生物制造批准涵盖产品以及生产该产品的工艺。监管机构之所以这样做，是因为生物制品的身份、纯度、效价和安全性取决于其生产方式，而不仅仅取决于预期的分子设计。发酵、细胞培养、纯化或无菌操作方面的变化，可能会改变杂质、痕量化合物、产品结构或临床表现，因此未经验证的工艺变更可能需要接受监管审查；在严重情况下，还可能需要开展额外的可比性研究或临床研究。
生物制品并不能完全由其配方或遗传设计来定义；它是由受控的制造工艺定义的，该工艺能够持续生产具有获批质量属性的产品。因此，中试工厂设备必须生成可靠、具有代表性且可追溯的证据，证明每个单元操作均可受控并能够重复执行。
为什么产品和工艺需要一并批准
制造工艺决定产品质量
生物制品对其制造环境十分敏感。温度、pH、溶解氧、补料速率、搅拌以及收获时间等发酵条件，都会影响产品以及伴随产生的杂质。
纯化条件同样重要。色谱、过滤、缓冲液组成、停留时间或温度的变化，可能会改变杂质去除、聚集、降解或生物活性。
细微变化可能带来重大后果
看似只是操作层面的微小工艺变更，也可能影响关键质量属性。它可能引入或增加有毒痕量化合物、残留宿主细胞物质、工艺相关污染物，或产生具有不同疗效或安全性特征的产品变体。
这就是监管机构评估特定产品—工艺组合的原因。即使产品名义上的描述相同，当其通过实质不同的工艺生产时，也不能保证具有等效质量。
工艺建立证据基础
临床和非临床证据均基于采用特定工艺生产的物料获得。该工艺决定了所测试物料的质量特征，包括其纯度、身份、效价和杂质谱。
如果商业化工艺发生变更，却没有充分的验证和可比性证据，原有证据可能无法再完全代表供应给患者的产品。
工艺验证必须证明什么
关键质量属性的一致性
工艺验证必须证明该工艺能够反复生产符合预定规格的物料。这些规格应根据产品适用情况，涵盖身份、纯度、效价、强度、无菌性和杂质水平等属性。
目标不仅是证明设备能够运行，更是证明完整工艺能够可靠地提供可接受的产品质量。
关键工艺参数受控
中试工厂必须测量并控制会影响产品质量的工艺参数。根据具体操作，这些参数可能包括pH、温度、压力、流量、溶解氧、电导率、混合、补料速率和保持时间。
传感器和控制系统应在预期运行条件下具备足够的准确度、量程、响应时间和可靠性。测量系统还必须经过校准和维护，使记录的数值能够支持验证结论。
单元操作可重复
每个单元操作都应具有明确的输入、运行范围、输出、验收标准和批准的操作规程。发酵、收获、澄清、纯化、过滤、配方配制和暂存步骤，必须作为相互连接的工艺组成部分进行评估。
因此，中试工厂不仅仅是一组小型生产设备，而是用于确定制造流程是否可重复且可放大的受控工艺环境。
中试工厂设备应如何设计
采用具有代表性且可放大的设备
中试设备应再现目标制造工艺相关的物理和生物条件。这包括混合、气体传递、传热、剪切、停留时间、流动特性和过滤能力等因素。
放大应基于明确的工程和工艺标准，而不仅仅依据容器体积。在无法完全复制全规模设备的情况下，经过科学论证的缩小模型可以帮助评估工艺行为和验证风险。
集成精密传感器和自动化系统
设备应在工艺参数产生影响的位置配置传感器，以测量真正重要的参数。仪表应支持连续监测或适当频率的监测、报警管理、趋势分析和安全的数据采集。
自动化监测软件应保留工艺条件的可审计记录。系统还应以支持数据完整性的方式管理用户访问、电子记录、报警、偏差以及配方或设定值变更。
支持在线清洗和在线灭菌
在工艺要求卫生或无菌操作的情况下，设备应支持在线清洗（CIP）和在线灭菌（SIP）。产品接触表面应能够接触清洗剂和灭菌剂，而不依赖大量手动拆卸。
设计应尽量减少死腿、滞留区、难以排空的部分、不必要的缝隙以及不兼容材料。CIP和SIP循环必须根据实际设备配置进行定义、监测和验证。
维持卫生的流体输送
管道、阀门、泵、容器、连接器和输送管线应支持受控且卫生的流体输送。系统应在转移、取样、暂存和切换过程中尽量降低污染和交叉污染风险。
可排空性、适当的坡度、兼容材料、有效密封以及适宜的压力和流量控制都十分重要，因为流体输送设计会直接影响清洁能力和工艺一致性。
针对受控暂存和转移进行设计
中试工厂应明确中间产物在各单元操作之间的储存、转移、取样和暂存方式。暂存容器和管线必须维持所需的温度、混合状态、时间限制和微生物控制条件。
