Национальный Фармацевтический журнал

Jennifer Bratt, Angela Linderholm, David Green* and Steven M. Chamow Chamow & Associates, Inc., San Mateo, CA, and *Angus Chemical Company, Buffalo Grove, IL.

БУФЕРЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИОПРЕПАРАТОВ

БУФЕРЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ  БИОПРЕПАРАТОВ

ВАЖНОСТЬ ВЫБОРА БУФЕРА ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Развитие биотехнологий ускорило коммерциализацию лекарственных препаратов на основе белков, включая инсулин, факторы роста, факторы крови и антитела. Производство и очистка этих биологических продуктов требует использования различных буферов для контроля рН и стабилизации реакции на различных этапах производства.
Биологические процессы состоят из производства клеточной культуры (“upstream” фазы), очистки (“downstream” фазы), и фазы, на которой вводятся эксципиенты. В upstream процессах буферы используются в основном для поддержания рН на определенном уровне, оптимизируя условия для роста и распространения клеток, ускоряя производство требуемого белкового продукта и поддерживая функциональные характеристики на стадии выделения белковой молекулы перед очисткой.

ВЫБОР БУФЕРОВ НА ОСНОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИОПРЕПАРАТОВ
При выборе правильного буфера необходимо принять во внимание функционал и состав буферного раствора для каждой стадии биотехнологического производства. На каждом этапе стадии очистки могут использоваться несколько составов буферов, в зависимости от сложности процесса, также дополнительно буферы используются при калибровке и очистке оборудования. Буферы вводятся в процесс для поддержания стабильного рН и, после того как оптимальный рН для стабильности и растворимости белков определен, другие компоненты – соли, восстановители и/или стабилизаторы, такие как полиолы или детергенты, которые предотвращают агломерацию белков, добавляются в систему. Norman Good и Seikichi Isawa определили несколько характеристик, описывающих идеальный буфер для биологических систем (1) рКа между 6 и 8, высокая растворимость в воде, минимальное проникновение через биологические мембраны, минимальная концентрация солей и температурная зависимость, минимальное взаимодействие между буфером и компонентами реакции, высокая химическая стабильность, минимальное поглощение света и простота в применении и подготовке. Эти характеристики становятся особенно важными при масштабировании исследований на уровне клинического и коммерческого производства.
Несмотря на то, что трис (гидроксиметил)-аминометан (ТРИС) не был в числе тех буферов, которые описали Good and Isawa, он обладает многими свойствами идеального буфера и является одним их основных буферов в производстве биопрепаратов. ТРИС был впервые произведен в коммерческих масштабах ANGUS Chemical в 1953 году на периодическом производстве и позже, в 1967, стал производиться запатентованным непрерывным методом. ТРИС – функциональный буфер, используемый на стадии очистки молекул биопрепаратов, обеспечивающий химическую стабилизацию водных растворов. Буферный раствор, содержащий ТРИС-основание или ТРИС- HCL (его соль гидрохлорида), в молярном соотношение 1:3, считается стандартным буферным раствором для большого количества биосистем.

КОМПОНЕНТЫ БУФЕРА В КАЧЕСТВЕ ПРОТИВО-ИОНОВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МОЛЕКУЛЫ ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРЕПАРАТА
Компоненты слабой кислоты или слабого основания, из которых состоит буфер, могут выступать в роли противоионов при синтезе солей для молекул лекарств, которые сами по себе действуют как слабые кислоты или слабые основания в водных растворах. Использование слабой кислоты или слабого основания в качестве противоиона в молекулах лекарств называется засоление (saltification). В 2008 году Bansal и др. рассчитали, что приблизительно 50 процентов органических соединений, используемых в медицине в терапевтических целях, являются солями (2). Часто, действуя как слабые кислоты или слабые основания, молекулы лекарств проходят через ионизацию различного уровня после растворения в водных растворах. Засоление лекарственного продукта часто приводит к большей растворимости в воде, более низкой гигроскопичности, улучшенной химической стабильности и лучшей абсорбции (2). Если для этой цели используется слабая кислота или соответствующий основной компонент буфера, то допустимо использование химических веществ наивысшего качества и чистоты, сертифицированных по стандартам Good Manufacturing Practices (GMP).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕЦИФИКАЦИЙ БУФЕРА ЧЕРЕЗ ОЦЕНКУ РИСКОВ
Выбор коммерческого поставщика буферных компонентов требует очень детальной проработки. Прежде чем его выбрать, производитель должен провести подробную оценку качества Quality Control (QC) для определения необходимых показателей качества в зависимости от применения в процессе. После того, как буфер был первоначально одобрен для биотехнологического процесса, стоимость и простота в применении становятся важными оценочными параметрами перед внедрением.
Наиболее стандартные грейды, используемые в биотехнологическом производстве и лабораторных исследованиях, указаны в Таблице 1.
Существуют дополнительные грейды химических продуктов, включающие индустриальные, лабораторные и технические грейды, но они не могут использоваться в GMP производстве для фармацевтического процесса из-за недостаточного контроля примесей. В дальнейших разделах будет рассказано о критериях, которые нужно принять во внимание, выбирая поставщиков буферных компонентов.

