作者：頗爾生命科學生物制藥部科學事務高級副總裁
一般認為除菌級過濾器的重復使用可以定義為用于產品或其他工藝流體的多批次過濾。
專為液體和氣體滅菌而設計的膜式過濾器在許多生產工藝中被廣泛使用。隨著經濟和市場因素的影響，醫藥、生物技術和疫苗產業開始尋求降低操作成本、提高收益率的新方法，其中人們可能會考慮除菌級過濾器的重復使用。雖然液體除菌級過濾器一般設計和建議只在單一的批次或者周期生產中使用，但是在許多應用中可能會涉及到多次使用（重復使用）。本文作者在上半篇中總結了可能被定義為重復使用的不同工藝過程，討論了除菌級過濾器能否重復使用的決定因素，并將在下半篇中提供一個
綜述重復使用過程中的潛在風險和工藝驗證的案例研究，對此作更加翔實的說明。
當孔徑為0.2μm和0.1μm的除菌級膜式過濾器應用于非無菌的流體輸送過程時，例如：減少或控制生物負載和顆粒物時，過濾器既可以進行完整性試驗，也可以不進行完整性試驗，因為在此情況下，并不一定期望細菌的去除率達到100%，亦即無菌，也不宣稱其濾出液無菌。此類過濾器可以被用作預過濾器，或用作終過濾器來控制在進料液中可能已經很低的生物負荷。這些過濾器在標準狀態下完好時，雖然經過制造商細菌定量去除的驗證，可還是存在邊際風險或者總體失效的風險，但與在無菌藥物生產或者生產過程需要維持無菌狀態時發生染菌所致風險相比，所帶來的后果要小得多。盡管在這些應用中所要求的條件不太苛刻，但是在風險評估中還是要考慮使用無菌級過濾器所帶來的眾多風險。
疏水性0.2μm精度聚四氟乙烯或者聚偏二氟乙烯膜材質的空氣、氣體除菌過濾器及呼吸過濾器傳統上在多批次生產或工藝過程間結合高壓滅菌或在線蒸汽滅菌已經重復使用。因為本文集中討論液體除菌過濾器的應用問題，故空氣、氣體及呼吸過濾器的重復使用問題將不再進行闡述。
重復使用的定義
一般認為除菌級過濾器的重復使用可以定義為用于產品或其他工藝流體的多批次過濾。這種情況與多批次空氣、氣體過濾器除菌及呼吸過濾器的重復使用是一致的。然而，就液體除菌過濾器來說，其重復使用有著很多種說法。每一種解釋都對過濾膜性能有不同的意義。在下述情形中，多批次使用的過濾器可被認為重復使用：
批次間無需移動、沖洗、清洗、消毒或者再次滅菌；
僅在批次間進行沖洗；
批次間沖洗和再次滅菌；
批次間沖洗、清潔和再次滅菌；
間歇使用并批次間烘干。
無需清潔或者再次滅菌
可重復使用的第一種情況，即“無需移動、沖洗、清洗、消毒或者再次滅菌”，過濾器通過初始滅菌，在多批次地過濾流體時位置不變，沒有任何干擾。盡管來自重復使用增加的風險壓力是最小的，但是一個顯著的危險因素是來自第一批及后續批次的細菌在重復使用的過程中一直存活在膜上。這些細菌可能在分裂時產生較小的細胞，并遷移通過過濾介質中的大孔，直到污染濾出液，影響到后期批次的無菌性。這種基于時間的細菌穿透，有時被稱之為“穿透生長”，已有報告在完整性良好的0.2μm除菌級過濾器上發生，甚至在單批處理時間過長（超過8h）也有此現象發生。即使將單一批次簡單分為多批次，每個過程使用同一個過濾器，在較短的連續時段內過濾，其結果將不會有什么不同。然而，在連續進行的批次間隙，如果過濾器處于不工作狀態加長，這種風險發生的可能性就更大。因為過濾器上沒有額外損傷，過濾器完整性試驗無法評估基于時間的細菌穿透風險。
