Table of Contents

Понимание сложных биологических

Сложные биологические препараты представляют собой разнообразный и быстро развивающийся класс терапевтических продуктов, которые включают рекомбинантные моноклональные антитела, биспецифические антитела, слитые белки, ферментозаместительные терапии, генную терапию (как вирусную, так и невирусную), клеточную терапию (например, продукты CAR-T и IPSC) и другие лекарственные препараты с продвинутой терапией (ATMPs). В отличие от мелкомолекулярных препаратов, которые обычно химически синтезируются и хорошо характеризуются, биологические препараты производятся с использованием живых систем — клеток млекопитающих, бактериальных клеток, дрожжей или даже растительных экспрессионных платформ. Этот неотъемлемый биологический источник вводит значительную степень изменчивости, которая должна тщательно контролироваться и пониматься.

Процессы производства сложных биологических препаратов часто включают в себя несколько операций по восходящей и нисходящей линии: культивирование клеток (или ферментация), сбор, захват хроматографии, вирусная инактивация, полирующая хроматография, вирусная фильтрация, ультрафильтрация / диафильтрация, формулировка, наполнение и лиофилизация (если применимо). Каждый шаг может непосредственно влиять на безопасность продукта, потенцию и стабильность. Для генной терапии дополнительные сложности возникают из векторной конструкции, эффективности трансфекции, очистки вирусных частиц и аналитических методов для количественной оценки пустых и полных капсидов. Клеточная терапия добавляет логистику живых клеток, специфичное для пациента производство и анализы потенции, которые должны выполняться в сжатые сроки. Поэтому проверка этих процессов требует глубокого понимания критических качеств продукта (CQA) и параметров процесса, которые влияют на них.

Регулирующие органы, включая Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Европейское агентство по лекарственным средствам (EMA), выпустили конкретные руководящие документы для валидации процессов биопрепаратов. Руководство FDA 2011 года «Валидация процессов: общие принципы и практика» подчеркивает подход жизненного цикла, который включает в себя разработку процесса, квалификацию процесса и постоянную проверку процесса. Руководство по валидации процессов FDA обеспечивает основополагающую основу, в то время как ICH Q11 («Разработка и производство лекарственных веществ») и ICH Q5E («Сравнение биотехнологических / биологических продуктов») предлагают более целенаправленные ожидания для биологических препаратов. Понимание этих нормативных ожиданий является первым шагом в разработке надежного протокола валидации.

Ключевые элементы протоколов строгой проверки

По-настоящему надежный протокол проверки сложных биологических препаратов должен быть построен на основе знаний о процессах, оценки рисков и четко определенной стратегии контроля. Ниже мы рассмотрим каждый критический элемент.

Всестороннее понимание процесса

Перед началом любой деятельности по валидации производитель должен иметь подробное понимание того, как каждая операция блока влияет на качество продукта и производительность процесса. Это понимание обычно разрабатывается на этапе проектирования процесса с использованием моделей масштабирования, представляющих коммерческое производство. Ключевые действия включают идентификацию критических параметров процесса (CPP) и связывание их с CQA. Например, в процессе очистки моноклональных антител такие параметры, как плотность загрузки колонки, время пребывания и pH буфера, могут непосредственно влиять на удаление агрегатов и связанных с процессом примесей. Без этого основополагающего понимания усилия по валидации могут быть поверхностными или неправильно направленными.

Оценка рисков

Оценка риска является основой любой современной стратегии валидации. Такие инструменты, как анализ режима отказа и эффектов (FMEA), анализ дерева неисправностей (FTA) или анализ рисков и критические контрольные точки (HACCP), могут использоваться для определения приоритетов, какие параметры процесса и атрибуты качества требуют наиболее интенсивной валидации. Рамочная программа ICH Q9 Управление рисками качества обеспечивает структурированный подход к оценке серьезности риска, вероятности и обнаруживаемости. Для сложных биологических препаратов оценка риска должна также учитывать изменчивость сырья (например, стабильность клеточной линии, сыворотка или состав среды), производительность оборудования и человеческие факторы. Результат оценки риска непосредственно информирует о разработке исследований валидации и критериев принятия.

