Преимущества и рекомендации по выбору одноразовых технологий для биофармацевтических производств

За последнее десятилетие сфера производства биофармацевтических препаратов претерпела значительные изменения в связи с быстрым внедрением одноразовых технологий на основе полимеров. Традиционно фармацевтические компании использовали оборудование из нержавеющей стали для разработки и производства биотерапевтических препаратов. Однако нержавеющая сталь не только требует значительных инвестиций, но и подразумевает длительные процедуры очистки (CIP) и стерилизации (SIP), которые могут непреднамеренно увеличить риск контаминации. Одноразовые решения, в том числе мешки, трубки, коннекторы и системы трубок, меняют ландшафт биофармацевтического производства. Одноразовые решения, будучи предварительно стерилизованными и обладающие высокой универсальностью, предоставляют производителям простые, настраиваемые и экономичные варианты для решения производственных задач, связанных с разнообразным ассортиментом производимых лекарственных препаратов. В отличие от традиционных, жестких, дорогостоящих и трудоемких производственных линий, основанных на системах из нержавеющей стали, одноразовые решения предназначены для оптимизации производственных процессов и ускорения вывода препаратов на рынок.


Преимущества решений на основе одноразовых технологий:

Обеспечение стерильности: Производители биофармацевтической продукции, использующие в своих технологических процессах оборудование из нержавеющей стали, должны очищать и стерилизовать его после каждого использования. Традиционно это достигается с помощью очистки паром - метода, который требует много времени и трудозатрат. В отличие от этого одноразовые решения для технологического процесса проходят предварительную стерилизацию, что значительно снижает риск микробной контаминации. Следовательно, одноразовые технологии позволяют производителю поддерживать высокие стандарты качества продукции, повышают безопасность и оптимизируют процессы контроля стерильности.

Повышение гибкости процесса: системы из нержавеющей стали обычно требуют специальных производственных линий, часто предназначенных для одного продукта или конкретного этапа производства. Для биофармацевтических компаний это приводит к снижению гибкости и требует значительных временных затрат на внедрение сложных модификаций при перенастройке технологического процесса. Гибкие одноразовые технологии, напротив, позволяют просто и быстро вносить коррективы в спецификации, способствуя быстрому изменению процесса. Такая адаптивность позволяет производителям сохранять гибкость и оперативно реагировать на меняющиеся требования к процессу.


Повышение эффективности производства: Использование одноразовых технологий не только устраняет необходимость в очистке и стерилизации оборудования, но и упрощает конструкцию и настройку оборудования. Как правило, системы одноразового использования позволяют легко интегрировать мешки, трубки, коннекторы, фильтры и другие компоненты в процесс культивирования (upstream) и в процесс очистки (downstream). Такая интеграция позволяет операторам сконцентрироваться на важных задачах, тем самым повышая производительность и выходную мощность. Повышение эффективности производства является важнейшим фактором в биофармацевтической промышленности, позволяющим разработчикам удовлетворять растущий спрос на производство биофармацевтических препаратов.

Отсутствие риска перекрестного загрязнения: В традиционных системах из нержавеющей стали перекрестное загрязнение представляет собой значительный риск, поскольку может повлиять как на качество и целостность производственного процесса, так и на конечный продукт. Применение одноразовых технологий устраняет риск образования перекрестных контаминаций в процессе производства. После использования одноразового компонента его можно утилизировать и заменить новым стерильным расходным материалом.

Снижение затрат на производство: При использовании одноразовых технологий отсутствует необходимость в длительных процедурах очистки и валидации, что позволяет производителям биофармацевтической продукции экономить средства и время, обеспечивая при этом быструю окупаемость инвестиций. Например, одноразовые мешки для культивирования клеток значительно экономичнее, чем затраты на техническое обслуживание, очистку и стерилизацию традиционных биореакторов из нержавеющей стали. Отлаженная и надежная цепочка поставок одноразовых решений позволяет оптимизировать производственные графики, сводит к минимуму время простоя и повышает общую эффективность процесса, тем самым ускоряя вывод препаратов на рынок.
 
Соответствие нормативным требованиям: В биофармацевтической промышленности соблюдение нормативных требований и клинических стандартов имеет важное значение. Предварительно стерилизованные одноразовые технологии легко отслеживаются, поскольку к ним прилагается полная документация по качеству и нормативным требованиям, которая может упростить квалификационную работу и снизить риски. Выбор в пользу одноразовых решений и сотрудничество с надежными поставщиками снижают риск появления нежелательных примесей и уменьшают количество твердых частиц, тем самым решая потенциальные проблемы безопасности и эффективности конечного продукта.

Снижение воздействия на окружающую среду: Традиционные фармацевтические производства, в которых используется нержавеющая сталь, требуют значительных затрат энергии и различных химических веществ для очистки и стерилизации оборудования. Это не только вредит окружающей среде, но и влечет за собой высокие затраты на утилизацию. Использование одноразовых материалов, напротив, позволяет значительно снизить потребление воды и свести к минимуму использование агрессивных химикатов при проведении процедур очистки (CIP) и стерилизации (SIP).


