在液體制劑研發(fā)中，不可避免的問題是濾芯的選擇，凍干粉針通過濾芯過濾除菌，大輸液和小水針通過濾芯過濾減菌，口服溶液通過濾芯過濾控制可見異物等。如果選擇合適的濾芯？
依據(jù)最新版藥品GMP相關(guān)法律和法規(guī)、歐盟GMP指南、美國FDA《無菌工藝指南》及《除菌過濾技術(shù)及應(yīng)用指南》等相關(guān)法規(guī)和指南的要求，選用的濾芯需要開展濾芯相容性研究，濾芯與藥液相容性良好才可以在生產(chǎn)中使用。濾芯相容性研究包括哪些呢？
本文關(guān)于濾芯相容性研究，進(jìn)行簡單的介紹。濾芯相容性研究一般包括吸附試驗(yàn)、細(xì)菌截留試驗(yàn)、化學(xué)兼容性試驗(yàn)、可提取物或浸出物試驗(yàn)、安全性評估等內(nèi)容。
研發(fā)工作者需要考慮濾芯相容性的情況，結(jié)合研發(fā)品種，選擇合適的濾芯。
本文結(jié)合濾芯相容性研究的5大板塊，給出濾芯選擇的策略。
一、吸附試驗(yàn)
1、在濾芯選擇時(shí)，首先要充分考慮濾膜的適用范圍，包括過濾溶液的pH值范圍，過濾溶液的組成成分，過濾器應(yīng)用的場景等。
首先考慮藥液的pH值范圍。
例如，過濾的藥液pH值偏高，不適宜選擇聚偏二氟乙烯的濾膜，推薦使用聚四氟乙烯濾膜。而過濾的藥液pH值偏低，不宜選擇尼龍濾膜，推薦使用聚四氟乙烯濾膜。也就是說，不論是在酸性環(huán)境還是堿性環(huán)境均適宜聚四氟乙烯濾膜。
其次考慮藥液的組成。過濾溶液組成成分不同，選擇的濾膜也不同。含過濾溶液組成中有機(jī)相，推薦使用聚四氟乙烯濾膜。
最后，在應(yīng)用場景方面，尼龍和聚醚砜樹脂的過濾器適用于液體過濾，聚四氟乙烯為疏水性濾膜適用于氣體過濾，因?yàn)楦臑V膜具有疏水性，進(jìn)行溶劑過濾時(shí)，需要充分潤濕。
下表將常見的濾膜適用范圍進(jìn)行梳理，研發(fā)工作者可以結(jié)合開發(fā)的品種性質(zhì)對照下表進(jìn)行選擇：
2、濾芯選擇要考慮濾芯材質(zhì)與原料、輔料的相互作用，充分考慮過濾器與藥液的兼容性。
案例一：濾芯與原料相互作用
一般過濾器在過濾藥液過程中，或多或少會(huì)吸附原料。在廢棄一定藥液后，過濾前后對主藥含量進(jìn)行檢測，考察藥液廢棄不同體積后的含量變化，以確定濾芯對原料的吸附影響。
選擇三個(gè)批次藥液，分別在過濾前和過濾后測定含量，對比過濾前和過濾后含量的變化，結(jié)果見下表
經(jīng)過三批過濾藥液前和過濾藥液后的含量可知，過濾后的藥液含量與過濾前藥液的含量相比略微降低，但是過濾前后含量無顯著變化，所以，該過濾器對過濾藥液無吸附。
除了考慮藥液過濾前后含量的變化，還應(yīng)考慮過濾前后藥液pH值變化。選擇三個(gè)批次藥液，分別在過濾前和過濾后測定pH值，對比過濾前和過濾后pH值的變化，結(jié)果如下
經(jīng)過三批過濾藥液前和過濾藥液后的pH值可知，過濾后的藥液pH值與過濾前藥液的pH值相比略微降低，但是過濾前后pH值無顯著變化，通過pH值變化情況，進(jìn)一步證實(shí)該過濾器對過濾藥液無吸附。
生產(chǎn)過程中出現(xiàn)含量偏低的幾個(gè)考慮
如果過濾的藥液API含量低，濾芯吸附的影響會(huì)相當(dāng)顯著。例如激素類藥物，API在處方組成中占比小，濾芯的吸附對API含量的影響極大，在藥液正式灌裝前，要充分考察藥液廢棄體積。另外，濾芯對API的吸附與濾芯的尺寸成正相關(guān)，濾芯的尺寸越大，濾芯吸附API達(dá)到飽和的量越大；濾芯的尺寸越小，濾芯吸附API達(dá)到飽和的量越小。針對API在處方組成中占比小的情況，可以選擇5英寸或者定制更小尺寸的濾芯。
另外，在生產(chǎn)過程中，要充分考慮濾器在線滅菌的影響，濾芯通過在線滅菌后，會(huì)有部分水殘留在濾器中，即使通過壓縮空氣或者氮?dú)獯祾?，仍然不能把濾器的殘留水全部吹出。這部分殘留水需要用藥液進(jìn)行充分的置換才能排出。
