PDATR11中伽马射线灭菌法分解

1988 补充42卷3S号

技术报告第11号

肠道外用药的伽马射线杀菌

《肠道外用药科学与技术》

肠道外用药（也可以译为注射用药）协会出版物

肠道外用药的伽马射线杀菌

微生物小组委员会

射线杀菌任务小组

简介

《美国药典》中经验证的有五种不同的灭菌方法：蒸汽灭菌法、干热灭菌法、环氧乙烷灭菌法、过滤灭菌法和电离辐射灭菌法(1)。灭菌方法的选择基于产品的特性和生产过程。选择一种合适的灭菌方法需要有熟知各种灭菌的过程和原理、灭菌设备的要求，同时也要考虑到产品的理化性质、功能兼容性（functional compatiblity）以及灭菌程序中的包装。灭菌必须达到预设的灭菌级数并保证产品全部的质量属性（quality attibutes）

这篇论文对采用同位素钴60和同位素铯70作为电离辐射源的伽马辐射灭菌法的发展和验证做了总结和说明。对健康保健产品的委托灭菌（contract radiation facilities）的发展和验证做了特别关注。在一个具备辐射灭菌能力的厂家里，灭菌承包方和生产厂家委托方各自的责任结合在了单一的组织里。这篇论文假设雇佣第三方灭菌的情况，以便详细说明各方的责任。

伽马射线的微生物灭活能力得到充分证明(2-4)。与其他灭菌方法一样，考察伽马照射作为一种灭菌方法的主要因素是产品兼容性（compatiblity）和稳定性，以及灭菌程序中的容器或材料。肠道外用药的辐射兼容性（radiation compatibility）要求在接受灭菌时产品结构和/或产品完整性在物理、化学、微生物学、治疗学和毒理学上保持可接受限度。确保产品在货架保质期（货架保质期由产品暴露于辐射程序后累积测算的数据得知）范围内的稳定性。文献呈现出不同材料对伽马射线的兼容性（compatiblity）相关信息，可作为指南使用。

关于放射线灭菌法承包机构的考察

室内辐射设施的投资成本高昂的结果导致承包机构对产品和材料反复进行辐射，而这些承包商本应在安全、环保和过程控制上进行必要控制。选择合适的灭菌承包商与选择药品加工承包商的程序一样。如肠道外用药或健康保健品计划进行委托灭菌，那么在最初的生产规范审计中，应该确认灭菌承包方是否在FDA 注册。确认其是否经过FDA的检查并查看最新的检查报告十分重要。潜在客户的一致性审查需确定承包商是否满足联邦、州和地方监管部门对伽马射线源的构建、维护及处理的相关规定。

辐射灭菌承包机构需满足以下三点要求：a）具备在规定时间内以特定剂量对原料进行处理的稳定性。b）有足够的产能。c）按照动态药品生产管理规范进行操作。

选择辐射灭菌承包机构早期必须考察其对产品处理中不出现不可接受的最大吸收剂量到最小吸收剂量的操作可重复性。如果更低的吸收剂量能确保预计的

灭菌级数，那么较高的最小吸收剂量常常要受到产品兼容性和产品在处理过程中的包装的限制。Ps：这一段的意思可能是在说，考察在射线辐射强度的范围内（从不可接受的最大值到最小吸收剂量）内承包商对产品的处理应具有操作可重复性。当最小辐射强度近一步降低（假设从较高的强度a降低到较低的强度b），经照射后，仍能达到预设的灭菌级数，那么较高的那一级强度（强度a）需要受到产品兼容性和包装的限定——工艺变更后的重新考察。

设备确认

设备确认由放射灭菌承包商执行，并承担对于药品生产商的责任。承包商需做一个空载/满载（将使用运输包装包装的产品放置在灭菌室中）的初始评价，评估设备所有的工艺参数包括：靶剂量、辐射源强度和配置、定时装置、载速、载量、载体布置和这些变量对靶剂量的影响。载体研究必须表明承包时是否符合给定产品和叠加配置的灭菌要求。

