39 CV阶段1-清洁工艺设计开发怎么做？

在第38期：什么是清洁验证中，我们已经了解到：

清洁验证目的：确保设备洁净度，以避免产品生产时被污染或产生交叉污染导致产品质量不合格

清洁验证核心：证明的是清洁工艺的有效性（清洁合格）和重现性（可持续保持）

残留污染物特性：主要化学物质和微生物残留污染物

清洁的原理：物理方法、化学方法、表面活性剂法、生物学方法

清洁工艺要素：清洁剂的选择、拟清洁目标物特征、清洁步骤及清洁工艺参数

那具体清洁验证该怎么开展呢？怎么才能证明清洁工艺可以将污染的残留物去除至不影响产品质量的接受限度，且可以持续稳定的保持这个清洁效果呢？本期将重点讲解

01

清洁验证的生命周期管理

1、生命周期法的基本概念

基于之前文章FDA的工艺验证指导原则中所提到的生命周期法，对于清洁工艺也同样适用，因为均是基于验证的指导思想“通过验证建立过程控制标准，并进行监控，以保证产品质量”所建立的

对生命周期法管理的理解，其实与验证的指导思想概念基本相符，就是建立标准、验证标准、监控标准、直至标准被淘汰的过程

对于产品来说就是从研发到退市，对于设施设备来说就是从设计到退役、对于清洁工艺来说就是从开发到取消应用

简单来说，就是对GMP的重要生产质量管理活动采用从设计→验证/确认→投入应用并监控→淘汰/取消应用的全过程进行系统化的管理，尽可能的保证生产质量管理活动的完整性，提高产品质量保障的水平

生命周期法把质量来源设计（QbD）、质量来源于生产、质量来源于检验三个维度进行统一：质量既来源于设计/生产/检验，相辅相成

2、清洁验证的生命周期法管理

基于生命周期法的基本概念以及清洁验证的核心“清洁工艺”，清洁验证生命周期为：

（1）阶段1：清洁工艺的开发设计（建立标准）

基于残留污染物的特性、拟清洁目标物的特征、产品质量所需求的残留污染物接受限度、以及现有的GMP硬件和软件的配置条件，进行清洁工艺的开发：清洁剂、清洁步骤、清洁参数的初步拟定（有效性）

（2）阶段2：清洁工艺的确认（验证标准）

在阶段1完成清洁工艺的初步拟定后，对拟定的清洁工艺的连续清洁确认，证明其确实具备持续清洁去除残留污染物至预期限度内的能力，设备洁净度可以得到稳定保持，产品因清洁不彻底受到污染和交叉污染的风险可控（重现性）

若在该阶段的清洁工艺确认活动，方法的重现性无法得到有效证明，那么需要返回阶段1重新进行开发

（3）阶段3：持续清洁工艺确认（持续监控）

在阶段2确定清洁工艺具有持续稳定去除残留污染物的能力后，说明该方法可以正式投入使用

但是工艺在持续应用中因客观（设备性能衰减等）或主观原因（人员更替等）会存在偏移的可能性，因此需要对清洁的有效性进行持续的监控，确保重现性，以持续稳定的保证产品质量（有效性和重现性持续监测）

如果在该阶段的持续清洁工艺确认活动中，若持续监测数据反映清洁工艺存在偏移，应及时进行原因分析和纠偏，必要时回到阶段1重现开发工艺

（4）清洁工艺淘汰（淘汰标准）

清洁工艺淘汰，意味新的清洁工艺将重新开始新的生命周期，因此对于清洁工艺而言，该阶段可忽略

注：从验证的概念来说（可阅读第34期验证和确认的区别），以上3个阶段合并，才算一个完整的验证，因此在PDA TR29清洁验证技术报告和ISPE的清洁验证指南中，单独每个阶段采用确认进行表述

由于每个阶段的目的不一样，所开展的工作内容也不一样，所需要考虑的关键点也不一样，知识点较多，无法在一期进行分享，因此按生命周期的顺序，分阶段开展分享，本期主要分享阶段1：清洁工艺的开发设计

02

清洁验证与风险评估

清洁验证涉及研发、生产、检验、质量管理、EHS等各方面系统的知识，每个清洁工艺的目标残留污染物不同，验证的过程也就不同，但是如何开展验证才能保证每个清洁工艺都可以得到良好的开发和应用呢，这时候我们就需要使用工具