生產(chǎn)管路在進(jìn)行清潔和蒸汽滅菌后，管路降溫，部分蒸汽會(huì)冷凝附著在管路內(nèi)壁形成殘留余水，如果車間管路設(shè)計(jì)不合理，部分殘留余水無法通過排水口排出，需要通過壓縮空氣或者氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，吹掃的時(shí)間和壓力不同，殘留余水的量也不同。需要控制管路吹掃時(shí)間和壓力，確保濾芯和管路的殘留余水在可接受范圍內(nèi)。
案例二：濾芯與輔料相互作用
在研發(fā)過程中，要考慮處方的某些成分與濾器的相容性。過濾器在過濾藥液過程中，可能會(huì)吸附某些輔料，例如苯扎氯銨、苯扎溴銨。在過濾前檢測苯扎溴銨含量，過濾不同體積，檢測過濾不同體積后苯扎溴銨的含量。
經(jīng)過上述考察可知，不同材質(zhì)濾芯對苯扎溴銨均有吸附。在廢棄相同體積后，PTFE過濾的藥液苯扎溴銨含量比PES更高，說明PTFE對苯扎溴銨的吸附與PES相比更小。
在處方開發(fā)過程中，要充分考慮特殊輔料（如：苯扎溴銨、苯扎氯銨等）與濾芯的相容性。
除了吸附的影響，過濾器不得因與產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)、釋放物質(zhì)而對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
總之，在濾芯吸附試驗(yàn)板塊，濾芯的選擇，首先要考慮濾芯的適用范圍，其次是濾芯與原料、輔料以及藥液的相容性。
二、影響細(xì)菌截留的因素
首先是微生物的性狀和大??；
其次是藥液的性質(zhì)，包括滲透壓、離子強(qiáng)度、pH值、表面活性劑占比、有機(jī)成分占比、抑菌或殺菌成分的占比等；
然后是濾膜的性質(zhì)，包括孔徑分布、表面化學(xué)成分。微孔結(jié)構(gòu)等；
最后是藥液通過濾膜的壓差、時(shí)間、溫度、批量等。
影響細(xì)菌截留的因素詳見下圖：
圖5：影響細(xì)菌截留的因素
三、細(xì)菌截留的研究方式
細(xì)菌截留的研究方式一般有兩種：
直接法和間接法。
在開展細(xì)菌截留研究前，要先確認(rèn)藥液對細(xì)菌的影響。確認(rèn)藥液對細(xì)菌的影響分為4步：
第一步
在生產(chǎn)工藝條件下,將挑戰(zhàn)菌直接加入到產(chǎn)品中,并在工藝條件下進(jìn)行培養(yǎng)。
第二步
檢測產(chǎn)品中挑戰(zhàn)菌的存活率。
第三步
根據(jù)挑戰(zhàn)菌在測試液和對照液中的LRV值不同,可以將測試液分成殺菌性產(chǎn)品、非殺菌性產(chǎn)品和中度殺菌性產(chǎn)品三種。
第四步
如果產(chǎn)品為非殺菌性產(chǎn)品,則細(xì)菌挑戰(zhàn)測試的方式為直接將挑戰(zhàn)菌加入產(chǎn)品中進(jìn)行挑戰(zhàn);
如產(chǎn)品為中度殺菌性產(chǎn)品或殺菌性產(chǎn)品,則需要建立濾芯或?yàn)V膜的沖洗方案,驗(yàn)證產(chǎn)品殘留對細(xì)菌生存性的影響,并選擇合適的替代液代替客戶產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)菌挑戰(zhàn)測試。
圖2：細(xì)菌截留研究方式——直接法
圖3：細(xì)菌截留研究方式——間接法
判斷標(biāo)準(zhǔn)
1、在工藝時(shí)間內(nèi)活菌數(shù)下降<1log,確定測試藥液為非殺菌性產(chǎn)品。
2、1h內(nèi)活菌數(shù)下降<1log，但是在工藝時(shí)間內(nèi)活菌數(shù)下降≥1log,確定測試藥液為中度殺菌性產(chǎn)品。
3、1h內(nèi)活菌數(shù)下降>1log,確定測試藥液為殺菌性產(chǎn)品。
4、恢復(fù)生長的菌落數(shù)必須在 20~200 cfu 才可作為有效計(jì)數(shù)結(jié)果。
四、細(xì)菌截留試驗(yàn)需要考慮的方面
1、在除菌過濾驗(yàn)證中使用濾膜還是濾器,取決于驗(yàn)證的目的。如果微生物截留試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證過濾工藝中特定膜材的細(xì)菌截留效能,那么使用濾膜是能滿足需要的。微生物截留試驗(yàn)中所用的濾膜必須和實(shí)際生產(chǎn)中所用過濾器材質(zhì)完全相同,并應(yīng)包括多個(gè)批次(通常三個(gè)批次)。其中至少應(yīng)有一個(gè)批次為低起泡點(diǎn)(低規(guī)格)濾膜。
