Malcolm B. Berry博士根據(jù)他多年從事連續(xù)流技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，于2020年3月24日在American Pharmaceutical Review發(fā)表文章總結(jié)他在GSK領(lǐng)導(dǎo)的*1個(gè)API多級連續(xù)制造平臺的體會。今天就給大家介紹這篇文章。

●關(guān)于作者：

Malcolm B.Berry 1993年畢業(yè)于帝國理工學(xué)院，獲博士學(xué)位。制藥行業(yè)28年的工作經(jīng)驗(yàn)。在GSK工作了26年，從事工藝研發(fā)和工藝轉(zhuǎn)化。

在GSK工作期間，他一直致力于開發(fā)新的化學(xué)品和新藥分子的合成新工藝。他有著研發(fā)試驗(yàn)工廠的經(jīng)驗(yàn)，并領(lǐng)導(dǎo)從研發(fā)到制造的新工藝和連續(xù)工藝的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。在離開葛蘭素史克之前，Malcolm被認(rèn)為是一位杰出的領(lǐng)導(dǎo)zhe，曾獲得過一項(xiàng)著名的研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)力獎。

Malcolm職業(yè)生涯的亮點(diǎn)是在GSK成功領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)由50多人組成的大型多功能矩陣團(tuán)隊(duì)，跨越研發(fā)和多個(gè)制造地點(diǎn)，將GSK現(xiàn)有丙酸氟替卡松（FP）產(chǎn)品從釜式生產(chǎn)過程重新開發(fā)為連續(xù)生產(chǎn)過程。

這是GSK生產(chǎn)API的第1多級連續(xù)過程。工廠模塊于2015年在新加坡安裝，2016年調(diào)試，2017年驗(yàn)證。新工藝分別于2018年第3和第4季度提交給歐洲和美國的監(jiān)管機(jī)構(gòu)。這是監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的第1個(gè)多級連續(xù)原料藥工藝。

●革命：近幾十年來，制藥行業(yè)新藥生產(chǎn)的審批重點(diǎn)正在經(jīng)歷一個(gè)革命性的轉(zhuǎn)變。由以終產(chǎn)品測試的質(zhì)量控制模式，正在向以制藥過程參數(shù)控制模式轉(zhuǎn)變。只要確保guo程參數(shù)被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)即可保證藥品的高質(zhì)量以及質(zhì)量一致性。

●質(zhì)量源于設(shè)計(jì)：QbD這種思維方式上的改變被稱為質(zhì)量源于設(shè)計(jì)或QbD；這是概念在工程行業(yè)已經(jīng)早有建樹，并且也證明了大多數(shù)質(zhì)量問題都是由于設(shè)計(jì)不好的過程而引起的。QbD已在許多行業(yè)被證明是有效的，并在汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

QbD的一個(gè)核心部分是設(shè)計(jì)空間的概念；人類用藥技術(shù)要求協(xié)調(diào)理事會（簡稱ICH）將其定義為 “輸入變量（比如材料屬性）和過程工藝參數(shù)的多維組合和相互作用以確保質(zhì)量” ，見ICH中Q8.1指南。

●連續(xù)加工與QbD：

制藥行業(yè)試圖弄清楚這一變化對他們以及他們的工作方式意味著什么，它激發(fā)了人們對使用新的制造工藝和過程分析技術(shù)（PAT）的興趣。這表明，人們越來越希望轉(zhuǎn)向一種新的質(zhì)量模式，即實(shí)時(shí)控制質(zhì)量。在我看來，連續(xù)工藝是融合QbD的理想的技術(shù)和工藝伙伴。

