王靜 王振波 戴翚 肖璜 王似錦 周發(fā)友 馬仕洪
摘要:無菌檢查法是無菌藥品檢查的法定檢驗(yàn)方法,其中薄膜過濾法因易操作、風(fēng)險(xiǎn)低和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)比直接接種法應(yīng)用更廣泛。無菌藥品劑型種類繁多,其中抗生素類藥品因品種結(jié)構(gòu)多變、抑菌性強(qiáng)和抗菌譜廣等因素,一直以來是建立無菌檢查方法的難點(diǎn)。本文就薄膜過濾法中的溶解、過濾、沖洗和培養(yǎng)等4個(gè)關(guān)鍵步驟展開討論,通過對已建立的13類47個(gè)品種共61個(gè)抗生素藥品無菌檢查方法的綜述,探討建立無菌檢查方法的基本策略,并對無菌檢查方法和結(jié)果的局限性進(jìn)行討論,以期為建立抗生素類無菌藥品無菌檢查方法及正確認(rèn)識(shí)無菌檢查結(jié)果提供思路和參考。
關(guān)鍵詞:抗生素;無菌藥品;無菌檢查;薄膜過濾法;局限性
中圖分類號(hào):R978.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Development on sterility testing methods for antibiotic drugs
Wang Jing1, Wang Zhenbo2, Dai Hui1, Xiao Huang1, Wang Sijin1, Zhou Fayou1,? and Ma Shihong1
(1 National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 100050;?2 Ningxia Hui Autonomous Region Institute of Drug Inspection, Yinchuan 750002)
Abstract Sterility testing is a statutory inspection method for sterile drugs, among which the membrane filtration method is more widely used compared to the direct inoculation of culture medium due to its advantages of easy operation, low risk, and high accuracy. There are various types of sterile drug formulations, among which antibiotic drugs have been a challenge in establishing sterility testing methods due to their diverse variety, structure, strong antibacterial properties, and wide antibacterial spectrum. This article discussed the four key steps of dissolution, filtration, rinsing, and cultivation in the membrane filtration method. Through a review of 61 established sterility testing methods for 13 categories and 47 varieties of antibiotics, the basic strategies for establishing sterility testing methods were discussed, and the limitations of sterility testing methods and results were also discussed in order to provide ideas and references for the establishment of sterility testing methods for antibiotics and the correct understanding of sterility testing results.
Key words Antibiotics; Sterile drugs; Sterility testing; Membrane filtration method; Limitation