2、為了在微生物挑戰(zhàn)試驗(yàn)中實(shí)施最差條件,一般需要使用完整性測試的數(shù)值非常接近過濾器生產(chǎn)商提供的濾器完整性限值的濾膜(例如不高于標(biāo)準(zhǔn)完整性限值的110%) 。如果在驗(yàn)證中沒有使用低起泡點(diǎn)濾膜,那么在實(shí)際生產(chǎn)中所使用的標(biāo)準(zhǔn)溶液濾膜/芯起泡點(diǎn)值,必須高于驗(yàn)證試驗(yàn)中實(shí)際使用的濾膜的最小起泡點(diǎn)值。
3、成分相容、只有濃度不同的系列產(chǎn)品可以通過挑戰(zhàn)極限濃度和接受中間一組濃度來驗(yàn)證。
4、一般來說重復(fù)使用過濾器是不實(shí)際的，如果重復(fù)使用除菌級過濾器，應(yīng)該給出充足里有并且重復(fù)使用參數(shù)經(jīng)過充分論證。
結(jié)合細(xì)菌截留試驗(yàn)的研究內(nèi)容，關(guān)于濾膜孔徑選擇和濾芯組合系統(tǒng)選擇，本文推薦如下：
關(guān)于濾膜孔徑的選擇，在這里，要先科普一下，世界上最小的細(xì)菌是缺陷型假單胞菌（直徑大約為0.3—0.4微米，長度0.6—1.0微米）。在除菌過濾驗(yàn)證中，缺陷型假單胞菌必須是單一的、分散的細(xì)胞，才能作為細(xì)菌截留試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)微生物。所以只有過濾器孔徑小于缺陷型假單胞菌的尺寸時(shí)，才能保證對最小微生物的截留能力。一般情況，除菌過濾工藝應(yīng)選用0.22微米（更小孔徑或相同過濾效力）的除菌級過濾器。
濾芯組合一般分為兩種：序列過濾系統(tǒng)和冗余過濾系統(tǒng)。
通常通過兩個(gè)或以上相同或遞減孔徑的過濾方式，統(tǒng)稱為序列過濾系統(tǒng)。例如：0.45μm過濾器+0.22μm過濾器。序列過濾系統(tǒng)中，如果在最終除菌過濾器前增加一個(gè)除菌級過濾器，并且確保兩個(gè)過濾器之間無菌，以及控制過濾前介質(zhì)的微生物污染水平一般小于等于10cfu/100ml，這種情況下稱為冗余過濾系統(tǒng)。例如：0.45μm過濾器+0.22μm過濾器+0.22μm過濾器。
總之，通過細(xì)菌截留試驗(yàn)研究和論證，除菌過濾工藝應(yīng)選用0.22微米（更小孔徑或相同過濾效力）的除菌級過濾器，除菌過濾工藝一般選擇冗余過濾系統(tǒng)，達(dá)到更高的無菌保障水平。
五、化學(xué)兼容性試驗(yàn)
根據(jù)國內(nèi)外GMP相關(guān)條款要求：與藥品直接接觸的濾器不得與藥液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、吸附藥品或者向藥液中釋放物質(zhì)。
化學(xué)兼容性試驗(yàn)要包括濾芯的全部組成部件（包括濾膜，濾殼外骨架、端蓋支撐部件，密封圈等）。
在最差實(shí)際過濾工藝條件下，考察對濾芯過濾性能的影響，包括2個(gè)方面：
1是藥液是否影響濾芯過濾性能，
2是濾芯是否影響藥液性質(zhì)。
過濾工藝要考慮待過濾介質(zhì)性質(zhì)、過濾溫度、接觸時(shí)間、過濾批量、過濾批次等?？紤]過濾介質(zhì)性質(zhì)，例如過濾介質(zhì)是否含有乙醇等有機(jī)相，有機(jī)相的組成比例，試驗(yàn)過程中的過濾溫度應(yīng)達(dá)到或者超過生產(chǎn)過程的最高溫度，過濾時(shí)間應(yīng)達(dá)到或者超過實(shí)際生產(chǎn)過程的最長工藝時(shí)間。
化學(xué)兼容性試驗(yàn)檢測項(xiàng)目一般包括：
1.濾芯
過濾器接觸待過濾介質(zhì)前后的目視檢查，要求外觀無損壞、變形和軟化現(xiàn)象，起泡點(diǎn)值大于或者等于3200mbar（測試液體為水），擴(kuò)散流值小于等于10ml/min/5in@0.28Mpa（測試液體為水），浸泡前后相對偏差不超過10%。
2.支撐部門