前期研究

产品吸收量是一个关于产品单位体积密度、产品摆放方向、周围摆放材料和辐射源摄入方向的函数。这些参数将影响到单位时间的吸收剂量、产品吸收区域的最小和最大值、和产品吸收比率的最大和最小值。因此，首先应实施一系列实验，对药品剂量、产品优化配置和载体配置之间进行作图研究，找出最优工艺参数，并运用到以后的常规灭菌中。一旦针对产品的辐射灭菌参数确定，将被写入商业合同。

物料处理

与生产和处理药物的厂家一样，辐射灭菌机构也应遵守现行药品生产质量管理规范（cGPM’s）（7），尤其要具备保证批次产品在一般储存和处理过程中的完整性。未经处理的产品要与经过辐射的产品隔离开。每一批需进行辐射灭菌的产品都要建立处理记录和产品质量问责制。这些要求都要与辐射灭菌承包商签订合同，写入处理记录中。

文件材料

辐射灭菌承包商应具有计时器、放射量测定器测厚仪（dosimeter thickness gauges）、放射量测定器以及其他一切在处理过程中控制或操作的设备仪器的校准记录。维修记录、培训记录和放射量测定器供应商记录也应具有。另外，公司应使用经验证的SOP’s。辐射灭菌承包商必须记录辐射源或传输设备的变更或增加，并有责任预先向客户说明来源变更或修改将有可能对辐射剂量的影响。

放射量考察

肠道外用药厂商必须对辐射灭菌承包商的辐射系统进行例行评估。放射剂量测量系统的维护和校准必须填写过程记录，并必须符合可行性标准如美国国家标

准。放射剂量测定系统的校准应包括对将进行辐射灭菌产品的辐射剂量范围校准。另外，放射剂量测定器的型号和大小必须满足产品需要，监测并研究剂量和灭菌工艺的映射关系（to be monitored in dose mapping and routine sterilization）。

二级放射剂量测定器常用于辐射灭菌承包商或客户的目标监测。初级放射量测定器用于实验室校准二级放射剂量测定器的剂量响应。辐射灭菌承包商须对每一批放射剂量测定器制作校准曲线或吸收剂量修正曲线，并确认最后一次校正记录。

单一批次或多批次的放射量测定器可能出现变异性，辐射灭菌承包商应了解批次中或批次间的变化。卖家需规定使用不同批次放射量测定器时产品灭菌或处理方式。这在需要使用放射量释放的时候尤为重要。这有利于评估其他放射量测定器，决定能否选择一个变更较少的系统。二级放射量测定器的变异性必须在放射剂量摸索实验或研究（dose setting experiment）之前得到确认。选择的放射量系统必须符合其具体操作性能和技术应用标准。

使用测厚仪和风光光度计对放射量读数服从不确定度（measurement uncertainty）。灭菌前和灭菌后处理、放射量测定器堆积、停止运行在读数之前（elapsed time prior to reading）和其他因素可能影响剂量测量。放射灭菌承包商和肠道外用药厂商可以选择进行独立的研究，更好地理解和定义所选放射量系统的限度和变异性。

产品/容器辐射兼容性

伽马射线对产品质量完整性、容器和包装的影响必须进行评估，建立可接受限度。表一列出了可能出现的普遍效应。

产品、容器/闭包系统和包装材质的变化或相互间的反应应在（或高于）最大预期辐射剂量下进行评估。对于任何一个灭菌过程，对产品和容器质量即时效应和长期效应、稳定性、安全性和功效必须验证（9-11）。一旦得到对不同材质的辐射功能兼容性的普遍效应，即可进行不同原材料或制成品（prototype or finished packaged product）的开放性实验。同一物质的兼容性可能因配方（formulation）、是否存在氧化剂、塑化剂，电子清除剂（electron scavenger agent），材料加热历史以及在操作过程中可能遇到的材料应力状态（material stress condition）而发生变化。