为了更好理解，小白在这里还是温馨提示一下：

验证的本质也可以理解为降低过程控制可能影响产品质量的风险的证明，但是前提是先识别出质量风险点，那么如何识别呢，就需要采用风险评估工具，这就是风险评估与验证之间的关联关系

在第37期：工艺验证该怎么做？的文章中，我们知道，验证过程中的项目可采用鱼骨图、流程图等确认先识别出可能存在风险的大方面，然后再从人机料法环测方面识别出小的方面

当然也可以以人机料法环测为大方面，再以鱼骨图和流程图识别出小的方面进行风险评估（S：导致的严重性；P：发生的可能性；D：发生的可检测性）进行风险等级确认，并制定相应的验证控制标准开展验证活动

03

清洁工艺开发

鉴于清洁工艺开发基于残留污染物特性、拟清洁目标物特征不同，需要针对性制定清洁步骤和参数，生产清洁、分析检验、质量管理、EHS等各方面考虑均不同，需要针对性考虑

本期仅针对考虑的大方向做分析（倾向于固体制剂），作为参考，细节方面我们可以在开展详细的清洁工艺开发风险评估时，再具体分析

1、最优考虑

从经济成本考虑，以及增加后续阶段2：清洁工艺确认和阶段3：持续清洁工艺确认的可行性，我们可以从现有已验证的清洁工艺中，结合现有产品特性的对比，选择已有的清洁工艺进行方法的初步拟定

这也是目前最常用的清洁工艺开发方式，需要注意的是，虽然选择已有的清洁工艺大大降低了工艺开发的工作量和成本，但是该做的各方面考虑和风险评估工作，还是需要的，只是评估可以直接基于已有的数据进行评估，不再需要单独开展额外的试验

对于某些特殊的残留污染物，现有产品特性和清洁工艺无法提供参考时，就需要单独进行各方面的开发积累小试数据，但是在开发过程中，需要同步考虑已有设备设施和质量管理方面的适用性，可以简单理解为放大可行性

2、清洁工艺开发考虑

清洁工艺开发是基于模拟商业化生产（阶段2）的清洁工艺考虑，因其最终会应用于商业化生产过程，应尽量采用以结果为导向的方式进行工艺开发

方可最大限度的降低研发和后续的管理成本，因为清洁验证的核心是证明清洁工艺，如果清洁工艺发生改变，那么原先评估的验证策略也可能会受到影响，重新评估开展验证

但是也要同步考虑清洁工艺的最差情况，如最长脏物滞留时间（DHT）、最难清洁部位等以保证清洁工艺开发的成功率

（1）残留污染物特性

a.安全限度：

OEB等级、PDE/ADE、最大日治疗剂量等，其关系到影响产品质量的目标残留限度，而允许的残留限度过低，则会增加清洁难度

需要注意的是，API成分的影响风险最大，会优先选择，但是有一些辅料的药理和毒理作用较明显，安全限度低，也需要进行评估和注意

b.溶解度：

可通过CAS（Chemical Abstracts Service）和《中国药典》（2020）查询化合物的溶解度情况，为清洁剂的选择提供参考

c.降解物：

需考虑残留物的降解物情况，有的降解物的安全限度也会比较低，特别注意的是，不仅API会对药品的质量造成影响，辅料也会，风险评估时要考虑

d.污染程度：

需考虑产品污染设备的程度，如口服制剂的湿法制粒一般会加入粘合剂增加物料的黏性，使物料粘结在设备表面，清洁难度高，而混合设备只是粉末的物理吸附，清洁难度低

e.三废处理：

清洁后的废液需要进行污水处理，需要考虑其处理能力，尤其是高活和激素类产品需要特别注意

（2）拟清洁目标物的特征

a.目标物的结构特征：大小、性状，如管道、凹槽、拐角等，需根据目标物的结构选择适合的清洁方式和工具；

b.目标物的材质：不锈钢类、聚四氟乙烯类、硅胶类、纤维类等，需根据目标物的材质选择适合的清洁方式和清洁剂

（3）清洁剂和消毒剂选择

a.清洁剂：

清洁剂的选择除考虑对残留物的溶解度外，也要考虑其自身对设备的腐蚀性和自身对产品质量影响污染的安全限度，一般尽可能选择化学结构的弱酸和弱碱（如碳酸钠、碳酸氢钠等），清洁浓度在保证清洁效果的情况下应尽可能的低，以降低对设备造成的损害

