产品开发和临床生产阶段过渡到常规商业化生产。工艺性能确认证明了在商业化生产规模下工艺设计的有效性和工艺控制策略的适用性。在整个生命周期中应使用基于风险的评估设计工艺验证。所有的相关因素，如属性（如质量、产品、组分）和参数（如工艺、操作和设备），应从其在生产工艺中发挥的作用和对产品的影响角度进行评估。获得并使用新的知识时，应考虑重新进行评估。对这些因素、属性或参数的控制程度，应该与其对工艺产生的风险程度相适应，即对风险较高的属性或参数采用更加严格的控制。

 

图3. 工艺验证阶段示意图

 

1.工艺性能确认的前提条件

 

已经批准的主生产处方、主批记录（Master BatchRecord，原版空白批记录）以及相关的SOP；

 

主批记录的建立应基于配方和工艺规程，应列出专门、详细的生产指导和细则；须建立于验证方案起草之前，并在工艺过程验证开始前得到批准；

 

设备确认（包括实验室设备）：在生产工艺过程验证前，所有参与验证的设施、设备、系统（包括计算机化系统）都必须完成设备确认。设备确认完成的情况应包括在工艺验证方案中；

 

可能影响工艺验证的支持性程序（如设备清洁、过滤、检查和灭菌）都须事先经过确认或验证；

 

关键仪表的校准；

 

终产品、过程中间控制检测、原料和组成成分都应该具备经过批准的标准；

 

购买、储存并批准工艺验证所需的原料和组成成分；

 

使用经过验证的检验方法；

 

参加验证的人员须在工作前进行培训，培训记录应存档。

 

2.工艺性能确认的准备：在执行工艺性能确认之前，应进行准备状态评估，以确定所需信息的可用性或完成时间，并确保有适当的设施、设备与训练有素的人员。

 

3.工艺性能确认的批次数：通常工艺性能确认至少要使用三个连续的批次来证明一致的制造工艺，所需的批次数量应基于风险评估确定。

 

4.工艺性能确认的执行策略：为了便于工艺性能确认执行，可以采用分组策略来简化测试和最大程度的提高适用性。选择的策略必须经过科学判断和风险评估，并在工艺验证主计划和工艺性能确认方案中做出规定。

 

矩阵法（括号法）：在工艺或设备参数（例如：批量大小、温度、pH值、密度、流量和容器大小）的整个范围或极限范围内可采用矩阵法（或括号法）进行验证。通过对最大范围或极限条件测试以代表测试变量的整个范围；

 

分组法：适用于具有物理结构与功能相同或相似的设备，比如设备完全相同或类似（如生物反应器、储存容器等），相似程度应有充分说明。使用任何一个设备进行测试都能用于支持组内其他设备的确认或验证，可以对组内其他设备进行减少的操作与测试。例如：仅进行确认。如多个设计与尺寸相似/相同的生物反应器用于反应器生产工序，采用分组验证策略执行工艺性能确认；

 

最差条件（worst-case）：最坏情况下的策略包括测试一个条件或一组条件。这些条件包括较高和（或）较低的工艺限度以及与常规操作条件相比，构成产品或工艺失败的最大潜在风险的情况。

 

5.工艺性能确认的接受标准建立：应基于工艺设计阶段获得的数据、历史知识和设备能力建立工艺性能确认接受标准。应确定批间和批内一致性的标准，同时第三阶段持续工艺确认中用于跟踪和趋势分析的参数和属性应包含在工艺性能确认接受标准中。通常接受标准包括以下几个方面：

 

中间产品符合设定标准；

 

所有工艺参数应保持在正常的操作范围，特别是关键工艺参数和重要工艺参数；

 

所有的产品质量属性和工艺性能属性应符合预期的接受标准。

 

6.生物制品工艺性能确认考虑要点：在进行工艺性能确认中通常应关注以下要点：

 

细胞培养工艺研究；

 

病毒灭活或去除；

 

产品相关杂质/物质（包括聚合体、降解产物、电荷异构体等）和工艺相关杂质（包括残留DNA、残留 HCP、残留 Protein A、消泡剂以及其他工艺添加物等）的去除；

