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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-06-11 08:21
我國(guó)的干細(xì)胞藥物研發(fā)已迎來(lái)黃金時(shí)代，截至2024年5月初，我國(guó)已有59家企業(yè)，共計(jì)114款干細(xì)胞藥物臨床試驗(yàn)申請(qǐng)獲得受理，其中50家企業(yè)，共計(jì)91款產(chǎn)品獲得臨床試驗(yàn)?zāi)驹S可。
干細(xì)胞產(chǎn)品，由于其“活”的藥品屬性，其CMC開發(fā)難點(diǎn)較多，也是其成藥最核心的挑戰(zhàn)。基于此，在ICH-Q8中最先提出質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（Quality by Design，QbD）這一理念，這一系統(tǒng)的研發(fā)方法，在基于可靠的科學(xué)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理基礎(chǔ)之上，從預(yù)先確定的產(chǎn)品目標(biāo)出發(fā)，強(qiáng)調(diào)對(duì)產(chǎn)品和工藝的理解以及工藝控制。ICH-Q8強(qiáng)調(diào)，藥品質(zhì)量是通過設(shè)計(jì)所賦予的。區(qū)別于事后控制的質(zhì)量源于檢驗(yàn)（Quality by Testing，QbT），和事中控制的質(zhì)量源于生產(chǎn)（Quality by production，QbP）。
QbD可分為以下6個(gè)關(guān)鍵步驟。
1、預(yù)先設(shè)定目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量概況（Quality Target Product Profile，QTPP）；
2、基于風(fēng)險(xiǎn)分析，確立產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性（Critical Quality Attributes，CQAs）；
3、通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（Risk Assessment）和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of Experiment，DoE），確定關(guān)鍵工藝參數(shù)（CPP）、關(guān)鍵物料屬性（CMA）和CQA的關(guān)系；
4、在多種影響因素下，建立能滿足產(chǎn)品性能和工藝穩(wěn)健的設(shè)計(jì)空間（Design Space），量化參數(shù)的可變性對(duì)CQA的影響。
5、根據(jù)設(shè)計(jì)空間，建立質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理（Quality Risk Management，QRM），確立控制策略（Control Strategy，CS）和形成工藝控制空間。
6、生產(chǎn)后，實(shí)施檢測(cè)和控制，持續(xù)改進(jìn)工藝，保證工藝的穩(wěn)健性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
本文將按照QbD的這六個(gè)關(guān)鍵步驟順序，介紹QbD在干細(xì)胞產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用及相關(guān)案例。
Step 1：確定MSC的QTPP
QTPP是藥品開發(fā)的基礎(chǔ)，是滿足藥物制劑安全性、有效性的質(zhì)量特征，缺乏明確定義的QTPP會(huì)造成生產(chǎn)資源的極大浪費(fèi)。藥品的QTPP主要包括：
1、預(yù)期的臨床用途，給藥途徑、劑型設(shè)計(jì)、給藥系統(tǒng)與處方組成；
2、藥物的劑量與規(guī)格
3、藥品的有效期
4、藥品包裝容器密閉系統(tǒng)
5、藥物釋放和藥代動(dòng)力學(xué)的屬性
6、藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
下述表格以MSC產(chǎn)品舉例，羅列出了在MSC產(chǎn)品開發(fā)中的QTPP：
表1、MSC產(chǎn)品的QTPP
Step 2：識(shí)別MSC產(chǎn)品的CQA
ICH-Q8是這樣定義產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性的：物理、化學(xué)、生物或者微生物性能或特征在適當(dāng)?shù)南薅?、范圍或分布，以確保得到期望的產(chǎn)品質(zhì)量。MSC產(chǎn)品的CQA，即能夠保證MSC的安全性和有效性的質(zhì)量屬性。在確定CQA時(shí)，通常使用風(fēng)險(xiǎn)排序法（PRM）：通過評(píng)估質(zhì)量屬性對(duì)安全性和有效性的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)確定CQA。評(píng)估包含兩個(gè)維度：嚴(yán)重度和不確定性。其中，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)可使用嚴(yán)重度和不確定性相乘的數(shù)值。