批次間沖洗
第二種類似的除菌級過濾器重復使用的情況，是在每次使用前為了使上一種產品或上一批產品工藝流體組分過載最小化而用水或其它溶劑沖洗過濾器。這種重復使用類型的優點是減少了批次與批次之間過程流體組分的交叉污染；通過去除一部分過程流體來源的營養物，可能減慢了所截留細菌的繁殖，但是基于時間的細菌穿透風險仍在。這是因為即使在無營養物的狀態下，截留的活性生物負載仍然可以繼續分裂，進而由細胞和細胞產生的粘性分泌物形成生物膠膜，這種生物膠膜是很難沖洗掉的。如果前一批次生物負載量很明顯，或者在過濾膜上形成了生物膜，雖說使用流體沖洗可以減少細菌的殘留，但如內毒素等的細菌副產物依然會污染下游操作，這是另一種風險。
批次間沖洗和再次滅菌
第三類重復使用過濾器（批次間沖洗和再次滅菌）可以將基于時間的細菌穿透風險限制在一個單批次操作時段之外，并且有效控制生物膜的形成。每次重復使用后和再次滅菌前，如果過濾器沒有得到充分沖洗的話，滅菌過程將降解被截留的細菌，留下可析出的數量級增長的細菌內毒素和其他細胞副產物，從而污染隨后批次產品。這種重復使用在再次滅菌的過程中對過濾器也施加了額外的物理壓力。大多數除菌級過濾器都經過廠商在不破壞完整性或者細菌截留能力的前提下耐受數次高壓滅菌或者原位蒸汽滅菌的測試確認。然而，過濾器廠商確認的通常是水潤濕的未使用的濾芯，經過多次實驗室蒸汽滅菌循環，然后進行檢測。盡管這些測試表明了過濾器的耐受性，但不需要模擬在進行蒸汽滅菌之前，殘留產品或者清洗劑沒有充分洗脫時可能產生的額外的過濾器化學降解。這些測試也沒有考慮典型的終端用戶過濾器滅菌過程，與過濾器廠商為支持產品說明而進行的受控的實驗室操作相比，其對過濾器可能產生更多的影響。
批次間沖洗、清潔和再次滅菌
第四類重復使用過濾器（結合使用批次間沖洗、清潔和再次滅菌）在沖洗和清潔的過程中進一步減少了交叉污染和截留的細菌副產物析出的風險。盡管污染的風險減少了，但是這類過濾器所面臨的潛在壓力和定期完整性試驗不能檢測到的過濾器破損的風險更大了。在這種重復使用中除了用合適的溶劑沖洗出工藝流體外，為了溶解或者降解所截留的污染物，還會使用強烈的清洗劑。此情況下除了批工藝物料還必須考察濾膜和其他組件材質與清洗劑及方法、累計接觸時間等的相容性。由于沖洗不充分而在清潔之后、再次滅菌之前附著于過濾器上的殘留產品或者清洗劑在再次滅菌過程更高溫度條件下更具破壞性。該文后續的案例研究中運用實例討論了這種條件下的潛在影響。
間歇使用
由于不同批次間烘干濾膜，故第五類重復使用情形下過濾器會面臨一種不同形式的壓力。在反復的烘干中，一些濾膜可能會被破壞，通常在使用熱氣爐烘干時。過濾器中殘留的污染物、清潔溶劑或者殘渣在烘干的過程中可能會濃縮，進而對濾膜產生更多的化學腐蝕，使濾膜發生常規的完整性檢測不能檢測到的功能降低。在終端用戶考慮重復使用過濾器來降低過濾成本的各種情況下，必須就全部工藝和重復使用條件對過濾器性能和析出物進行適當的驗證。過濾器截留細菌的能力和指示過濾器完好之完整性試驗的能力不受影響是極其重要的。
重復使用的應用條件