藥品無菌檢查法最早于1932年收載于《英國藥典》(British Pharmacopoeia, BP)[1],《中國藥典》第一版于1953年收載有“藥品無菌檢驗(yàn)法”[2],用于判斷藥品是否滿足無菌特性。經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展,藥品無菌概念亦不斷變化,如今,無菌檢查的結(jié)果是評估藥品在規(guī)定的檢驗(yàn)條件下是否滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),而確認(rèn)藥品的無菌特性更重要的是需要結(jié)合無菌生產(chǎn)工藝、數(shù)據(jù)記錄和質(zhì)量監(jiān)控等,構(gòu)建無菌保障體系。藥品進(jìn)行無菌檢查主要用于檢測由于技術(shù)故障、人為失誤、混淆滅菌與非滅菌物品等因素引起的污染,是生產(chǎn)企業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)用于成品無菌性檢測的唯一可用的分析方法[3-4],也是GMP檢查的主要內(nèi)容之一[5]。
無菌檢查法包括薄膜過濾法和直接接種法。無菌藥品可大致可分為注射劑、眼用制劑、無菌固體原料和抗生素原料藥等。其中,注射劑中抗生素類藥品的市場占有份額較大,應(yīng)用最為廣泛。在進(jìn)行無菌檢查時(shí),通常只要供試品性質(zhì)允許,應(yīng)首選薄膜過濾法。薄膜過濾法最早于1964年用于抗生素樣品[6],一般采用封閉體系,具有操作方便、不易污染、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢[7]。
抗生素類藥品用于治療細(xì)菌、真菌等引起的感染類疾病。按結(jié)構(gòu)可分為β-內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、氯霉素、大環(huán)內(nèi)酯類、硝基咪唑類、氨基糖苷類、喹諾酮類、三唑類和蒽環(huán)類等[8]。抗生素類藥品抑菌性強(qiáng)、抗菌譜廣,大多數(shù)樣品難以去除抑菌性,一直以來是建立無菌檢查方法的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以抗生素類藥品的無菌檢查方法為研究對象,從溶解、過濾、沖洗和培養(yǎng)4個(gè)主要環(huán)節(jié),總結(jié)文獻(xiàn)中61個(gè)采用薄膜過濾法的案例,剖析無菌檢查方法開發(fā)的要點(diǎn),建立消除抗生素類產(chǎn)品抑菌性的策略,以期為開發(fā)類似藥物或新品種的無菌檢查方法提供思路和參考。
1 建立無菌檢查方法的過程拆解
對抗生素藥品開展無菌檢查時(shí),首先應(yīng)消除抗生素的抑菌性對實(shí)驗(yàn)的影響。消除抗生素抑菌性的途徑主要包括降低抗生素初始濃度、選擇合適的沖洗液(可添加中和劑)、增加沖洗量、濾膜材質(zhì)的篩選、培養(yǎng)基的體積及是否添加中和劑等。表1對13類共47種抗生素品種的無菌方法按其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了匯總,下文將從溶解、過濾、沖洗和培養(yǎng)4個(gè)維度分別討論各類抗生素藥品無菌檢查的難點(diǎn)及解決辦法。
1.1 溶解
樣品溶解過程需要兼顧抽樣方式的特點(diǎn)及取樣量。固體注射用粉針劑,需要選擇適宜的溶解液[9],同時(shí)考慮稀釋樣品所需的溶解液量。抗生素供試液除了應(yīng)具有易過濾的特點(diǎn)外,還要考慮抗生素在濾膜表面的吸附、殘留等問題。供試液中抗生素的初始濃度決定了每張膜過濾的抗生素量,其對于消除抑菌性也很重要,表1中雖然有少數(shù)方法中抗生素的濃度超過50 mg/mL,但73%的方法中抗生素的初始濃度均控制在25 mg/mL的范圍內(nèi)(圖1);80%的方法能夠?qū)⒚繌垶V膜過濾抗生素的量控制在5 g的范圍內(nèi),剩余的方法每張濾膜過濾抗生素最高量為10 g
(圖2)。結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知,當(dāng)抗生素濃度或每張濾膜過濾抗生素的量較高時(shí),所建立的方法要么沖洗量較大,要么需添加高效中和劑,如青霉素酶、金屬離子等降低沖洗量,要么使用特殊材質(zhì)的濾膜,如低吸附的尼龍膜等,或多種方法聯(lián)用,以消除其強(qiáng)抑菌性。
1.2 過濾