Дизайн экспериментов (DoE)

Проектирование экспериментов является важным статистическим инструментом для систематического изучения эффектов нескольких параметров процесса одновременно. Традиционные подходы с одним фактором в момент времени (OFAT) часто пропускают взаимодействия между параметрами и требуют много больше экспериментов. DoE позволяет команде идентифицировать как основные эффекты, так и взаимодействия, что позволяет создавать надежные пространства проектирования, как это поощряется ICH Q8. Например, исследование DoE на этапе вирусной фильтрации может исследовать трансмембранное давление, скорость потока, концентрацию корма и тип мембраны для определения рабочих диапазонов, которые последовательно достигают требуемого значения сокращения журнала (LRV). Использование DoE во время разработки и проверки процесса уменьшает количество необходимых полномасштабных производственных запусков и обеспечивает нормативную уверенность в понимании процесса. Статья 2016 года в Журнале фармацевтических наук подчеркнула силу DoE для оптимизации производства биологических препаратов.

Критические атрибуты качества (CQA)

CQA — это физические, химические, биологические или микробиологические свойства или характеристики, которые должны быть в пределах соответствующего предела, диапазона или распределения для обеспечения желаемого качества продукта. Для моноклонального антитела CQA обычно включают агрегированные уровни, варианты заряда, профили гликозилирования, аффинность связывания и потенцию. Для генной терапии CQA могут включать векторный титр, полное/пустое отношение капсидов, инфекционность и уровни экспрессии трансгенов. Каждый CQA должен иметь научно обоснованный целевой и приемочный диапазон, полученный из клинического механизма действия продукта и профиля безопасности. Протокол валидации должен указывать, как каждый CQA будет контролироваться на критических этапах процесса и какие аналитические методы будут использоваться. Валидация метода является обязательным условием; если аналитический метод не может надежно измерить атрибут, результаты валидации процесса бессмысленны.

Стратегия контроля

Стратегия управления представляет собой запланированный набор элементов управления, полученных из текущего понимания продукта и процесса, который обеспечивает производительность процесса и качество продукта. Она включает в себя спецификации сырья, элементы управления процессом, мониторинг в режиме реального времени (например, с использованием аналитической технологии процесса, PAT), тестирование высвобождения и мониторинг стабильности. Для сложных биологических препаратов стратегия управления часто включает в себя комбинацию параметрического высвобождения, онлайн-датчиков (рН, растворенный кислород, рамановская спектроскопия) и онлайн-тестирование. Хорошо разработанная стратегия управления позволяет протоколу проверки сосредоточиться на наиболее важных аспектах и обеспечивает основу для текущей проверки процесса. Руководство ICH Q11 подробно обсуждает концепцию стратегии управления для биотехнологических лекарственных веществ.

Разработка протокола валидации

После того, как будут созданы основополагающие элементы, может быть составлен официальный протокол проверки. Этот документ должен быть всеобъемлющим, но четким и действенным. Как правило, он включает введение, сферу охвата, цели, перечень задействованного оборудования и систем, описание процесса, идентификацию CQA и CPP, резюме оценки рисков, подробные планы исследования для IQ/OQ/PQ, планы выборки, критерии принятия, процедуры управления отклонениями и шаблон для представления результатов отчетности.

Квалификация установки (IQ)

Квалификация установки проверяет, что все технологическое оборудование (например, биореакторы, хроматографические заносы, системы фильтрации, линии наполнения) правильно установлено в соответствии со спецификациями производителя и инженерными чертежами. Для сложных биологических систем IQ также должен подтвердить, что такие утилиты, как система очистки воды, чистый пар, сжатый воздух и HVAC, соответствуют заранее определенным спецификациям. Документация должна включать идентификацию оборудования, калибровочные записи, материал проверки конструкции и проверки на физическую целостность. IQ часто выполняется поставщиком оборудования в сотрудничестве с инженерной командой производителя, но он должен быть официально утвержден как часть пакета проверки.