對于每種應用，除工藝條件外，還需要對重復使用的風險，包括過濾工藝危險程度進行說明。與其他工藝相比，有些工藝過程可能不太關鍵，不需要最高級別的無菌保證。在這些工藝中，除菌級過濾器的使用只是為了控制微粒和/或生物負載，而濾出物并不一定要求無菌。對于這類應用，用戶可以多考慮過濾器的再次使用。而其他過程可能需要適當級別的無菌保證，重復使用過濾器的風險顯著加大。對于最嚴格的應用，需要能達到的最高級別的無菌保證，通常會在生物負載控制過濾器后接除菌級過濾器，并且有時是雙0.2μm，0.2μm和0.1μm或者雙0.1μm的除菌級過濾器串聯使用。對于這樣二級過濾器組合，在上游過濾器的重復使用和最終過濾器的一次性使用可以有一個平衡；或可以將前一批次的終濾器用作隨后批次的上游過濾器。在每種應用中，都要在重復使用得到的經濟上的好處和由過早堵塞、完整性缺陷、增加的析出物污染或細菌的穿透帶來的風險之間進行平衡。
以下為除菌過濾器的應用。可用作非無菌顆粒去除過濾器或生物負載控制過濾器、除菌過濾器或兩者：
發酵罐或者其他用于細胞培養的生物反應器培養基；
發酵罐或者生物反應器添加劑；
用于細胞培養基的血清；
工藝用水；
層析緩沖液；
超濾緩沖液；
溶劑；
消毒劑；
待檢半成品；
非無菌的活性藥物組分（APIs）；
最終大批量無菌API；
用于無菌灌裝驗證的無菌培養基；
終端滅菌注射劑；
無菌灌裝的除菌注射劑；
無菌灌裝的無菌眼藥和局部用藥。
每一種應用對生物負載控制和／或除菌過濾過程都有自身的要求和風險因素。除其條件（沖洗、清潔、再次滅菌和烘干）之外，每一種應用還應根據無菌保證的嚴格性和任何對濾出物的影響來單獨考慮過濾器的重復使用。
小結
任何一次性設備的重復使用都會有風險和危害，必須加以控制以確保設備的安全和有效，確保其一直符合制造商的規格和使用要求。其次要考慮的僅是界定和除菌級過濾器重復使用相關的一些風險。這些概念不應該被解釋為可普遍適用于所有情形，也不能減輕使用者對這些產品的多次重復使用的完全責任。除菌級過濾器的再生系統應該包括沖洗、清潔和過濾器重新滅菌的所有設備。再生系統的每個設備必須經過適當地設計、構建和驗證。再生系統中使用的水和其他流體的等級應該在主記錄中詳細說明。所有再生系統用到的化學品和所有的濾出液，包括藥物產品殘留物在內，都應該按照國家、地區和當地關于操作者和環境安全的規定來處理和廢棄。文件中應該真實記錄執行的全過程和過濾器性能和安全性的檢測結果。
再次使用前，要進行對經驗證的過濾器進行完整性、無熱源、前批流體殘留物或副產物去除的測試。通過驗證試驗確立每個生產過程中重復使用過濾器的性能和時間限制。驗證過程應該依照FDA有關無菌工藝的規定進行，其中在確定過濾器重復使用限制時，還應該考慮諸如pH、粘度、流速、壓力、溫度，化學兼容性和水壓沖擊的影響等因素。另外，必須設定控制方法，維護文件以確保含有對濾出藥品的質量、安全或功效有害的產品或清潔劑殘留的過濾器不用于接下來的批次中。不同于過濾器廠商所提供的數據，重復使用的過濾器其截留特性、熱原和析出物殘留等數據均特定于每一種用戶工藝和條件。盡管有這些警告和包含的風險，有些已經制定了產品和工藝特定之重復使用方案的制藥公司目前在實際重復使用除菌過濾器。關于除菌級過濾器重復使用過程中的潛在風險和工藝驗證的案例研究將在下期中詳細說明。