稳定性考察

实质上肠道外用药的辐射灭菌除了可得到的技术信息，还有很多关于伽马射线对塑料材质和医疗设备需要进一步探索。肠道外制剂辐射灭菌方法变更须进行新的药物申请（NDA或ANDA）并通过FDA的批准（12）。辐射灭菌的材料包括注射剂、滴眼液、外科缝合线和外科绷带在洲际运输之前都需要进行新的药物或设备评估并需得到FDA NDA或510k的批准。

与其他灭菌方法一样，辐射灭菌法必须保证灭菌后的产品安全和效价，载体和/或赋形剂的完整性，容器和预期货架期内包装材料的兼容性。现在还没有一个确切的技术能获得辐射物质的稳定性数据。采用不同的技术加速材料的颜色变化和/或改变其物理性质，用以评估辐射物质的稳定性。这些技术包括：（a）加倍辐射暴露，（b）高剂量辐射照射。（c）环境条件（环境条件（Ambient Conditions）- 温度、湿度、阳光等存在于粘接区域的环境条件，通常指的是室温、大气压、日光等。），（d）高温，和（e）商品在运输和储存中的最差环境。运用一系列辐射剂量有利于评估辐射对特定产品效果的程序的开发。虽然一个产品灭菌批次的所有单元给予最小剂量辐射，其他单元也可给予更高的剂量（这常称为最大-最小剂量比率）。因此，如果产品给予了不低于最大预期剂量的辐射，除了常规辐射的稳定性研究外，还有必要进行进一步稳定性研究。

辐射剂量设定程序

在卫生保健行业普遍认为AAMI（医药设备提升协会）辐射灭菌和辐射剂量设定程序代表最广泛运用的方法学。这里描述的方法不是意图磨灭AAMI指导方针的重要性而仅仅是作为一种对于肠道外制剂可供选择的辐射剂量设定方法。

下面描述了三种程序设定的方法。方法a和方法b与其他灭菌法类似，方法c是AAMI指导方针中微生物污染水平还原法（Bioburden Reduction method）。选择何种方法取决于使用者，此处不对上述方法的优劣势加以评判。

a．生物指示剂（B.I.）—D值较低的微生物污染水平（low bioburden Dvalue）过度杀灭法。PS：D值(Decimal reduction time)：就是在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌数群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时间。D值越大，细菌的死亡速率越慢，即该菌的耐热性越强。因此D值大小和细菌耐热性的强度成正比。D值不受原始菌数影响。D值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异——互动百科。

短小芽孢杆菌常用于辐射灭菌生物指示剂方法中（15）。纸培养基上的短小芽孢杆菌孢子一般D10值为0.15至0.22兆拉德（a D10 value between 0.15 and

0.22 megerad）ps：D10值是指杀灭90%微生物所需的辐射剂量—百度百科。the

B.I （Overkill） Method requires that a demonstrated six logarithmic inactivation of B.pumilus on or in the product be attain with a minimal dose to assure a 12D or a 12 logarithm reduction.由此过度杀灭法中运用的最小剂量范围为约1.8至2.6兆拉德。根据最小剂量需求，此方法可能导致十分高的辐射吸收。因此，适用于对辐射不敏感的产品和材质。

据查1Gy=100rad（拉德）

过度灭杀最低限度1.8Mrad＝18kGy

实际我公司辐照强度为阿莫西林2kGy（1圈），氨苄西林4kGy（2圈），并非过度灭杀法灭菌。

这种方法没有进行常规微生物污染水平检测（routine bioburden monitoring），所以肠道外制剂公司必须定期评估产品微生物污染水平，保证微生物污染水平D值没有超过B.I指示剂（如短小芽孢杆菌）指定范围。微生物污染水平的数据使得过度杀灭法的灭菌安全系数（sterilization safety margin）评估保持更新。产品、包材和/或生产过程中有任何变更都必须进行新的微生物污染水平研究。