 

中间产品微生物和细菌内毒素控制；

 

中间产品的保存时限；

 

混合均匀性；

 

重复使用的层析介质和膜包的寿命研究；

 

原液冻融研究；

 

工艺性能的一致性；

 

产品质量属性批间一致性。

 

7.性能确认可能影响产品质量的关键因素

 

起始物料

 

起始物料如果具备下列特点则被认为是关键起始物料：（1）起始物料的波动可能对产品质量产生不良影响；（2）起始原料决定了产品的关键特性（例如：缓释制剂中影响药物释放的材料）。应对产品配方中的所有起始物料进行评估以确定其关键性；应尽可能在工艺验证的不同批次中使用不同批的关键起始物料。

 

工艺参数

 

如果工艺参数的波动可能对产品质量产生显著影响，则被认为是关键的工艺参数。在验证方案中应对每一个关键工艺参数设置特定的接受标准。关键工艺参数应通过风险评估进行确定，整个生产过程从起始物料开始到成品结束都需要进行风险评估。常见的关键工艺参数包括但不限于以下内容：工艺时间、温度、压力、电导率、pH值、不同工艺阶段的产率、微生物负荷、已称量的起始原料、中间物料和半成品的储存时间和周期和批内的均匀性，通过适当的取样和检测进行评估。

 

中间过程控制

 

在工艺验证中应对重要的工艺参数进行监控，并对结果进行评估。

 

产品质量测试

 

产品质量标准中所有的检测项目都需要在验证过程中进行检测，测试结果必须符合相关的质量标准或产品的放行标准。

 

稳定性研究

 

所有验证的批次都应通过风险分析评估是否需执行稳定性考察，以及确定稳定性考察的类型和范围。

 

取样计划

 

工艺验证过程中所涉及的取样应按照书面的取样计划执行，其中应包括取样时间、方法、人员、工具、取样位置、取样数量等。通常工艺验证应采用比常规生产更严格的取样计划。

 

设备

 

在验证开始之前应确定工艺过程中所有涉及的设备以及关键设备参数的设定范围。验证范围应包含“最差条件”，即最有可能产生产品质量问题的参数设定条件。

 

对验证结果进行评估时可以采取对比的方式识别质量方面的波动。例如：首次验证所生产的产品应与用于药品申请时所生产的产品（关键批或生物等效批）质量进行对比。由于工艺变更引起的再验证，验证产品应与变更前的产品质量进行比较。

 

阶段三：持续工艺确认（Continued Process Verification）

 

1.工艺经过验证后，产品生命周期内将继续对工艺进行持续监测与评价以确保工艺和产品质量始终处于受控状态。对前阶段建立的工艺输入和相应输出关系的理解是持续工艺确认（CPV）成功的基础。根据对工艺的理解程度分为两个阶段：第一阶段仍然需要一定程度的加强检测与监控，直到收集到的足够数据能有效地评估工艺波动；第二阶段在建立相应的控制限后，主要为常规的监控同时根据工艺相关的变更或偏差回顾，适当的阶段性调整部分参数的监控或检测的强度或频率。持续工艺确认实施主要包括以下方面：

 

制定持续工艺确认方案或建立产品专属的监控计划，包含取样计划和取样频率等。各工序监测项目包括但不限于：关键工艺参数（CPP）、重要工艺参数（KPP）、中控检测结果（如中间产品质量属性或产品相关杂质含量）、工艺性能属性或性能评价的辅助指标（如工序回收率等）及产品关键质量属性或其他有需要的但未在首次工艺验证中关注到的因素。

 

数据收集与审评持续工艺确认的数据可以来自于生产批记录内记录的相关工艺参数，日常的中控及放行检测以及根据监控方案设定的加强取样检测。相关部门人员需要对收集的数据进行周期性审评，审评周期或频率取决于风险的水平及对工艺的理解。

 

