应用案例

Picarro PI2114（CRDS技术在监测残留过氧化氢(H₂O₂)方面的技术突破）

发表时间：2024-04-17

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前言

现在生物制剂是最有效和最有潜在价值的新治疗产品，包括多肽、蛋白质、抗体-药物偶联物（ADC）以及细胞衍生产品和基因疗法。这些产品在生产过程中，容易受到残留过氧化氢（H₂O₂）的氧化或降解破坏。在净化后的曝气过程完成后，有些痕量H₂O₂仍会存在于无菌处理设备中。对于早期生物制剂产品，100 ppb浓度的残留水平可能就会造成损失。而对于较新的产品，已有数据显示其残留H₂O₂可能造成损失的下限已经低至30ppb。如何高精度地测量低至几十亿分之几（ppb）的汽化H₂O₂，如何评估这些产品对残留低浓度H₂O₂的敏感性成为一大难题。

目前，在生物医药企业生产中汽化双氧水灭菌法(VHP) 处理是符合药品生产质量管理规范（GMP）最主要的灭菌手段。但是灭菌后的残存H₂O₂浓度水平过高会带来额外的潜在问题，比如：损失药效、降低药物稳定性、脱靶效应、病人的过敏反应（潜在发病或死亡风险）、淘汰价值数百万美元的有缺陷的批次等。

因此，生物制剂的制造商必须确定产品的氧化敏感性，并确定允许残留的H₂O₂暴露的上限，避免产品暴露在高于该阈值的隔离器或其他无菌加工设备的环境当中。

检测方法及发展

目前主要有三种方法可以测量曝气期间和曝气后残留的低至ppb级水平的H₂O₂。

方法一：充分曝气法

依赖于无菌处理设备制造商的灭菌和通风程序设计，设计了足够长的曝气流程。该方法有两大隐患：

1）长时间运行或重复操作期间，在设备表面吸附的H₂O₂会不会释放出来？如果更改隔离器内的相关设备，是否有办法重新验证曝气过程？

2）很长的曝气时间这意味着浪费时间，生产效率将大大降低。

方法二：湿化学法技术

该方法也称为过氧化物酶测定法，这是一种灵敏度极高且被广泛使用的技术。它能够在固体表面(使用抹布)、直接在液体或在气相(通过在水中将气体鼓泡)上定量检测H₂O₂。该方法有几个缺点：

1）不是一种快速或实时的方法，且需要非常熟悉化学专业知识的操作人员；

2）每个样品测量都使用消耗性试剂和容器；

3）该方法需要频繁校准。

方法三：光腔衰荡光谱法（CRDS）

该方法直接使用Picarro PI2114过氧化氢分析仪，可以快速、连续地测量气相中的H₂O₂，浓度可低至3.3 ppb。Picarro PI2114使用近红外激光CRDS技术，该方法有三大优点：

1）无需化学药品或其他消耗品；

2）可以长期运行（长达数月）无需维护或重新校准；

3）监测数据均可被SCADA（数据采集与监视控制系统）读取，减少了对操作员作业的需求。

应用案例

礼来公司（Eli Lilly and Company，NYSE：LLY）是一家大型制药公司，在一种新的糖尿病治疗产品即将推向市场前，发现该产品对H₂O₂比较敏感。因此礼来公司无菌工艺工程师需要一个测量系统，能够将产品暴露在目标低浓度下，以评估在不显著影响产品的情况下可能存在多少过氧化氢。

最早采用了自动化版本的过氧化物酶测定法，成功完成了初始产品暴露研究，但该方法太复杂，无法在制造环境中使用，因此需要一种能够原位监测的替代技术。工程师找到了一家愿意对该分析进行评估的光谱仪制造商，他们开发了一种原型仪器，但该仪器最终无法满足灵敏度要求。然后在完成最初的产品暴露测试研究后，礼来公司最终发现了Picarro。

根据产品规格需求，礼来公司的项目团队进行了大量测试，检查了线性度、检测限、准确度和精密度、响应时间、干扰等。在使用后1年和2年对其进行校准时，得到的响应因子几乎与之前一样。虽然自动化过氧化物酶系统更为灵敏，但Picarro仪器可以连续测量低浓度范围的H₂O₂，这在生产氧化敏感药物产品期间非常重要，并且使用更易于操作、无需化学品或消耗品、没有活动组件、无需频繁维护、其稳定性也很好，无需频繁校准。

实际上，现在许多生物制药公司都在使用Picarro过氧化氢分析仪，通过确保灭菌后生物制品后续处理（如封装等）的安全环境，用以保证产品的稳定性。同样，多数隔离器设备制造商也在使用Picarro PI2114来测试和验证其产品与设计，或者将其与设备一起交付用户，以确保灭菌和曝气过程的安全性。因此，考虑到生物制剂产品的安全性与稳定性，使用Picarro PI2114在通气和运行过程中连续监测残留的H₂O₂水平，确实是不二选择。

Picarro在制药业有10年的成功记录