如选用这种方法，还需采用以产品微生物污染水平为基础的替代方法，进一步完善过度杀灭法的灭菌安全系数。

b．联合生物指示剂法（B.I）和微生物污染水平法（bioburden method）采用这种方法建立灭菌剂量必须知道产品微生物污染水平。另外，还需要检测多桶产品以确定其平均微生物污染水平和变异系数。变异系数（由检测数据的平均值的三个标准偏差计算所得）用于估计最大微生物污染水平。最大微生物污染水平等于平均值加上三个标准偏差。结果是微生物污染水平估计值大于实际平均水平。运用微生物污染水平估计值的对数计算灭菌剂量。The logarithm of the maximum bioburden estimate plus a six logarithm sterility assurance factor is multiplied by the D value to determine the estimated process dose.得出灭活最大微生物污染水平的剂量后即可进行微生物挑战试验，当已知短小芽孢杆菌的浓度和辐射抗性时，我们就能得出10-6染菌度概率（probability of nonsterility）或106杀菌保证水平（sterilization assurance level）。

当采用微生物挑战试验确认灭菌程序，作为AAMI剂量设定方法的替代或补充，生物指示剂法应适用于低剂量范围。如果实际接种过的产品（actual inoculated product）不能使用，那么使用具有类似性质的材料。如在辐射确认研究中使用短小芽孢杆菌，微生物污染水平表明耐辐射性接近或已超过短小芽孢杆菌在接种或繁殖后的耐受范围。因而，短小芽孢杆菌并不能耐受普遍辐射波长谱中较高的异常值，而全部产品的生物负载试验可能会覆盖到这些较高的“异常值”。由于这些原因，公司更偏向于使用或开发微生物替代短小芽孢杆菌作为辐射程序中的生物指示剂。

如在辐射灭菌方法建立或验证中不采用AAMI的方法，那么产品必须同时接种微生物指示剂和孢子指示带。必须研究微生物灭活速率对接种不同基质的变化。最好是建立一个系统方法作为评定是否已预定的可接受范围的标准。附加系统中的信息也可以作为补充信息。

（c）微生物污染水平还原法——AAMI方法

AAMI在附录B《伽马射线灭菌设备过程控制指南》中描述了增剂量设定方法。AAMI的方法被开发用于医疗设备，但直接应用于肠道外给药制剂仍不太适用。AAMI剂量设定发那个发基于灭菌材料的天然的生物负载性质。下面罗列了AAMI 方法原则的简明纲要和肠道外制剂的适用性范围。如需选择这些方法其中之一用于剂量设定时，必须对现行AAMI指南全部知识的了如指掌，而不仅仅是如下几点。

方法B1:B1在增量法中应用最为普遍。从制造商处得知设备属性后便可对假定的生物负载抗性进行建模，再通过一系列剂量试验对假设进行确证。药物组成

部分如包材、容器等，若与医疗设备成分相近，则会干扰负载抗性模型的特征。使用者也可通过生物负载定性试验确定其他类型材料的抗性并与AAMI数据相比较。

方法B2:这个方法包括一组用于建立灭菌剂量的增量法试验，需要对物料生物负载和其抗性的全部信息有一个透彻的了解。本方法更适用于肠道外用药制剂的灭菌。读者可参考AAMI指南获得应用此方法需要掌握的方法和细节问题。

方法B3和B4:这两种方法属于减量法，不常用。严重依赖于产品生物负载的监控和抗性测定，常替代常规剂量确定研究。尽管需要更多实验设施和专业技术，这些方法十分适用于肠道外制剂产品（17）。