数据的统计学分析及控制限的制定按照不同的控制参数性质、选择不同的统计学工具进行分析。常用的统计学工具包括3 Sigma控制图和工艺控制能力（Cpk/Ppk）分析图等。对于某些工艺参数或属性可在积累一定批次数据（建议30批以上）后，通过3 Sigma控制图输入工艺参数的内部控制限。而工艺控制能力（Ppk）通常作为审核工艺能力的指标。如当Ppk≥1.33，表明工艺控制能力良好；当Ppk<1.0，表明工艺控制能力差，必须提升。生产企业可根据具体情况制定相应工艺能力评价及持续改进机制。

 

图4.持续工艺确认方法图

 

2.持续工艺确认能够让企业一致地生产出高质量的产品。持续工艺确认监测计划的主要目的是确保在生命周期的整个商业阶段，工艺处于受控状态。某些属性或参数可能需要在 PPQ 完成后加强监测一段时间，以进一步增加工艺的置信水平。为了实现这一目的应建立用于识别非预期工艺波动的系统来收集并评估工艺性能的数据和信息，识别问题并采取相应措施改正、预测并预防问题。

 

生产工艺的再验证

 

生产工艺的再验证主要为以下两种情况：可能再验证和周期性验证。

 

1.可能再验证

 

当发生可能影响产品质量的变更或出现异常情况时，应通过风险评估确定是否需进行再验证以及确定再验证的范围和程度。可能需要进行再验证的情况包括但不限于以下情况：

 

关键起始物料的变更（可能影响产品质量的物理性质如密度、黏度或粒度分布）；

 

关键起始物料生产商的变更；

 

包装材料的变更（如塑料代替玻璃）；

 

扩大或减小生产批量；

 

技术、工艺或工艺参数的变更（例如：混合时间的变化）；

 

设备的变更（例如：增加了自动检查系统）。设备上相同部件的替换通常不需要进行再验证，但 可能影响产品质量的情况除外；

 

生产区域或公用系统的变更；

 

发生返工或再加工；

 

技术转移；

 

反复出现的不良工艺趋势或 IPC 偏差、产品质量问题或超标结果（这些情况下应先确定并消除引起质量问题的原因，然后再进行再验证）；

 

异常情况（例如：在自检过程中或工艺数据趋势分析中发现的）。

 

2.周期性的再验证

 

要确保工艺处于持续验证状态应收集和评估关于工艺性能的数据和信息，可使发现非预期的工艺波动成为可能。生产工艺在完成首次验证之后，应定期进行再验证以确定它们仍保持验证状态并仍能满足要求。再验证的频率可以由企业根据产品、剂型等因素自行制定。周期性的再验证可以采用同步验证的方式、回顾的方式或两者相结合的方式进行。方式的选择应基于品种和剂型的风险。如果采用回顾的方式，回顾时需考虑以下内容：

 

批生产过程记录和包装过程记录；

 

过程控制图表；

 

以往数据资料；

 

变更控制记录（如工艺过程仪器、设备和设施）；

 

工艺过程的性能表现（如工艺能力分析）；

 

已完成产品的数据，包括趋势和稳定性结果；

 

前次验证中定义的纠正或预防措施（如适用）；

 

工艺验证状态的变更；

 

召回、严重偏差以及确定的由相应工艺导致的超标结果（放行时或稳定性测试中）、合理的投诉以及退货也应进行评估；

 

放行测试、稳定性考察及/或中间过程控制数据的趋势；

 

与工艺相关的质量标准限度、检验规程、验证文件的当前状态。

 

备注：通常如果通过回顾可以证明工艺的受控状态时，可以采用回顾的方式进行周期性再验证。但关键工艺过程（如灭菌）的周期性再验证不建议采用回顾的方式，而应重复（或部分重复）首次验证中的测试内容。

 

小结

 

有效的工艺验证是药品质量的重要保证。由于生物制品来源于细胞基质，制备工艺复杂，具备结构表征不完全等特点，生物制品的工艺验证需进行特殊考虑。成功的工艺验证证实了工艺设计和控制策略的合理性，并证明商业化生产工艺的性能符合预期。为了保证在常规生产中工艺和产品始终处于受控状态应进行持续工艺确认，对商业化生产的产品质量进行监控和趋势分析。