После принятия решения о внедрении одноразовых технологий в производство, следующим этапом является выбор технологии одноразового использования. Продукты для одноразового применения включают в себя различные полимерные материалы, каждый из которых предназначен для конкретных целей в зависимости от типа устройства и его роли в производственном процессе. Материалы, используемые в одноразовых решениях, должны выдерживать все условия биообработки, включая экстремальные температуры, колебания рН, перепады давления, скорости потока, функциональные характеристики, процедуру стерилизации и соответствовать требованиям к хранению и транспортировке. Понимание физических свойств выбранных материалов позволит производителям разработать наиболее эффективные терапевтические молекулы. Например, некоторые полимеры для производства одноразовых мешков могут обладать желаемой биологической инертностью и устойчивостью к перепадам температур, но могут не обладать прочностью, необходимой для транспортировки на большие расстояния. Кроме того, для предотвращения проколов производители материалов могут наносить на внешнюю поверхность защитный слой из пластиковой пленки с использованием различных полимеров. Эти соображения, касающиеся материалов, имеют решающее значение при разработке эффективных продуктов для одноразовых технологий для конкретных областей применения, включая:

Химический состав, экстрагируемые и выщелачиваемые вещества: Продукты для одноразового использования должны быть изготовлены из биоинертных материалов. Это означает, что они являются биосовместимыми и отсутствуют побочные реакции с технологическими жидкостями, которые вступают с ними в контакт, что в конечном итоге обеспечивает безопасность пациента. Химический состав этих материалов также имеет решающее значение. Производителям биофармацевтической продукции следует отдавать предпочтение материалам с низким содержанием экстрагируемых веществ, чтобы свести к минимуму риск выщелачивания, которое может существенно повлиять на конечный продукт. Некоторые добавки, содержащиеся в материалах для однократного применения, могут попадать в жидкости во время приготовления, транспортировки и хранения, что потенциально может привести к снижению безопасности лекарственного препарата.



Термостойкость: Большинство полимерных материалов непригодны для использования в экстремально холодных или жарких условиях. Однако, некоторые типы пленок могут быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать определенные температурные диапазоны, например, -80°C для криогенного хранения или -196°C для замораживания жидким азотом.

Износостойкость: Материалы, используемые в изделиях одноразового использования, должны быть достаточно прочными, чтобы предотвратить чрезмерные повреждения, царапины или проколы при ежедневном использовании и обращении с ними. Помимо износостойкости, важно поддерживать высокое качество и однородность каждого изделия, поскольку любые дефекты могут негативно сказаться на результатах процесса.

Клиническая безопасность и соответствие нормативным требованиям: При разработке биопроцессов одним из важнейших аспектов проектирования, который часто упускается из виду, является клиническая безопасность. Этот нюанс особенно важен при оценке одноразовых решений. Материалы, используемые для изготовления этих компонентов, являются строго регулируемыми. Глубокое понимание соответствующих нормативных требований может помочь производителям биофармацевтических препаратов в выборе оптимальных одноразовых решений для безопасного проведения клинических испытаний.
Характеристики пленки: Выбор между однослойной и многослойной пленками в значительной степени зависит от конкретного технологического продукта одноразового использования и его предполагаемого применения. Многослойные пленки могут создавать газовый барьер, повышая долговечность и улучшая совместимость материалов. Оптическая прозрачность продуктов одноразового использования необходима в процессах, требующих визуальной индикации или измерения. Пленки, разработанные для этих целей, обычно обладают необходимой прозрачностью и высокой четкостью изображения.





Наиболее широко в современных одноразовых технологиях распространены полимеры, предназначенные для работы в различных условиях, включая экстремальные перепады температур, механическую гибкость и воздействие агрессивных химических веществ. Эти полимеры используются в самых разнообразных изделиях, от фильтров и мешков до трубок и аксессуаров. Более того, инженеры, специализирующиеся на разработке одноразовых технологий, могут точно настроить свойства этих полимерных материалов в соответствии с конкретными требованиями применения.
Для удовлетворения требований к материалам для различных технологических применений в биофармацевтическом производстве компания Duoning самостоятельно разработала три пленочных продукта: Duofilm®-001, Duofilm®-002 и Duofilm®-003, которые адаптируются к параметрам различных технологических процессов.
Пленка DuoFilm®-001, независимо разработанная компанией Duoning, представляет собой соэкструдированную 7-слойную пленку из нейлона (PA), полиэтилена низкой плотности (LDPE), сополимера этилена и винилового спирта (EVOH) и полиэтилена сверхнизкой плотности (ULDPE). Она имеет толщину 0,3 мм. Наружный слой PA обеспечивает высокую устойчивость к проколам, прочность и стабильность; слой EVOH минимизирует диффузию газа по пленке, сохраняя при этом очень хорошую устойчивость к растрескиванию при изгибе; слой, контактирующий с жидкостью, изготовлен из ULDPE, который обладает превосходными физическими и химическими свойствами и биосовместимостью.