验证 validation

辐射灭菌过程的成功取决于持续的产品处理和过程控制。因而，必须证明伽马辐射的设备能完全满足程序要求并且持续生产的产品能满足既定标准和要求（specifications）。产品吸收剂量取决于很多因素：（a）辐射源的活性和向量（geometry），（b）辐射源与产品之间的距离，（c）辐射时间（d）产品成分和密度，（e）产品向量（geometry）。（此处的向量geometry是不是讲的产品摆放的空间位置？）

系统和设备的验证分为三个部分：安装、安装后的工作性能验证、日常产品生产的工作性能可靠性验证。如委托第三方灭菌，则前两部分可由受托方承担。因此，灭菌公司必须提供正式的文件证明灭菌设备已经过充分授权。

肠道外制剂制造厂需在对特定产品（a specific product）验证中或验证前期引导灭菌程序开发研究，无论是应用AAMI剂量设定方法，还是前文介绍过的非-AAMI方法。客户可能需要详尽的产品/载体剂量图表研究，从图表中能显示从肠道外制剂制造厂与合同方剂量计得到的剂量读数具有相关性。

验证行为是制造厂与合同方做出共同努力。推荐客户保留完整的过程吸收剂量与产品相关的图表。对肠道外制剂的特殊要求有：（a）放射量测定器的型号，（b）剂量关系图研究中的装载配置和密度，（c）产品/载体剂量图，（d）产品在载体中的移动。

（a）放射量测定器。本文对放射量测定器型号不做说明，读者可参考现行AAMI 文件（18）。使用放射量测定器有一些重要的既定规范，使用者必须被告知任何辐射前的特殊操作和读取测定器读数前的存储条件。放射量测定器的稳定性等。吸收剂量的测量方法必须在放射前须知中写明。操作、存储和读取剂量器读数后，还需计算放射量测定器的变异系数百分比。如委托

灭菌公司，委托人需对放射量测定器进行抽检，保证其按照参考标准进行

校准，并能从抽检的放射量测定器的吸收剂量读数中获得变异系数百分

比。

（b）装载配置和密度。装载配置必须在剂量研究之前建立。直接容器和外容器（immediate and outer container是不是说的直接接触药品的包材和外包装啊？）的性质、在载体中摆放情况、周围产品都对照射量有影响。辐