《中國藥典》規(guī)定薄膜過濾法所用濾膜的孔徑為0.45 μm[7],但未規(guī)定濾膜的種類和材質(zhì)。考慮到抗生素類樣品若吸附殘留在濾膜上,抑菌性難以去除。因此,選擇低吸附的濾膜材質(zhì),也是建立抗生素?zé)o菌方法的一個(gè)考慮要點(diǎn)。常用的濾膜材質(zhì)有醋酸纖維素膜、硝酸纖維素膜、醋酸和硝酸混合纖維素膜、尼龍膜、聚偏二氟乙烯膜等,不同材質(zhì)的濾膜具有不同的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)??股卦跒V膜上的吸附特性通常以每張膜上抗生素的殘留量來表示,有報(bào)道表明,泊沙康唑在不同材質(zhì)濾膜上的殘留量明顯不同[10]。由表1可知,篩選出的具有低吸附特性的濾膜大多為聚偏二氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride,簡稱PVDF)或尼龍膜,纖維素膜較少;少數(shù)使用濾膜廠家標(biāo)注為特殊材質(zhì)或抗生素專用濾膜,由于未明確材質(zhì)的具體種類,對使用者選擇濾膜的參考價(jià)值較小;由于生產(chǎn)工藝的差異,相同材質(zhì)不同品牌濾膜的結(jié)構(gòu)和性能亦可能存在差異,因而不同研究團(tuán)隊(duì)對相同抗生素品種篩選出的具有最低吸附特性的濾膜可能略有不同[10-11]。此外,對于難以過濾的樣品如眼膏劑等,應(yīng)關(guān)注過濾參數(shù)(如:泵速/泵壓);若使用有機(jī)溶劑等特殊溶劑,應(yīng)關(guān)注濾膜使用前后的完整性[12-13];對具有高殘留、高抑菌性的樣品,可采用分膜過濾的方式[14];對于易堵膜的樣品,可采用雙膜過濾的方式等[15]。
1.3 沖洗
建立無菌檢查方法時(shí),選擇適宜的中和劑和優(yōu)化沖洗量是沖洗過程中需要摸索的兩項(xiàng)最重要的實(shí)驗(yàn)因素(圖3)。
1.3.1 中和劑
《中國藥典》列出了常見干擾物的對應(yīng)中和劑[16]。然而,抗生素因種類繁多且抑菌活性強(qiáng),添加1種中和劑有時(shí)無法消除抑菌活性,需要幾種中和劑聯(lián)合使用或探索新型高效的中和劑以適用于樣品的性質(zhì)。
卵磷脂和吐溫80是應(yīng)用最廣泛的非特異性中和劑,具有表面活性,且與非離子具有較好的相容性[17];青霉素酶是最常用的β-內(nèi)酰胺酶,對多種β-內(nèi)酰胺類(如青霉素)抗生素具有水解活性,是首選的中和劑,但濃度較高時(shí),也可抑制微生物生長[18]。此外,不同類型的β-內(nèi)酰胺酶,如頭孢菌素酶(50萬單位頭孢菌素酶與600萬單位青霉素酶對去除頭孢尼西鈉的抑菌活性相當(dāng))[19]、金屬酶(25萬單位金屬酶與600萬單位青霉素酶對去除亞胺培南的抑菌活性相當(dāng))[20]等對相應(yīng)的β-內(nèi)酰胺品種具有較高的水解活性。二價(jià)金屬離子,如鎂離子、鈣離子和錳離子等與喹諾酮類抗生素可形成絡(luò)合物,使其抗菌活性減弱,因而常用作喹諾酮類抗生素的中和劑,但也應(yīng)注意其對微生物生長的影響[21-22]。此外,也可嘗試使用新型的中和劑,如利用β-環(huán)糊精對抑菌物質(zhì)的包埋作用、表面活性劑的乳化作用等抑制特定抗生素的抑菌活性。
1.3.2 沖洗量
《中國藥典》規(guī)定薄膜過濾法的沖洗量一般不超過500 mL,最高不得超過1000 mL[7],以防止沖洗對微生物的損傷和對濾膜截留能力的影響。通常樣品供試液本身具有一定的體積,而《中國藥典》僅建議了沖洗液的體積,若供試液體積較大,也可能會(huì)影響濾膜的完整性。圖4分析了61種方法中,供試液及沖洗液體積大于500和1000 mL所占的比率。若只考慮沖洗液的影響,61%的方法沖洗量大于500 mL,7%的方法沖洗量大于1000 mL;若考慮供試液和沖洗液兩者共同的影響,84%的方法沖洗量大于500 mL,15%的方法沖洗量大于1000 mL,沖洗的總體積較高。分析沖洗總體積較低的方法,大多使用了β-內(nèi)酰胺酶,酶作為一種高效的中和劑,可高效消除β-內(nèi)酰胺類抗生素的抑菌性,從而可有效控制沖洗量于較低的范圍。
1.4 培養(yǎng)
不同抗生素因抗菌譜的不同使得其對代表性菌株的敏感性也不同。建立無菌方法時(shí)通常應(yīng)選用最容易被抑制、最難培養(yǎng)、最敏感的代表性菌株作為敏感菌,保證所建立方法的有效性。圖5列出了13類抗生素共61種方法所選用的敏感菌,可見,具有不同抗菌譜的不同代頭孢菌素的敏感性具有明顯差異(圖6);同一類抗生素的不同品種也可能存在微量差異??傮w來說,抗細(xì)菌類抗生素以大腸埃希菌(革蘭陰性菌的代表菌株)、金黃色葡萄球菌(革蘭陽性菌的代表菌株)和兩者共同作為敏感菌居多,也存在枯草芽孢桿菌較為敏感的情況;應(yīng)根據(jù)抗生素的抑菌特性選擇敏感菌,對抗革蘭陽性的抗生素,一般選擇金黃色葡萄球菌;對抗革蘭陰性的抗生素一般選擇大腸埃希菌,具體可參考美國臨床實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)指南(NCCLS)中對各類抗生素的MIC值[23-24]。抗厭氧類抗生素多以生孢梭菌為敏感菌;抗真菌類抗生素多以白色念珠菌為敏感菌,但也應(yīng)注意黑曲霉的敏感性。敏感菌在建立無菌檢查方法時(shí)作為代表菌種,可更高效、精準(zhǔn)地建立無菌方法。