ВЫБОР ПОСТАВЩИКА БУФЕРОВ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОЦЕНКИ РИСКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ КВАЛИФИКАЦИИ ПОСТАВЩИКОВ
ICH Harmonized Tripartite Guideline on Quality Risk Management (Q9) указывает на то, что «оценка рисков качества должна основываться на научных знаниях и (должна) альтернативно быть связана с защитой пациента. Уровень усилий, формального подхода и документации процесса Оценки Рисков Качества должен быть соразмерен уровню риска» (6).
Применение буферов на upstream и downstream этапах биотехнологического процесса делают его критическим компонентом, но, в то же время, их достаточно широкая доступность часто становится причиной низкого приоритета при выборе поставщика по сравнению с сырьевыми компонентами, где производитель только один.

СОЗДАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ СОГЛАСОВАНИЯ ПОСТАВЩИКА
При подготовке к процессу выбора поставщика, биофармацевтический производитель прежде всего должен убедиться, что поставляемые буферные компоненты отвечают всем предопределенным параметрам спецификации по результатам оценки контроля качества Quality Control (QC). Эта оценка основана на применении материала в производственном процессе, и каждый потенциальный поставщик должен предоставить образцы для первоначального химического анализа.
The Active Pharmaceutical Ingredients Committee (APIC), являющийся частью European Chemical Industry Council (Cefic), издал документ (7), который включает пять основных критериев для выбора поставщика сырьевых компонентов: гарантия поставок, соответствие, стоимость, техническая экспертиза поставщика и ответная реакция. С развитием и ужесточением экологического законодательства по использованию токсических химических продуктов, мы предлагаем также считать экологическую ответственность и стабильное производство важными критериями при выборе поставщика.

СТОИМОСТЬ
Хотя стоимость критического сырьевого материала является важным условием, преимущество от получения сырья с более низкой стоимостью должно быть тщательно взвешено: снижение производственных затрат никогда не должно происходить за счет первичной цели – качества и безопасности конечного продукта.
Можно использовать моделирование процесса для оценки прямых затрат от буферных компонентов в производственном процессе. В случае смены поставщика сырьевого материала необходимость изменять регулирование увеличит затраты. Однако, затраты можно минимизировать, имея заранее согласованного альтернативного поставщика или поставщика с несколькими независимыми производственными площадками.

ГАРАНТИЯ ПОСТАВОК И СООТВЕТСТВИЕ
Стабильная и надежная цепочка поставок сырьевых материалов максимально важна на всех фазах жизни продукта – от разработок до серийного производства. Любая несогласованность в поставках определенного буферного компонента или модификация в производственном процессе поставщика, потребует от производителя биопрепаратов оценки потенциального влияния на общее качество продукта и, возможно, замены поставщика. Определение наличия у поставщика действующего Business Continuity Plan (BCP) может позволить предотвратить потенциальные сбои в поставке в случае непредвиденных или маловероятных событий. Работа с поставщиком, имеющим не одну производственную площадку, или наличие второго поставщика, одобренного отделом контроля качества, может предотвратить возможные срывы поставок.
Bioprocess International опубликовал исследование (5), которое содержит оценку проблем в поставках, возникших после цунами в Японии в 2011 году. Оно также описывает использование ВСР производителями активных веществ (API) и определяет ключевые темы в ВСР поставщиков. Способность поставщика производить буферные компоненты для использования в GMP процессах также зависит от их соответствия экологическому законодательству и способности быстро адаптироваться к его обновлению.
Одним из основных производителей химических компонентов из-за низкой стоимости производственных и трудовых затрат является Китай, где проходит ускоренный этап развития экологической политики из-за увеличивающегося публичного волнения о степени загрязнения воздуха, почвы и воды в индустриальных регионах. В 2014 и 2015 годах Правительство Китая приняло закон о Защите Окружающей Среды. Для того, чтобы ограничить воздействие химических производств на районы с наибольшей плотностью населения, многие заводы были перенесены в удаленные индустриальные территории, объединив производителей химических продуктов в одном регионе. В апреле 2016 года у студентов школ в провинции Цзянсу – вблизи от вновь открытой Зоны Экономического Развития Цзянсу – начали появляться загадочные высыпания и возникать носовые кровотечения (6). Близкое нахождение потенциальных источников выбросов сделало невозможным определение конкретной причины заражения, поэтому правительство приняло решение временно закрыть целый ряд химических предприятий в окружении до момента определения и изолирования причины. Химические заводы, производящие ТРИС и сырьевые материалы, необходимые для производства ТРИС, оказались в числе тех, кто находился к зоне Цзянсу. Они также были закрыты до окончания формального расследования. Это стало причиной нехватки химического сырья, которое повлияло на несколько этапов в производстве ТРИС и привело к массовому дефициту ТРИС, дистрибьюторы и прямые поставщики – компании, покупающие ТРИС Crystals – временно остались без источника материала.