需要注意的是，对于固体制剂而言，因为物料中不仅有API，还有大量的辅料，而大部分的辅料如微晶纤维素等，清洁剂对其的溶解效果也不好，甚至有的API也无法找到合适的清洁剂

虽然使用溶解性越好的清洁剂清洁难度越低，但是也要综合考虑，因此也要考虑尽可能采用物理手段进行清洁，降低化学手段的依赖性以降低污染和设备损害的风险

水是最好的清洁剂

b.消毒剂的选择

对于消毒剂的选择，直接接触产品的设备表面，也是尽可能选择结构简单无污染的消毒剂，一般选用具有消毒效果的70-75%乙醇溶液

但是在清洁过程中，纯化水本身微生物是有控制的，在清洁过程中，如采用高温清洁时，也会对微生物有去除效果，可以考虑验证是否一定要使用消毒剂（仅限于非无菌制剂）

采用清洁的方式达到消毒效果是最好的消毒方式

（4）清洁方式及步骤

a.清洁方式：

在上一期中，我们了解到清洁方式可以分为：

物理清洁法、化学清洁法、表面活性剂清洁法，或者是3种方式结合

在线清洁（CIP）、在线清洗（WIP）、离线清洁（COP）、手动清洁（MC），一般根据设备自身的结构特征，清洁系统的配制，采用在完全的CIP方式、WIP+COP+MC的方式、或者是完全MC的方式进行清洁

b.安慰剂清洁法

当污染物确实难以去除，或者是残留污染物所要求的残留限度太低时，在不考虑成本的情况下，可以采用安慰剂清洁法

因为在药品生产过程中，残留物一般会随着生产100%带入下一批次，因此用无污染易清洁的辅料进行生产，带走残留污染物后，再进行清洁，提高清洁效果

c.清洁步骤（以固体制剂举例）

清洁步骤一般分为：

Ⅰ、预处理：

采用吸尘、擦拭等方式，尽可能先除去可去除的粉尘类物料，该步骤主要是去除未粘结于设备的粉末类残留污染物

Ⅱ、初洗：

采用饮用水/清洁剂（根据需要选择）对除去可见的残留物，该步骤主要是去除粘结于设备的固体物料，以及采用吸尘或擦拭无法除去粉末类残留污染物，这一步尽可能将残留污染物清洗至目视限度（默认4μg/cm2）以下

但是残留污染物的要求一般比目视限度更低，因此需要继续清洁

Ⅲ、中洗：

采用清洁剂对清洁至目视限度下的设备表面再进一步清洁，进一步降低残留污染物的残留量，该步骤也是清洁方法开发的关键步骤，因为前面两步的目标均很容易达到，洁净度也可以通过目视观察得到

但是这一步是将残留污染物清洁至目视限度下，这时无法很直观的看得到，只能按要求执行预先制定的清洁流程，最终以结果判定是否符合

当残留污染物存在两种特性相反的物质时，可采用两种清洁剂交替清洁的方式，提高清洁效果

若一次中洗清洁效果无法达到，即使进行了方法优化还是不行，可以考虑多次中洗重复，虽然清洁验证要求不能采用反复清洗至合格，但是如果反复的次数固定，也具有重现性，也算一种有效清洁工艺

如果中洗步骤使用了清洁剂，建议在该阶段的最后一步用水去除清洁剂

Ⅳ、终洗

终洗的目的是采用与制药用水等级相当的水对设备进行最终清洗，以保证设备表面的洁净度与药物需求级别相当，避免非预期的污染被引入产品造成污染或交叉污染

V、需要注意的是

为保证清洁方法开发的成功率，建议通过评估选择商业化生产设备中最难清洁的部件进行模拟污染清洁测试开发

另外，清洁步骤的开发尽可能考虑放大和长期重复使用的可行性，因为方法开发一般在实验室开展，重复多洗几次或者操作仔细是没有问题，但是如果放大到生产，难度和成本可能就会呈倍数增长，甚至不具备放大的可行性

