1细胞培养基的生产和过程控制
 

细胞培养基作为生物制品生产的重要原材料之一，其质量对生物制品有重要的影响。细胞培养基的生产工艺和细胞培养基的原材料选用、生产过程及检验过程中的质量控制对于细胞培养基的产品质量具有直接影响。其中原材料的成份及其质量直接决定了细胞培养基产品的质量及安全性，选择合适的物料是实现细胞培养基功能过程中需要解决的基础问题。生产工艺的选择（如原料的研碎、混合技术等）及生产过程中的质量控制等直接影响产品的溶解性、批生产量及批次间差异，进而影响产品的质量。
 

cGMP稽查员在对国内细胞培养基生产企业进行cGMP审计时指出，细胞培养基的生产工艺及设备应经过验证，原材料必须做鉴别试验，记录应真实反映生产过程的实际情况，生产过程偏差处理应包括对出现偏差之前涉及到的批次均应进行调查等等。这些要求是基于FDA对生物制药用原料的质量要求方面提出，远远高于国内对药用原料的要求。随着对人用和动物保健用生物制品安全性要求的提高，严格执行GMP规范进行细胞培养基生产是国内细胞培养基行业发展的必然趋势。

 

1.1细胞培养基的原料选择及质量控制
 

1.1.1原材料的选择

由于动物细胞培养基产品属于药用原料，《哺乳类动物细胞培养基行业标准》对细胞培养基产品的微生物限度、内毒素含量进行了限定，所以细胞培养基所用原料宜采用注射级、药用级原料。对于部份没有注射级和药用级的原料，细胞培养基制造者针对自身产品质量要求，制定一些重要指标（微生物限度、内毒素、重金属等）进行原材料的质量控制。
 

1.1.2原材料的质量控制

细胞培养基生产企业建立完善的原材料质量标准，对于原材料的来源、检验、使用、及销毁等有明确的可追溯记录。在质量控制过程中，药用级原材料的质量标准应参考中国药典相关标准，对于非药用级原材料应根据生产工艺需要与供应商一起共同确定质量标准，质量标准应包括如下内容：

¨      指定的物料名称和企业内部使用的物料代码

¨      药典专论的名称（如有）

¨      经批准的供应商以及原始生产商

¨      印刷包装材料的样张

¨      物料质量标准依据及其编号

¨      取样、检验方法或相关规程编号

¨      定性和定量的限度要求

¨      贮存条件和注意事项

¨      复验前的最长贮存期
 

原材料的质量检测主要从材料、人员、方法三个方面进行控制：

1)    具有必要的检测试剂、设备和设施，如鲎试剂、分析天平、洁净操作室或取样柜。

2)    拥有相应操作资质和能力的检验人员，如相应检测人员应具备化验员资质并经过全面的技能培训。

 选择具有法律效力的检测方法以及对应的操作规范，在检测方法的选择方面药用原料应优先采用药典方法，非药用原料应采用经过验证有效的检测方法，在确定检测方法后应制定相应标准操作文件，用于规范试验操作。
 

应严格控制细胞培养基的原材料质量管理，并建立相应完善的原材料质量管理文件体系。原材料的质量管理方面，应明确规定责任范围和流程方法，它们是保证原材料质量的基础。原材料质量管理文件体系内容通常包括两个方面，一方面是明确原材料质量责任应归属的部门及人员，以实现分工明确；另一方面是明确原材料的取样、检验、放行、判定不合格、异常情况、偏差、验证等事务具体流程，确保流程正确，方法无误，为质量控制提供依据。

 

1.2细胞培养基生产工艺

 

       传统的细胞培养基生产工艺即生产过程通常分为物料配比、物料干燥、物料研碎、物料混合、物料包装、成品的检验等6个阶段，下面结合过程中的质量控制对此工艺进行介绍：

 

1.2.1物料配比

 

      物料配比是根据配方要求将各种原料按比例配制的过程。配制需严格执行配方，才能保证细胞培养基产品功能的实现及降低批间差，而实现低误差的物料配比过程需从以下几个方面进行控制：

 

1)   提供与生产工艺规程匹配且经过审核的、有效力的物料配方，生产部门根据配方制定配比操作记录，经质量管理部门审核后，方可投入生产作业使用；

 

2)   具有详细明确的经过验证的设备、设施、工序操作规程以及相关管理规程，如通过编制设备、设施的验证、使用、维护、维修操作规程来明确操作方法和流程，通过编制相应管理文件，来明确人员责任；

 

3)   具有足够的在校验有效期内的精确度合理的计量器具，及与产品质量要求相匹配的生产环境设施，如为降低细胞培养基微生物、内毒素限度使用洁净厂房进行生产等；

 

4)   足够的经过合理培训具有上岗资质的操作人员和设备管理人员（操作员上岗证、计量员证），各岗位操作人员配备足够，能够确保操作过程实现双人操作双人复核；

 

5)   配备足够的基层管理人员以及现场QA，起到指导和监督作用。

 

1.2.2物料干燥

 

       基于细胞培养基产品营养丰富，且不是无菌制剂的特性，为避免微生物滋生破坏细胞培养基成份，需控制细胞培养基中的水分含量，依据行业标准要求，其干燥减重质量分数应低于5.0%，而原料干燥是控制其含水量的最重要环节。

 