圖1為近批準(zhǔn)的多步合成工藝生產(chǎn)原料藥丙酸氟替卡松的連續(xù)生產(chǎn)裝置

連續(xù)地運(yùn)行一個(gè)工藝過程意味著每一個(gè)單元操作都在不同的設(shè)備中運(yùn)行，每個(gè)設(shè)備都可為各自的目標(biāo)而專門設(shè)計(jì)。每一個(gè)連續(xù)的單元操作都按照一組專門設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行。在化學(xué)反應(yīng)為例，連續(xù)反應(yīng)器為每個(gè)分子提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，具有一致的混合、加熱和反應(yīng)時(shí)間。這種情況被稱為穩(wěn)定狀態(tài)，所有工藝參數(shù)都處于受控和穩(wěn)定狀態(tài)；這在FDA的連續(xù)制造指南中被進(jìn)一步定義為“控制狀態(tài)”。

●連續(xù)與批次操作

與連續(xù)工藝技術(shù)相比，間歇釜在過去的100多年里沒有太大的發(fā)展；它仍然是一個(gè)帶有加熱或冷卻功能的攪拌罐。然而，間歇釜有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗且环N通用設(shè)備，是各行各業(yè)的“萬金油”。間隙釜可用于溶解起始化工原料、用于進(jìn)行反應(yīng)化學(xué)、用于反應(yīng)淬火、用于進(jìn)行液相-液相分離、用于進(jìn)行蒸餾、結(jié)晶的釜。然而，一個(gè)用途多樣的釜，不可能在所有的單元操作中都表現(xiàn)杰出。

間歇釜工藝是以動態(tài)方式運(yùn)行；溫度分布通常在整個(gè)過程中變化，混合特性隨著物料填充程度的變化或攪拌器轉(zhuǎn)速的升高或降低而變化。以這種動態(tài)方式操作大型反應(yīng)器釜（>10000升容積）不能像小反應(yīng)器釜（<1升容積）一樣將反應(yīng)條件控制在穩(wěn)定的范圍。

●實(shí)施的障礙：考慮到連續(xù)工藝的諸多優(yōu)勢，為什么我們的行業(yè)對其的接受如此緩慢？原因是復(fù)雜的；除了在該行業(yè)有過多的傳統(tǒng)設(shè)備資產(chǎn)正在折舊的情況下投資新工廠增加成本外，對使用新的、未經(jīng)驗(yàn)證的制造技術(shù)生產(chǎn)潛在新分子藥品的興趣就不高了。

根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，把權(quán)力僅僅用在一個(gè)技術(shù)概念的成功驗(yàn)證，還不足以推動新技術(shù)的采用。新技術(shù)的實(shí)施之路需要領(lǐng)導(dǎo)力和清晰的愿景，以使您的公司做好變革的準(zhǔn)備。千萬別低估了要影響你公司大部分群體所需的努力，否則，只會延長新技術(shù)采用所需的時(shí)間，并讓新技術(shù)的采用阻力重重。

●監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)：制藥行業(yè)面臨著諸多不確定的風(fēng)險(xiǎn)，所以在采納新想法時(shí)非常謹(jǐn)慎。我們花了很多時(shí)間來分析風(fēng)險(xiǎn)所在以及如何分散，而不是想辦法加快連續(xù)流工藝的采用。2019年12月，我們之前提交的多步連續(xù)工藝制程，得到了兩大監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。請放心，盡管仍有許多進(jìn)展要取得，但在實(shí)施方面沒有額外的監(jiān)管障礙。

當(dāng)前的QbD框架和ICH指南在設(shè)計(jì)和實(shí)施API的連續(xù)制造過程時(shí)仍然適用。當(dāng)前和即將發(fā)布的API、藥品和生物制品的連續(xù)制造指南3有助于進(jìn)一步定義期望值并鼓勵更多提交申報(bào)。

20年前，我開始了自己的API多步連續(xù)制造之旅。作為一家大型制藥公司原料藥流動化學(xué)組的組長，我參與了一個(gè)多用途試驗(yàn)工廠的設(shè)計(jì)和調(diào)試，該工廠是為我和我的小組開發(fā)的原料藥連續(xù)工藝示范平臺而創(chuàng)建的。在8年的時(shí)間里，我們開發(fā)并成功地向我們選擇的每一個(gè)新的化學(xué)物或NCE證實(shí)了很多多步連續(xù)合成工藝的可行性。然而，由于在早期階段的項(xiàng)目的高度變數(shù)，這些NCE沒有一個(gè)成為終產(chǎn)品，因此沒有能夠進(jìn)入生產(chǎn)工廠實(shí)施。