Операционная квалификация (OQ)

Операционная квалификация показывает, что оборудование и системы управления процессом могут работать в определенных диапазонах для всех параметров. Исследования OQ обычно бросают вызов оборудованию в его заданной точке и на краях операционного диапазона (наихудшие условия) для обеспечения согласованной производительности. Например, этап фильтрации глубины может быть протестирован при максимальной скорости потока и максимальной плотности ячеек, указанной в процессе, чтобы подтвердить, что целостность фильтра поддерживается и качество продукта является приемлемым. OQ также включает проверку сигналов тревоги, блокировок и логики управления. Для сложных биологических процессов, включающих многоэтапные процессы, OQ может выполняться на каждой операции блока индивидуально, но взаимодействия между шагами также должны быть рассмотрены в общей стратегии валидации.

Квалификация эффективности (PQ)

Квалификация производительности является сердцем валидации процесса. Она подтверждает, что весь производственный процесс, когда он работает в пределах установленных параметров, последовательно производит продукт, соответствующий всем спецификациям CQA. PQ должен проводиться в коммерческих условиях, используя то же оборудование, сырье и персонал, которые будут использоваться в обычном производстве. Для сложных биологических препаратов PQ обычно требует нескольких последовательных успешных партий (часто три или более, в зависимости от изменчивости процесса). Количество партий должно быть оправдано статистически на основе присущей изменчивости и критериев принятия. PQ исследования также включают полную стратегию управления процессом: управление процессом, исследования времени ожидания, валидация доставки и тестирование стабильности. Любые отклонения во время PQ должны быть тщательно исследованы и решены до того, как процесс будет признан валидированным.

Продолжение процесса проверки (CPV)

Жизненный цикл валидации не заканчивается PQ. Сильная программа CPV включает в себя постоянный мониторинг данных процесса (например, тренд CQA и CPP) для выявления сдвигов или дрейфов, прежде чем они приведут к результатам вне спецификации. Графики статистического управления процессом (SPC), индексы возможностей (Cpk) и ежегодные обзоры продуктов являются типичными инструментами. Для сложных биологических препаратов CPV особенно важен, потому что партии сырья, среды клеточной культуры и даже износ оборудования могут вносить тонкие изменения с течением времени. Протокол валидации должен включать план того, как данные CPV будут собираться, анализироваться и пересматриваться, включая критерии для инициирования повторной валидации или улучшения процесса.

Проблемы и передовые практики комплексной валидации биологических препаратов

Несмотря на наличие надежных рамок, проверка процессов для сложных биологических препаратов представляет собой несколько уникальных проблем. Для их решения требуется проактивный, научно обоснованный подход.

Задача 1: Вариабельность биологических сырьевых материалов

Линии ячеек могут дрейфовать со временем, компоненты среды могут сильно различаться, и даже источник воды может влиять на производительность процесса. Наилучшая практика заключается в установлении строгих спецификаций сырья с аудитами поставщиков, использовании квалифицированных банков линий ячеек (WCB, MCB) и выполнении входящего тестирования на критические атрибуты. Квалификация поставщиков сырья на основе рисков должна быть частью плана валидации. Кроме того, использование многомерного анализа может помочь связать изменчивость сырья с результатами обработки.

Задача 2: Отсутствие чувствительных аналитических методов

Некоторые ККА для сложных биологических препаратов, таких как потенция для клеточной терапии или целостность векторов для генной терапии, могут не иметь надежных аналитических методов, которые могут быть выполнены в окне стабильности продукта. Наилучшая практика заключается в том, чтобы инвестировать в раннюю разработку и валидацию метода, включая ортогональные методы. По возможности, использовать инструменты PAT в реальном времени или в режиме реального времени для непрерывного измерения атрибутов. Если метод еще не полностью проверен, можно использовать исследования и оценки риска для обоснования его использования во время валидации с планом будущих улучшений метода.