       目前常用的干燥方法有常压干燥和冷冻干燥。常压干燥包括烘干干燥、鼓式干燥、带式干燥，由于国内细胞培养基生产厂家普遍采用球磨缸进行生产，由于各缸独立，无法使用鼓式干燥、带式干燥的方式进行连续烘干作业，所以普遍采用烘干干燥的方式按批进行物料干燥。冷冻干燥主要用于不能耐受高温的贵细物料的干燥处理。

 

1.2.3物料研磨

 

       细胞培养基颗粒越细，同质条件下比表面积越大，其溶解性越好，而其成品细度是由物料的研磨过程直接决定。对于物料的研磨，传统普遍采用药用球磨机，其主要优点是结构简单、操作方便、易于清洁及使物料混合作用（能够实现缸体内各种成份的均匀分布）。球磨缸内的研磨球材质通常有陶瓷、玛瑙、不锈钢（304或316L）。但是球磨机也存在批量小、噪音大、难以控制温度、粉状物料不易取出且取料过程会产生大量粉尘等缺点。目前国内一些细胞培养基生产企业在球磨缸取料工序装备了全密闭自动取粉装置，较好的解决了粉尘污染问题，也进一步降低了由于物料的裸露可能带来的引入异物及物料受潮的风险。

 

1.2.4物料混合

 

       混合设备首先必须具备能够实现物料均匀性的功能。在上述物料研磨过程中，可能存在投料微量误差、过程参数细微差异以及其他不可控因素，上述因素的累积会导致不同研磨单元内物料可能出现一定的差异（外观、理化性质、培养性能），这些差异将直接影响产品的使用，造成使用者生产效率及产品的批间差异。根据哺乳类细胞培养基行业标准中对于“批”的定义，即同一台混合设备一次混合量所生产的均质产品为一批，物料经研磨单元研磨以后必须进行总混和均匀后才能称为一批成品进行包装。目前常用的物料混合设备以掺和机、双锥混合机较为常见。

 

1.2.5物料包装

 

       物料的包装分为内包装和外包装，主要为了实现如下功能：

 

1)   阻隔性功能：即密闭保存（避光、防潮、防污染、防氧化等），是指直接与产品接触的内包装，在选择内包装材料时其阻隔性是关键，高阻隔性包装薄膜所采用的阻隔性树脂主要有EVOH、PA、PET、PVDC、PC、MXD6和聚丙烯腈共聚物，其中PVDC是开发较早的阻隔性能优异的材料，而包装用薄膜材料结构包括：纸／塑料、塑料／镀铝塑料、纸／铝箔／塑料和塑料／铝箔／塑料等几种【11】；

 

2)   产品信息的提供：产品外包装上应明确标识品名、批号、代码、生产日期、有效期、使用方法等基础信息，并随附企业质量监管部门下发的产品合格证以及质量检验报告等质量证明文件；

 

3)   易于运输的防护：确保外包装物能够抵御运输过程中装卸产生撞击的冲击，并要具备一定的堆叠强度，对于需要远途运输的不能耐受高温的成品应做好低温保护工作（填充保温材料，包装箱内混装冰袋、干冰等蓄冷物）。

 

1.2.6成品的检验

 

细胞培养基产品生产完毕后，由质量检测部门对该批次产品进行检测，在这一周期内，成品处于待验状态，储存条件应与合格成品一致，应专区存放专人管理，避免混淆和遗漏，在收到质量检测部门检测合格予以放行的通知后，转交成品库，移入合格品区备售。

 

1.2.7细胞培养基生产的新工艺

 

采用上述传统的生产工艺（通常称作球磨工艺）生产的产品均一性较好，物化性能稳定以及细胞培养效果较好，但是存在批量小、研磨过程中的散热难以控制、噪音及粉尘污染较大等缺点。2005年新开发了一种连续生产的针式研磨系统（pin mill），集“物料混合－针式研磨－研磨后混合”一体，用于工业化生产干粉细胞培养基，可以用来生产从10kg至4000kg不等批量的干粉细胞培养基。

 

Pin mill研磨系统是一种高速冲击研磨系统，包括一个进料口、两个同轴带有研磨针的转盘以及一个出料口。当原料通过进料口投入研磨器后到达转盘中央，在转盘旋转离心力的推动下往径向外侧运动同时被相互咬合且相对旋转运动的研磨针研细。物料在进入针式研磨腔前和完成研磨离开研磨设备后都使用混合机进行了混合，以确保进入研磨器和最终产品的成份均匀性，其生产工艺流程见下图1-1。


 

图1-1 pin mill生产干粉细胞培养基工艺流程图

 

与传统的球磨生产工艺相比，pin mill 生产系统研磨的颗粒更细，批次控制范围大且灵活（0.5~4000kg），在研磨及研磨后颗粒输送的过程中，采用氮气控制机体的温度，使研磨机的温度保持在40℃以下，并且避免了粉尘污染、交叉污染等。该系统机体的拆分、组装及清洁也较为简单，适合cGMP生产。

 

关于使用pin mill 系统生产的DPM性能，如生产过程中的成份组成均质性、生产的产品性能及是否适合细胞培养和生物制品生产等，有详细的验证研究，结果显示，pin mill生产工艺生产的产品均匀分布性满足标准，并且均匀性与成份以及批量大小无关；生产的产品诸如溶解性、pH、渗透压等理化性质、细胞培养方面及生物制品生产与球磨生产工艺相同。