過濾器接觸待過濾介質(zhì)前后目視檢查，要求外觀無破損和軟化現(xiàn)象。
3.濾膜
接觸過濾介質(zhì)前和接觸過濾介質(zhì)后，要求外觀無破損和軟化現(xiàn)象，過濾過程中流速變化，一般要求不超過20%；濾膜重量是否變化，重量變化一般不超過5%；厚度是否變化，厚度變化一般不超過5%；濾膜拉伸強(qiáng)度的變化，拉伸變形率一般不超過5%；濾膜電鏡掃描確認(rèn)無明顯差異。
4.密封圈
接觸過濾介質(zhì)前和接觸過濾介質(zhì)后，要求外觀無變形、溶脹和軟化現(xiàn)象，密封圈內(nèi)徑變化要求浸泡前后相對偏差在±2%之內(nèi)，重量要求浸泡前后相對偏差在±2%之內(nèi)。
5.藥液
接觸過濾介質(zhì)前和接觸過濾介質(zhì)后，要求無肉眼可見的濾芯脫落物。
特別需要注意的是，濾器接觸藥液后，藥液中可能存在部分顆粒堵塞濾膜孔，進(jìn)而導(dǎo)致浸泡后濾芯的泡點(diǎn)和過濾阻力增加，所以，過濾后起泡點(diǎn)相對偏差不設(shè)置上限。
在化學(xué)兼容性部分，要考慮濾芯的過濾阻力大小、濾膜厚度、拉伸強(qiáng)度，結(jié)合車間生產(chǎn)線的實(shí)際情況，選擇筒式或者囊式濾芯。
六、可提取物或浸出物試驗(yàn)
根據(jù)NMPA的GMP（2010版）提出了如下要求：生產(chǎn)設(shè)備不得對藥品質(zhì)量產(chǎn)生任何不利影響。因此要關(guān)注生產(chǎn)設(shè)備（例如過濾器）與工藝溶液接觸會(huì)后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致過濾器組分遷移至藥品中。
可提取物是在極端條件下（例如有機(jī)溶劑、極端高溫、pH值、接觸時(shí)間），可以從過濾器提取出的化學(xué)物質(zhì)。浸出物是在正常工藝條件和試機(jī)藥品中，從過濾器遷移出來的化合物。
使用最長過濾時(shí)間、最高過濾溫度、最多次蒸汽滅菌循環(huán)、增加伽瑪輻射的次數(shù)和劑量都可能會(huì)增加可提取物水平。
可提取物反映了浸出物的最大可能。
可提取物試驗(yàn)可以用靜態(tài)浸泡或循環(huán)流動(dòng)的方法，其影響因素包括接觸時(shí)長、接觸溫度、溶液類型和組件材料活性。
表1：可提取物維度、分類及評分匯總表
根據(jù)接觸時(shí)長、接觸溫度、溶液類型和組件材料活性等維度的評分，評估出提取物研究的風(fēng)險(xiǎn)等級。提取物研究的風(fēng)險(xiǎn)等級詳見下表：
表2：提取物研究的風(fēng)險(xiǎn)等級評估表
根據(jù)提取物評估的風(fēng)險(xiǎn)等級，開展相應(yīng)的研究，不同等級對應(yīng)的提取物測試匯總表如下：
表3：不同等級對應(yīng)的提取物測試匯總表
提取物或浸出物研究包括：
1、 不揮發(fā)物（NVR）檢測可提取物中非揮發(fā)物
2、 紫外可見吸收光譜（UV-VIS）檢測發(fā)色物質(zhì)的官能團(tuán)
3、 傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）檢測聚合物或寡聚物的官能團(tuán)
4、 反相高效液相色譜（RP-HPLC）檢測溶劑、單體和添加劑
5、 氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）揮發(fā)及半揮發(fā)物
用于試驗(yàn)的過濾器盡量不進(jìn)行預(yù)沖洗。在可提取物和浸出物試驗(yàn)部分，要結(jié)合處方組成（有機(jī)相比例），工藝參數(shù)（過濾溫度、過濾時(shí)間、過濾體積和批量），滅菌方式（在線滅菌還是離線滅菌）等因素，選擇適宜的濾芯。
七、安全性評估
在完成可提取物或者浸出物試驗(yàn)后，應(yīng)針對過濾器可提取物或浸出物的種類和含量，結(jié)合藥品最終劑型中的濃度、劑量大小、給藥時(shí)間、給藥途徑等對結(jié)果進(jìn)行安全性評估，以評估可提取物和浸出物是否存在安全性風(fēng)險(xiǎn)。
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