嚴(yán)重度評(píng)分可分為三檔：1）嚴(yán)重度較低，定義數(shù)值為1，這類屬性的可變性對(duì)產(chǎn)品的安全性或有效性的影響很小或忽略不計(jì)，對(duì)患者的不良影響輕微且短暫。2）嚴(yán)重度中等，定義數(shù)值為3，即產(chǎn)品在臨床歷史中，屬性的變異性可能降低安全性或有效性?？赡軐?dǎo)致可控制的不良反應(yīng)，但不大可能對(duì)患者產(chǎn)生重大影響。3）嚴(yán)重度高，數(shù)值為10，這類屬性的變異性可能對(duì)患者產(chǎn)生潛在的嚴(yán)重影響。對(duì)安全性、有效性存在潛在的重大變化，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)。
對(duì)不確定性的評(píng)分也分為三檔：1）不確定性低，數(shù)值定義為1，這類質(zhì)量屬性在大量的文獻(xiàn)中已有報(bào)道，基于廣泛的臨床前研究、臨床研究經(jīng)驗(yàn)。2）不確定性中等，數(shù)值定義為2，即同類產(chǎn)品有部分文獻(xiàn)報(bào)道，有一些可用的體內(nèi)、體外或臨床的數(shù)據(jù)，在臨床方面只有有限的使用該產(chǎn)品的臨床經(jīng)驗(yàn)。3）不確定性高，數(shù)值定義為3，針對(duì)這類產(chǎn)品，先驗(yàn)知識(shí)很有限，在臨床前和臨床研究中均沒有此產(chǎn)品可用的數(shù)據(jù)。
計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)時(shí)，可將“嚴(yán)重度”和“不確定性”相乘，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)得分范圍為：1-2分為非CQA；3-9分為pCQA；10-30分為CQA。
針對(duì)MSC產(chǎn)品，下表展示了部分通過RPM識(shí)別出的CQA項(xiàng)。
表2、MSC產(chǎn)品的CQA及判定依據(jù)
Step 3：識(shí)別MSC產(chǎn)品的關(guān)鍵物料屬性CMA
在工藝流程中，當(dāng)前一工序的輸出物料成為下一工序的輸入物料時(shí)，輸出物料的CQA可能變成輸入物料的CMA，因此在工藝流程中的關(guān)鍵物料，除了原始物料和輔料外，還包括中間體。識(shí)別MSC產(chǎn)品的CMA時(shí)，首先需確定全部物料屬性，從對(duì)產(chǎn)品的安全性和有效性兩方面評(píng)估其對(duì)產(chǎn)品CQA的影響；同時(shí)評(píng)估供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，包括供應(yīng)商質(zhì)控、產(chǎn)品供應(yīng)的連續(xù)性和物料變更可能。
針對(duì)MSC產(chǎn)品的開發(fā)過程中，關(guān)鍵的物料屬性如下：
表3、MSC產(chǎn)品的CMA及判定依據(jù)
藥典中還劃定了四類物料的風(fēng)險(xiǎn)。
1）第1級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)、高品質(zhì)的材料，是獲得許可的生物制品、批準(zhǔn)的藥物、批準(zhǔn)或承認(rèn)的醫(yī)療設(shè)備，或者旨在用作植入的生物材料。通常為無(wú)菌包裝系統(tǒng)或無(wú)菌劑型包裝的，如人血清白蛋白、生理鹽水等。
2）第2級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)、表征良好的材料，預(yù)期用途是用于藥物、生物制品或醫(yī)療器械生產(chǎn)，高闊細(xì)胞、基因和組織工程產(chǎn)品的物料，是在GMP條件下生產(chǎn)的，如GMP級(jí)別的培養(yǎng)基、凍存液、細(xì)胞因子等。
3）第3級(jí)為中等風(fēng)險(xiǎn)材料，通常這些材料是為科學(xué)研究或體外診斷用途而生產(chǎn)的，而非用于生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)品。這類材料可能需要升級(jí)物料的生產(chǎn)工藝以允許可使用該物料生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)品，例如升級(jí)的科研級(jí)細(xì)胞因子生產(chǎn)工藝。
4）第4級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)材料，這些材料不是用于細(xì)胞產(chǎn)品的生產(chǎn)，也非cGMP生產(chǎn)的。包含具有已知生物學(xué)作用機(jī)制的劇毒物質(zhì)，或未經(jīng)外源病毒去除或滅活的復(fù)雜動(dòng)物源材料，例如胎牛血清、胰蛋白酶等。
Step 4：對(duì)MSC工藝中CPP的識(shí)別
ICH-Q8中定義了關(guān)鍵工藝參數(shù)，即其波動(dòng)會(huì)影響到產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性，而應(yīng)該被監(jiān)測(cè)或控制的工藝參數(shù)，以確保能夠生產(chǎn)出預(yù)期質(zhì)量的產(chǎn)品。