2 討論
2.1 建立無菌檢查方法的基本策略
無菌檢查過程可拆解為溶解、過濾、沖洗和培養(yǎng)4個(gè)關(guān)鍵步驟,每一步驟又可細(xì)化為多個(gè)要點(diǎn)(圖7)??股貥悠返囊志钥赏ㄟ^稀釋、沖洗、中和和轉(zhuǎn)移等多種方式去除。若僅考慮中和劑和沖洗量,易導(dǎo)致沖洗量過大(圖4),可能破壞濾膜的完整性或/和損傷微生物。影響建立無菌檢查方法的因素較多(圖7),多因素交叉使得其難度高、任務(wù)量大。因而,建立無菌檢查的方法策略是十分重要的(圖8)。首先應(yīng)通過查閱文獻(xiàn),基于產(chǎn)品的特性把握關(guān)鍵要素設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,在此基礎(chǔ)上以敏感菌株為指示劑開展方法預(yù)實(shí)驗(yàn),最后用其他菌株驗(yàn)證方法的適用性。利用該策略可更加高效、科學(xué)、合理地開發(fā)無菌檢查的方法。
2.2 無菌檢查法的局限性
無菌檢查法作為1種可靠的傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法,仍存在主觀判斷、人工操作、耗時(shí)長等局限性。由于影響因素較多,無菌方法在轉(zhuǎn)移過程中,可能存在不同實(shí)驗(yàn)室、不同儀器、不同人員、不同試劑和耗材等的差異,導(dǎo)致方法的適用性結(jié)果出現(xiàn)差異,因而應(yīng)注重微生物實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制,盡可能地保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠、可重復(fù)和科學(xué)合理[25]?!吨袊幍洹方诎l(fā)布的無菌檢查法公示稿中,將每張膜的沖洗量限制在500 mL[26],提示對抑菌性極強(qiáng)的樣品開發(fā)合適的無菌方法的難度增加,且對已有方法的合規(guī)性亦應(yīng)重新進(jìn)行評估。此外,一些新型快檢技術(shù),如流式細(xì)胞技術(shù)[27-28]、呼吸法[29-30]、ATP生物發(fā)光[31]、等溫微量熱法[32]和毛細(xì)管電泳法[33]等方法具有快速、微量、自動(dòng)化等優(yōu)勢,但儀器和耗材價(jià)格昂貴,目前已嘗試用于生物制品,有望用于抗生素類藥品無菌檢查方法的初篩或替代。
無菌檢查由于取樣量較小,對于監(jiān)測該批次產(chǎn)品的污染能力是有限的,因而結(jié)果具有一定的局限性和風(fēng)險(xiǎn)。僅根據(jù)無菌檢查結(jié)果作為評價(jià)產(chǎn)品無菌水平的依據(jù)可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo),因?yàn)闊o菌檢查結(jié)果陰性(無菌 “合格”)可能只是無法檢測到污染微生物[34],其實(shí)際產(chǎn)品仍可能存在污染微生物(“不合格”)。深度理解產(chǎn)品的無菌特性、無菌檢查與無菌保證水平三者之間的關(guān)鍵區(qū)別,明確無菌檢查的應(yīng)用范圍,將無菌檢查與終端滅菌工藝驗(yàn)證、無菌生產(chǎn)工藝驗(yàn)證結(jié)合[35],是保障無菌藥品質(zhì)量水平的關(guān)鍵。
參 考 文 獻(xiàn)
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基金項(xiàng)目:中國食品藥品檢定研究院中青年發(fā)展研究基金(No. 2023A7)
作者簡介:王靜,女,生于1995年,碩士,助理研究員,主要從事藥品微生物檢驗(yàn)與控制工作,E-mail: wangjing123@nifdc.org.cn
*通信作者,E-mail: mash@nifdc.org.cn
第一作者:王靜,北京化工大學(xué)藥學(xué)碩士,助理研究員;主要從事藥品微生物檢驗(yàn)及科研工作。
通信作者:馬仕洪,生于1972年,藥學(xué)碩士,主任藥師,2003年畢業(yè)于中國藥品生物制品檢定所,現(xiàn)任中國食品藥品檢定研究院化藥所微生物室主任。從事藥品微生物科研及檢驗(yàn)工作。