Задача 3: Масштабное внедрение и передача технологий

Проверка процесса должна проводиться в коммерческих масштабах, но многие сложные биологические препараты первоначально разрабатываются в небольших масштабах. Различия в масштабировании смешивания, сдвига, переноса кислорода и теплопередачи могут влиять на производительность. Наилучшая практика заключается в проведении исследований сопоставимости между моделями масштабирования и коммерческим масштабом в ходе ранней разработки. Передача технологии от разработки к производственным площадкам должна быть формализована с анализом разрыва, оценкой риска и планом валидации, характерным для принимающего участка. Руководство ISPE по передаче технологии предлагает структурированную методологию.

Задача 4: Многоступенчатая сложность производства

Комплексные биологические препараты часто имеют 20 или более операций блока. Валидация каждого этапа независимо не гарантирует, что общий процесс будет надежным. Наилучшая практика заключается в использовании целостного подхода: определение схемы потока процесса, определение всех взаимодействий и использование моделирования процесса или моделирования, где это возможно. Исследования валидации должны включать в себя наихудшие комбинации параметров (например, высокая плотность клеток + максимальное время пребывания в уточнении). Тщательное понимание кинетики процесса и клиренса примесей имеет решающее значение.

Задача 5: Регулятивные ожидания и совместное развитие

Поскольку сложные биологические препараты часто являются новыми, ожидания регулирующих органов могут развиваться в процессе разработки. Например, руководства FDA по производству и валидации генной терапии часто обновляются. Наилучшая практика заключается в том, чтобы взаимодействовать с регулирующими органами на ранней стадии, потенциально через встречи типа B или планы развития CMC. Сохранить аудиторский след всех решений по разработке и валидации. Используйте систему управления качеством, которая позволяет быстро включать новые регуляторные отзывы в протоколы валидации.

Использование передовых технологий в валидации

Для преодоления этих проблем многие производители внедряют передовые технологии в свои протоколы валидации. Технология анализа процессов (PAT) позволяет в реальном времени измерять атрибуты качества, позволяя проводить тестирование высвобождения в реальном времени и уменьшая зависимость от тестирования конечных продуктов. Многомерный анализ данных (MVDA) может обнаруживать тонкие сдвиги процессов, которые не могут быть обнаружены одномерными трендами. Цифровые двойники и механическое моделирование (например, вычислительная динамика жидкости для биореакторов) могут использоваться для моделирования наихудших условий и сокращения количества требуемых физических прогонов валидации. Эти инструменты все чаще принимаются регулирующими органами, пока они надлежащим образом проверены и их применимость продемонстрирована.

Заключение

Разработка надежных протоколов валидации процессов для сложных биологических препаратов является многогранным делом, которое требует глубокого научного понимания, строгого управления рисками и подхода к качеству на протяжении всего жизненного цикла. Инвестируя в комплексные знания процесса, применяя дизайн экспериментов, устанавливая четкие стратегии CQA и контроля и методично выполняя IQ/OQ/PQ, производители могут создавать процессы, которые последовательно поставляют безопасные и эффективные продукты. Уникальные проблемы биологической изменчивости, аналитических ограничений и расширения должны решаться лоб в лоб посредством сотрудничества между командами разработчиков, качества и регуляторов. По мере того, как область сложных биологических препаратов продолжает расширяться - с появлением новых методов, таких как вакцины на основе мРНК, терапия на основе CRISPR и онколитические вирусы - важность надежных протоколов валидации будет только расти. Придерживаясь нормативных руководящих принципов, таких как руководство по валидации процессов FDA и рамки качества ICH, обеспечивает прочную основу, но самые успешные организации также будут охватывать инновации в PAT, моделирование и анализ данных для достижения превосходства в производстве. В конечном счете, надежная валидация является не только норматив