以臍帶源間充質(zhì)干細(xì)胞的生產(chǎn)工藝為例，不同階段的CPP有很多。例如：在臍帶采集時(shí)，作為原材料臍帶的運(yùn)輸溫度和運(yùn)輸時(shí)間；原代分離階段的組織塊大小、接種密度、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基種類；細(xì)胞擴(kuò)增階段的培養(yǎng)基種類、接種密度、培養(yǎng)溫度、溶氧、pH值、葡萄糖濃度、培養(yǎng)時(shí)間、細(xì)胞匯合度等；細(xì)胞建庫(kù)階段的消化時(shí)間、離心轉(zhuǎn)速、離心時(shí)間、東村密度、凍存液組分、程序降溫和存儲(chǔ)溫度等；原液生產(chǎn)階段的解凍時(shí)間、復(fù)滲時(shí)間、洗滌次數(shù)、離心力、離心時(shí)間、溶媒組分、細(xì)胞密度等；制劑灌裝階段的灌裝速度、灌裝體積、細(xì)胞濃度、保存溫度和保存時(shí)間。
圖4、MSC生產(chǎn)工藝[1]
針對(duì)MSC產(chǎn)品的的CPP判定依據(jù)如下表：
圖5、MSC產(chǎn)品的CPP及判定依據(jù)
Step 5：使用DoE設(shè)計(jì)，建立設(shè)計(jì)空間
設(shè)計(jì)空間的定義為：已被證明能保證產(chǎn)品質(zhì)量的輸入變量（如物料屬性CMA）和關(guān)鍵工藝參數(shù)CPP的多為組合交互作用的范圍，在設(shè)計(jì)空間內(nèi)的更改不需要上報(bào)，因?yàn)槠洳粚儆谧兏?/span>
例如在一篇通過DoE設(shè)計(jì)優(yōu)化間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)基組分的專利中[]提到，可以使用minitab軟件，按照選擇變量因子→設(shè)計(jì)不同水平，確定影響因子水平→列出全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)表→按照DoE給出方案進(jìn)行MSC培養(yǎng)基優(yōu)化實(shí)驗(yàn)→主效應(yīng)及交互作用分析→實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
在這篇專利中，發(fā)明人將間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)基種類（培養(yǎng)基中有或無(wú)血清），QDS（一種啟動(dòng)水）體積含量，QDY（一種啟動(dòng)水）體積含量作為三個(gè)關(guān)鍵因子，設(shè)置不同水平進(jìn)行交互分析。
圖5、主效應(yīng)分析圖，表明無(wú)血清培養(yǎng)基效果高于有血清，啟動(dòng)水QDS和QDY的含量分別為5%時(shí)，培養(yǎng)效果最佳。
圖6、交互作用分析圖，確定MSC培養(yǎng)基的最佳優(yōu)化條件為：無(wú)血清培養(yǎng)基，5%體積啟動(dòng)水QDS， 5%體積啟動(dòng)水QDY。
Step 6：持續(xù)工藝改進(jìn)
間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品其持續(xù)的工藝改進(jìn)至關(guān)重要。研究人員不斷探索和升級(jí)培養(yǎng)基配方、優(yōu)化細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境或者擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，從而提高細(xì)胞分離、擴(kuò)增甚至相關(guān)的生物學(xué)性能。有些平臺(tái)也基于基因改造等升級(jí)了二代間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品，或是采用3D培養(yǎng)條件擴(kuò)大了產(chǎn)能。隨著技術(shù)革新與持續(xù)的工藝改進(jìn)，工藝性能和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的結(jié)果等都會(huì)造成工藝變更。為了正確評(píng)估并實(shí)施相關(guān)工藝變更，應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)有效的變更管理系統(tǒng)。下表中列舉了關(guān)于MSC產(chǎn)品中的一些變更案例。
圖7、MSC產(chǎn)品變更類型及判定依據(jù)
實(shí)施QbD理念并應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)中，將有助于提高產(chǎn)品開發(fā)效率和創(chuàng)新性。通過系統(tǒng)分析潛在影響因素和優(yōu)化工藝參數(shù)，藥品開發(fā)人員將更快地篩選出最佳工藝方案，從安全性和有效性這兩大方面，保證產(chǎn)品質(zhì)量，加速間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品從研發(fā)到上市的進(jìn)程。
1、Optimization of Mesenchymal Stromal Cell (MSC) Manufacturing Processes for a Better Therapeutic Outcome，F(xiàn)ront. Immunol., 09 June 2022.
2、專利授權(quán)號(hào)CN 114317423 B.
3、ICH Q8.
來(lái)源：藥事縱橫
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