На данный момент во всем мире всего 3 компании, производящие ТРИС глобально: две расположены в Китае и компания ANGUS Chemical Company, имеющая производства в США и Европе. Многие дистрибьюторы, которые зависели от производств, закрытых в зоне Цзянсу, не имели плана действий в случае непредвиденных обстоятельств и не справились с временной приостановкой производства. В результате дефицит стал причиной каскадного эффекта среди многих поставщиков и дистрибьюторов. Компания ANGUS Chemical Company, имея собственное производство всех промежуточных компонентов, смогла предотвратить остановку поставок ТРИС, таким образом, предупредив глобальные последствия этого сбоя в поставках.
REACH требования могут также сыграть роль в выборе методов производства в пределах Европейского сообщества. Используя ТРИС в качестве примера, можно описать два существующих сейчас основных метода его синтеза на коммерческой основе (см рисунок 1). Оба варианта синтеза предполагают производство нитрометана и трис(гидроксиметил) нитрометана. В одном из способов синтеза ТРИС (рисунок 1А) используется аммиак, пропан, формальдегид и метан. Эту производственную схему использует компания Angus Chemical Company. ANGUS имеет полностью интегрированное производство. Второй метод синтеза (рисунок 1В) использует диметилсульфат и нитрит натрия как базовые материалы. В зависимости от производителя это может быть периодический процесс, который распределен между несколькими производителями, получающими промежуточные продукты от различных поставщиков для производства ТГНМ. Метод синтеза из диметилсульфата/нитрит натрия, описанный на рисунке 1В, не используется в США или Европе. ЕС классифицирует диметилсульфат как «Субстанцию очень высокой опасности (SVHC) из-за его канцерогенных, мультигенных и репротоксикологических свойств (CMR)» (13). Альтернативный метод производства (не требующий химического синтеза) используется прямыми поставщиками – компаниями, которые закупают ТРИС Crystals. ТРИС Crystals просто промывается и ре-кристаллизуется для получения ТРИС.
Процесс синтеза из аммиака/ воздуха, используемый ANGUS Chemical Company и описанный на Рисунке 1А, снижает использование высокотоксичных веществ и одновременно исключает возможность потенциального попадания токсичных примесей, которые связаны с нитрометаном, производимым влажным диметил-сульфатным химическим способом. ANGUS Chemical Company не только производит фармацевтический грейд нитрометана, но и контролирует производство всех ключевых интермедиатов на своем собственном производстве, у компании также есть стадии обработки и утилизации на производстве в Луизиане (США) и Иббенбюрене (Германия).
В регламентах, описанных в Руководстве ЕС для Good M a n u f a c t u r i n g P r a c t i c e f o r Medicinal Products for Human and Veterinary use, указано «Везде, где возможно, базовые материалы должны закупаться напрямую от производителя этих базовых материалов» (7). Это руководство требует обеспечить прослеживаемость химических продуктов до оригинального производителя. Возможность отследить источник химических продуктов, используемых в производстве буферных материалов, может помочь в процессе аудита и надежно гарантирует соответствие по источникам сырья. Компания Angus Chemical Company сама производит сырье, используемое в производстве ТРИС, и сам конечный продукт, а значит покупатели конечного продукта могут быть уверены в 100% прослеживаемости.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ (ТЕХНИЧЕСКАЯ) ЭКСПЕРТИЗА
Техническая экспертиза поставщиков сырьевых компонентов часто недооценивается. Она включает в себя инновации в химическом синтезе и технологиях производства, обеспечивающие способность поставщика приспосабливать химическую спецификацию буферного компонента для соответствия требованиям руководств по управлению качеством и модификации технологий производства к регуляторным изменениям.
Химический синтез буферных компонентов, таких как ТРИС, может быть ограничен, так как большая часть производителей закупают сырье в виде ТРИС crystals от химических производителей и ре-кристаллизуют продукт для получения грейдов с другой чистотой (Рисунок 1). Когда приходится работать с большим количеством буферов в коммерческих объемах, основные производители могут менять промышленный или аналитический процесс, отвечая на специфические требования заказчиков, в то время как возможности поставщиков, производящих лишь рекристаллизацию, намного более ограничены.