 







Схема многослойной структуры пленки DuoFilm®-001


Пленка DuoFilm®-001 в основном используется для изготовления 2D-мешков для хранения жидкостей, 3D-бочек или 3D-кубических мешков для хранения жидкостей, лайнеров, мешков для фидов (добавок), мешков для перемешивания. Эти продукты производятся и упаковываются в чистых помещениях класса 7 по стандарту ISO 14644-1:2015, соответствуют соответствующим стандартам, включая USP, FDA, ISO и Европейскую фармакопею, и тестируются на экстрагируемые вещества всемирно известными сторонними испытательными лабораториями в соответствии со стандартами BPOG. Эти продукты позволяют гарантировать, что сырье, сборка продукта, стерилизация и другие этапы производства полностью соответствуют требованиям cGMP и биофармацевтическим требованиям.
 


DuoFilm®-002 - это 7-слойная соэкструдированная пленка, состоящая из полиэфирного эластомера, сополимера этиленвинилового спирта и полиэтилена сверхнизкой плотности толщиной 0,325 мм и контактирующего с жидкостью слоя ULDPE. Он обладает высокой прочностью, высокой ударной прочностью, устойчивостью к низким температурам и старению и может использоваться для хранения в замороженном виде при температуре -80°C.


 




Схема многослойной структуры пленки DuoFilm®-002

Схема многослойной структуры пленки DuoFilm®-002
Пленка DuoFilm®-002 в основном используется для изготовления одноразовых пакетов для замораживания и оттаивания GlacierStore™, независимо разработанных компанией Duoning. Эта серия продуктов производится и упаковывается в чистых помещениях, соответствующих стандарту ISO 14644-1:2015 класса 7 и соответствующим стандартам, включая USP, FDA, ISO и Европейскую фармакопею. Продукция проходит испытания на наличие экстрагируемых веществ сторонней испытательной лаборатории с мировым именем в соответствии со стандартами BPOG. После испытаний на замораживание, в ходе которых продукт подвергался облучению, замораживался при температуре -80℃ и размораживался при комнатной температуре, было установлено, что все эксплуатационные характеристики не пострадали и соответствовали стандартам. Одноразовые пакеты для замораживания и оттаивания GlacierStore™ имеют предварительно собранную конструкцию “пакет + кейс”, которая может быть выполнена в виде коллектора с несколькими пакетами и использоваться с автоматизированной системой массового розлива для обеспечения высокоточного и автоматизированного розлива полупродуктов.

 

 
Пленка DuoFilm®-003 изготавливается методом соэкструзии 5 слоев полимеров, включая полиэтилен низкой плотности, сополимер этилена с виниловым спиртом и полиэтилен сверхнизкой плотности. Наружный слой из полиэтилена низкой плотности (LDPE) обладает превосходной химической стабильностью и относительным удлинением; средний слой из сополимера этилена и винилового спирта EVOH обладает превосходными барьерными свойствами для газов, испарений и растворителей, сохраняя при этом гибкость и прочность.; жидкий контактный слой из полиэтилена сверхнизкой плотности (ULDPE) обладает превосходной биосовместимостью и низким уровнем экстрагируемости, чистой инертной поверхностью и не содержит добавок, препятствующих росту клеток. Мембраны этой серии отвечают самым строгим физическим требованиям, обеспечивая при этом отличную совместимость с клеточными культурами.

 

Схема многослойной структуры пленки DuoFilm®-003


Пленка DuoFilm®-003 в основном используется для производства одноразовых мешков для культивирования клеток, включая одноразовые биореакторы волнового типа и одноразовые биореакторы с мешалкой, и может обеспечивать объем до 2000 л. Эта серия продуктов была тщательно протестирована для культивирования клеток и может соответствовать требованиям к культивированию различных клеточных линий для получения удовлетворительных результатов культивирования клеток и качества продукции.

 
Кроме того, компания Duoning Biotech предлагает полностью готовые, предварительно стерилизованные и собранные системы одноразовых трубок для нескольких ключевых операций в процессе производства биофармацевтических препаратов, включая одноразовые решения для хроматографии, ультрафильтрации, вирусной фильтрации и финишного розлива. Такие комплекты трубок могут быть сконструированы с использованием деталей собственного производства или от квалифицированных поставщиков, сертифицированных заказчиками. Могут иметь открытую архитектуру для удовлетворения эксплуатационных требований различного существующего оборудования, которое может полностью соответствовать требованиям технологического процесса. Наборы одноразовых трубок для ключевых операций, включая хроматографию и ультрафильтрацию, были тщательно протестированы большим количеством пользователей.