不受控的暂存时间或缺乏充分表征的转移，即使上下游各项操作均受到良好控制，也可能引入变异。
支持确认和持续验证
设备设计应支持安装确认（IQ）、运行确认（OQ）和性能确认（PQ）。这些活动用于证明设备安装正确、运行处于规定限度内，并能在具有代表性的工艺条件下持续稳定地运行。
验证并不会在确认文件获批时结束。仍需进行校准、预防性维护、变更控制、偏差管理和持续工艺监测，以确认已验证状态得到维持。
程序和数据如何完善设计
标准操作规程必须可执行
标准操作规程应描述设备设置、操作、清洁、灭菌、取样、停机、维护和偏差处理。规程应与实际设备配置相匹配，并明确每个关键步骤所需采取的措施和验收标准。
设计良好的系统可以减少对操作人员记忆的依赖，但不能免除对经过培训的人员和严格执行规程的要求。
记录必须完整且可追溯
验证依赖可信的证据。中试工厂应记录批记录、传感器读数、报警、清洁循环、灭菌参数、维护活动、偏差以及物料或部件的可追溯性信息。
记录应显示发生了什么、何时发生、由谁执行或批准，以及结果是否符合适用要求。
必须以科学方式评估变更
对设备、软件、材料、参数、供应商或规程的任何变更，都应通过正式的变更控制进行评估。评估应确定该变更是否可能影响关键质量属性或经过验证的工艺参数。
变更在实施前可能需要额外的确认、工艺性能研究、清洁验证、灭菌验证或产品可比性研究。
理解其中的权衡
更多仪表可提高控制能力，也会增加复杂性
增加传感器和自动化系统可以改善工艺理解、重复性和偏差检测能力。同时，也会增加确认、校准、软件验证、维护、网络安全和数据管理方面的要求。
因此，仪表应根据工艺风险和测量需求进行选择，而不应为了增加仪表而盲目增加。
灵活的设备可能增加验证负担
多用途中试系统对于开发和放大非常有价值，因为它们能够支持多种产品或工艺配置。然而，灵活的管路、可互换部件和可配置软件会产生更多需要确认的运行状态，也会增加清洁或设置错误的机会。
设计应在灵活性与配置控制之间取得平衡，并明确规定经过验证的运行模式。
中试规模并不会消除制造风险
中试设备能够揭示工艺行为并支持验证规划，但中试结果不会自动证明全规模运行的性能。混合、氧传递、热量移除、流量分布或暂存时间方面的差异，可能会在放大过程中出现。
因此，应利用中试工厂识别对规模敏感的参数，并建立开发、中试和商业化运行之间有充分依据的联系。
验证并不意味着零变异
没有任何生物工艺能够完全不发生变化。监管期望的是在合理范围内对变异进行控制和理解，并通过监测和纠正措施提供支持。
目标是建立一个能够持续生产合格产品的工艺，而不是假设每个批次的表现都完全相同。
根据目标做出正确选择
中试工厂应围绕其最终制造工艺必须产生的证据进行设计。
- 如果您的首要关注是监管准备：围绕文件化确认、经过验证的CIP/SIP循环、经过校准的传感器、安全记录、变更控制和可执行的SOP来构建设备和软件。
- 如果您的首要关注是工艺放大：选择具有代表性的单元操作，并测量混合、气体传递、传热、流量、停留时间和暂存条件等对规模敏感的变量。
- 如果您的首要关注是产品安全性和一致性：优先考虑卫生流体路径、污染控制、精确监测、明确的验收标准以及可重复的清洁和灭菌。
- 如果您的首要关注是开发灵活性：仅在能够有效管理其额外验证和配置控制负担的情况下，使用可配置设备。
可靠的生物制造源于对完整产品—工艺系统进行验证，并通过设备设计使关键条件具备可测量、可控制、可清洁和可重复的特性。
汇总表：
| 验证要求 | 必要的设备设计特征 | 生成的证据 |
|---|---|---|
| 产品质量一致性 | 精确传感器、自动化系统以及受控的工艺参数 | 可重复的关键质量属性和批次结果 |
| 卫生处理 | CIP/SIP能力、可排空管道、卫生级材料以及最少的死腿 | 清洁和灭菌验证 |
| 可重复的单元操作 | 具有代表性的混合、气体传递、传热、过滤和暂存条件 | 放大和工艺性能数据 |
| 数据完整性 | 安全记录、审计追踪、报警、访问控制和可追溯性 | 完整的验证文件 |
| 确认和生命周期控制 | 支持IQ/OQ/PQ、校准、维护和变更控制 | 已验证状态得到维持的证据 |
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