射投射到不同物体上的剂量并不均衡。受伽马射线相对较小的材料摆放在最有利的位置。密集和射线敏感性产品常需要松散包装以保证完全的渗透穿射。

载体或产品包装盒中的产品或材料不均匀分布对对小剂量和最大剂

量的读数都有影响，其比值同样受到影响。这样导致的结果是得到的

数据无法与既定特征范围相温和。采用足够多的测量器，确保对所有

产品执行的剂量范围保持在预定剂量范围内。要认识到通过改变载体

中产品的摆放方式增大最大/最小剂量的比例、保证需要灭菌的产品

能接受到预定范围内的辐射量。

（c）剂量图和监控

剂量作图提供了一个确定贯穿产品的辐射剂量和产品灭菌过程中放

射量测定器的日常摆放位子的方法。产品的吸收剂量在装载过程中会

产生变化，因此有必要确定最低和最高剂量范围。剂量图所采集的收

据来至于放置在产品中足够量多的放射量测定器。最小剂量范围被定

期记录以保证所需的灭菌程度。剂量图必须具有重现性。另外，必须

确保最大吸收剂量没有超过原始稳定性考察中的剂量——通过监控

日常最大吸收剂量或建立最大/最小吸收剂量相关性来保证这一点。

作为选择，其他监控设施也可用于过程监控，同样也必须先建立起监

控设施与最大最小剂量之间的关系。

初始研究应包含单个载体的全程剂量图确定产品容积密度。建议监控

产品变化和产品密度。剂量图必须考虑密度较大或较小的产品摆放毗

邻标准品（the subject product）时，结果显示出不同吸收剂量/

分钟，导致最小和最大剂量位置的移动。流水线排列第一的产品吸收

率与不同于被各种材料遮挡的产品。初始剂量图的研究过程中，还要

考虑不同产品密度的影响，产品的量，产品在伽马光源迷宫中的运输

模式。任何影响到产品吸收的操作性或装载参数，都必须同日常生产

参数一样遵守。

目前，还没有一个科学的公约或标准对形形色色的产品载体进行定义

和命名。并且，也无人指出需要使用多少数量的放射量测定器才算合

适。但至少，关于产品载体的垂直象限必须画出。附加的其他象限也

要仔细考虑。通常来说，为便于日常生产操作，灭菌受托方将放射量

测定器放置在载体外侧。委托人要确认载体外和载体内放射量测定器

的读数有没有相关性。如委托人选择进行二级监控系统，那么初始剂

量图研究的数据就能显示出从顾客处获得的数据与受托人处获得的

数据是否相关。

（d）载体内材料的移动

要考察载体移动中产品的巨大吸收剂量。移动中产品的吸收率和吸收

剂量分布都会发生变化。因而，依据时间直接测量吸收剂量是无效的。校准Calibration

特征产品验证之前准备测量设备的标准非常重要。必须证明测量设备在特征参数范围内输出的结果仍在特征限制（specified limits）内（此句是意译）。测量设备在验证工作进行前后都要进行校准。仪器和校准方法通常比接下来要进行的过程控制精密度的多。仪器在使用前必须进行检定授权（qualified）、系统性的维护（schedules and procedures什么意思？）保证其持续的控制性。

验证方案和验证报告

只有建立了正规的验证方案，才能够确保有充分的证据证明一种工艺的可操作性。验证方案通常规定了信息的采集、需要检测的物质以及检测方法。在辐射

灭菌合同中，验证方案对于肠道外用药厂商和辐射灭菌承包商之间的各自职责划分至关重要。所有的验证方案都需要获得指定机构的批准。灭菌承包商需要审核验证方案，并同意履行验证方案中规定需要其履行的相关任务。此外，关于工艺的效度研究也需要与验证方案保持一致。

对工艺的效度数据采集并分析后，需要形成正式的验证报告文本，对工艺进行全面的阐释。验证报告通常也是由批准验证方案的指定机构来进行审核批准的。

再验证/验证的维护

当工艺发生重大改变时，如：伽马射线源修改、产品或产品单元变更、产品组件或包装发生变化、原材料或产品的生物负载等发生变化时，就需要对工艺进行再次验证。为了监控操作过程、原材料以及分析程序等发生的变化，需要建立正式的控制程序。当然，再次验证的范围完全取决于工艺变化的大小。

工艺监控

为了确保此种工艺的有效性，对工艺过程进行阶段性监控是十分必要的。对于伽马射线灭菌工艺来说，最为普遍的定量监测器是放射量测定器。在伽马射线灭菌过程中，放射量测定器不仅可以确保最小吸收剂量全部得到放射灭菌，同样也可以确保放射灭菌不超过最大吸收剂量。换句话说，最大吸收剂量就是通过将最小吸收剂量进行逐渐灭菌增级处理而得到的。因此，在一个灭菌批次中，建议对至少一个单元进行全程监控。

对于那些基于微生物剂量来进行放射灭菌的产品来说，生物负荷检测非常重要。如：AA MI B1或B2检测方法。如果使用非AA MI度杀灭法来建立伽马射线灭菌，那么就需要掌握生物负载的相关知识。同时，采取阶段性监控，以应对生物负载过程中可能会出现的任何变化。

总结

伽马辐射灭菌的过程主要包括：确定合适剂量，剂量级数，放射量测定系统的灵敏度和可变性，测量仪器的标定，设备的认证，对产品及容器稳定性的评估。一旦辐射灭菌工艺确立并经过验证，就需要通过使用放射量测定和灭菌前生物负载检测来对该灭菌工艺进行常规监控。简言之，一个有效的伽马辐射灭菌工艺就

是使产品吸收适量的伽马能量，并力争达到完美的辐射灭菌水平。