ОТВЕТНАЯ РЕАКЦИЯ
Гарантии поставок требуют хорошей коммуникации между поставщиком и заказчиком. Соглашения о качестве и контракты на поставки - это всего лишь два взаимодействия, которые предполагаются между поставщиком сырья и заказчиком, биотехнологическим производителем. Регуляторные аудиторы могут потребовать информацию от поставщика для инспектирования всей цепочки поставок сырьевых компонентов. Способность поставщика и его готовность незамедлительно предоставить необходимую документацию помогает заказчику сэкономить время и деньги.

ТЕСТИРОВАНИЯ ПОСЛЕ ОТБОРА И ОКОНЧАТЕЛЬНЫЕ СОГЛАСОВАНИЯ
После того, как поставщик отобран и включён в окончательный список, обсуждаются контракты по качеству и поставкам для обеспечения соответствующих и специфических обозначений для всех буферных компонентов. Эти контракты должны включать GMP условия производства, фармакопейный статус, концентрации следов примесей, микробиологический контроль и другие факты, относящиеся к чистоте. Для буферных компонентов также обсуждаются договоры из-за значительного количества этого продукта, используемого в downstream процессах.

РЕЗЮМЕ
Выбор правильного буфера для биотехнологического процесса требует тщательной оценки многих переменных. Это включает, но не ограничивается (а) совместимостью компонентов с процессом, в котором они используются, (б) функциональностью и буферной способностью при температуре применения, (в) стоимостью и (г) простотой использования в коммерческих масштабах. Один из наиболее важных критериев при выборе поставщика буфера – это прослеживаемость сырьевых материалов в цепочке поставок, которая может напрямую влиять на стабильность производства. Поставщики, с которыми биотехнологический производитель может выстроить надежное сотрудничество в поставках для своих производственных процессов, являются ключом к успешному результату в производстве. Проверка всего спектра возможностей поставщика является неотъемлемой частью этого успеха.


Источники
1. Good, Norman E. and Izawa, Seikichi. «Hydrogen ion buffers». Methods in Enzy-mology: Photosynthesis and Nitrogen Fixa-tion Part B. 24 1972: 53–68.
2. Ohtake, S., Kita, Y., and Arakawa T. “In-teractions of formulation excipients with pro-teins in solution and in the dried state,” Adv. Drug. Deliv. Rev. 63(13) 2011: 1053-73.
3. Active Pharmaceutical Ingredients Com-mittee (APIC). Supplier Qualification and Management Guideline. Dec 2009. (http://apic.cefic.org/pub/guidelinesupplierqualifi-cation_200912_final.pdf)
4.International Conference on Harmonisa-tion of Technical Requirements for Regis-tration of Pharmaceuticals for Human Use (ICH). ICH Harmonised Tripartite Guidline. Manufacturing Practice Guide for Active Pharmaceutical Ingredients Q7A Part 7. (Step 4 Version) Nov 2000. (http://www. ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_ Products/Guidelines/Quality/Q7/Step4/Q7_ Guideline.pdf)
5. Fu, D. and Shi, Y. “Chemical company linked to toxic school has tainted past: A cavalier attitude to handling dangerous ma-terials comes back to bite China’s chemi-cal industry.” Sixth Tone. 23 Apr 2016: Re-trieved from http://www.sixthtone.com
6. European Chemicals Agency. Regula-tion for Registration, Evaluation, Authorisa-tion and Restriction of Chemicals (REACH) guidelines. (http://echa.europa.eu/guid-ance-documents/guidance-on -reach)
7. European Commission Health and Con-sumers Directorate-General. EudraLex -The Rules Governing Medicinal Products in the European Union Volume 4 Good Man-ufacturing Practice for Medicinal Products for Human and Veterinary Use: Pharma-ceutical Quality System. (Revision 3) Jan 2013: 1-8.


СКАЧАТЬ СТАТЬЮ  PDF