（5）清洁工具/设施

a.对于配备有CIP和WIP系统的设备，一般配备有清洗管道、喷淋球、高压冲水口等

对于采用COP和MC清洗，清洁工具一般根据拟清洁目标物的特征针对性配制

b.对于管道类或凹槽类部件或部位：采用长柄毛刷，需要注意的是要选择一体化、不易掉落碎屑类材质的毛刷、高压水枪冲洗等

c.对于易接触表面：采用无纺布类的擦拭布（不易脱屑）、普通毛刷（一体化，材质不易脱落）等

d.对于纤维布袋类：采用滚筒洗衣机进行清洁

e.对于形状复杂、空间受限的小部件：采用超声波清洗机清洗

（6）清洁工艺参数

a. CIP、WIP、手动冲洗：

主要采用高压冲击、打散、分散、溶解的原理，因此主要参数有：

冲洗/淋洗清洁剂的浓度、温度，冲洗/淋洗压力、冲洗/淋洗方向（单向、多向、旋转速度等）、冲洗/淋洗时间、次数等

如果是湿法制粒或配有搅拌桨的设备，还有搅拌转速、切到转速等

b.擦洗/刷洗：

清洁剂浓度、用量、温度、方向（横向、纵向、横纵向结合）、力度（手工清洗不好定义，不建议纳入参数控制）、次数、一次可擦拭/刷洗面积等

c.洗衣机：清洁剂浓度、用量、温度，其余参考家用洗衣机的程序即可

d.超声波清洗：清洁浓度、用量、温度、超声频率、时间、重复次数

（7）清洁接受标准

a.默认目视限度

一般而言，如果采用药理或毒理学的数据计算的残留限度高于目视限度，一般还是以目视限度为准，目视限度默认为4μg/cm2，在国外有过相关试验研究，相关指南中也认可

但是在自主清洁工艺开发时，还是建议评估选择代表性产品进行内部验证，因为残留污染物的特性和拟清洁目标物的特性不同，别人做的不一定就适合自己

b.化学残留限度

详见“第2期：清洁残留限度原理和计算公式解析”，对于辅料或相关降解物当做API看，计算方法也是一样的，仅需要更换其中的P值即可

c. TOC限度

假设一定取样面积的化学物残留总量为Aμg，目标残留化合物的碳元素总量（X）占整个分子量（假设为Y）的80%，如何将Aμg转换为碳酸素限度呢？

首先摩尔比与分子量比成正比：

X（分子中碳元素分子量）/Y（总分子量）=0.8

化合物的摩尔质量为：

Y g/mol= Y*10^6 μg/mol

那么Aμg的化合物的摩尔数为：

C= Aμg / (Y*10^6) μg/mol =A/( Y*10^6) mol

那么Aμg中碳元素的总量为：

图片

需要注意的是，对于TOC限度，因为最终检测的数据是总含碳量，不具专属性，那么其中不止包含目标残留污染物的碳元素量，还包含其他物质

因此严格程度相对具有专属性的化学残留限度更严格，因此一般用于成分复杂如中药的的限度检测

d.有机溶剂残留

对于制剂：有机残留可以参考《中国药典》（2020）中0861 残留溶剂测定法的相关要求

e.微生物限度

与洁净级别表面微生物要求一致即可

（8）清洁检验方法

要保证最终的残留限度可以被准确的检测出，一般需要开展：

a.擦拭回收率：

证明取样代表性：一般回收率至少大于50%，RSD＜20%才算可以被接受，需考虑不同材质

b.分析方法验证：

证明检测的准确性：专属性、系统精密度、定量限、检测限、线性关系（一般做限度要求的50%-150%）、样品溶液稳定性

（9）最差条件

清洁工艺开发一般选择最差条件开展，方可保证后续工艺确认的成功率，主要考虑

a.拟清洁特征物的最难清洁程度

b.污染程度严重程度

c.污染保持时间（DHT）

04

本期总结

本期在上一期清洁验证概念的基础上，从清洁验证的生命周期管理和风险评估管理讲述了清洁验证该如何开展

讲述了清洁工艺开发的详细考虑，主要包括：最优考虑、残留污染物特性、拟清洁目标物的特征、清洁剂和消毒剂选择、清洁方式及步骤、清洁工具/设施、清洁工艺参数、清洁接受标准、清洁检验方法、最差条件，为我们在清洁工艺开发时提供参考

在此，感谢大家对小白的认可，有小伙伴私信出一些胶囊类和变更类文章，这些已经在计划中了，小白习惯于一个主题开始了，就想着趁着知识集中就一起写完，所以耐心等待即可，我们一起加油！

参考资料：[1]药品生产质量管理规范（2010年修订）.（卫生部令第 79号）[2]药品生产验证指南(2003).化学工业出版社,2003[3]PDA TR29:清洁验证.Parenteral Drug Association, Inc. 2012[4]Cleaning Validation Lifecycle Applications, Methods, and Controls.ISPE.2020[5]中国药典.2020

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