雖然連續(xù)制造能夠使難合成的化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)放大，加快臨床試驗(yàn)速度，但真正的機(jī)會還在于制造業(yè)。為此，我要說的是，連續(xù)制造代表了制造業(yè)模式轉(zhuǎn)變的新天地，而不僅僅只是另一個(gè)研發(fā)工具；稍后將對此進(jìn)行詳細(xì)介紹！

為了在生產(chǎn)部門中獲得實(shí)實(shí)在在的利益，我選擇重新開發(fā)一個(gè)現(xiàn)有的產(chǎn)品的制程，改變原有的間隙批操作工藝成為連續(xù)制造工藝；和外部監(jiān)管部門進(jìn)行不斷的溝通是這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃的重要部分。

●與外部監(jiān)管溝通：2013年9月，作為新技術(shù)匯報(bào)會的一部分，我在FDA總部給一群高級別領(lǐng)導(dǎo)作了匯報(bào)。到了2015年，這個(gè)工藝過程基本上開發(fā)好了，我們在9月份與歐洲醫(yī)療機(jī)構(gòu)（EMA）的PAT小組，在12月與FDA的新興技術(shù)小組進(jìn)行了交流。在此期間，工廠（見圖1）的設(shè)備安裝、調(diào)試和運(yùn)行已經(jīng)開始了。

團(tuán)隊(duì)和我開了幾次具有里程碑意義的會議；我們邀請FDA的ETT在2016年8月到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行為期5天的運(yùn)營前考察。2017年3月，我們與PMDA代表舉行了一次為期4天的類似會議。我們也邀請了EMA PAT團(tuán)隊(duì)到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行類似的運(yùn)行前考察，但由于預(yù)算限制，他們遺憾地未能夠接受我們的邀請。

回顧過去，我現(xiàn)在清楚地看到，預(yù)先交流的一個(gè)大的好處是促進(jìn)內(nèi)部意見協(xié)調(diào)；和監(jiān)管機(jī)構(gòu)定好一個(gè)日子確實(shí)可以集中公司各部門的注意力，促使公司內(nèi)部在和監(jiān)管部門見面前就做好充分準(zhǔn)備。在監(jiān)管會議上進(jìn)行了許多有用的討論，在申報(bào)前的與監(jiān)管的預(yù)先交流中已經(jīng)反映這些背景。

其中一個(gè)例子是PAT的使用及其在控制策略中的作用。值得花一點(diǎn)時(shí)間來討論，以充分了解這些問題的根源。這是該公司整個(gè)制造事業(yè)部的第1個(gè)多步連續(xù)工藝制造。出于這個(gè)原因，很自然的，我們就將在研發(fā)中使用的同樣的一套PAT工具用到了制造生產(chǎn)平臺上。因此，有助于促進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的順利進(jìn)行，使制造結(jié)果與早期的研發(fā)數(shù)據(jù)更好地比較。然而，這里出了問題；從傳統(tǒng)的PAT設(shè)備（在線HPLC和電導(dǎo)率探針）采集的數(shù)據(jù)僅用于比較目的或僅供信息參考。我們的控制策略和設(shè)計(jì)空間是在質(zhì)量管理體系的指導(dǎo)下，基于輸入的材料屬性（指標(biāo)）、連續(xù)化學(xué)過程和API釜式淬滅的控制參數(shù)的多元組合、結(jié)合所有常規(guī)cGMP控制?？刂撇呗圆⒉皇?/span>PAT儀器收集的數(shù)據(jù)的影響。因此，PAT的作用在整個(gè)監(jiān)管審查過程中都受到了挑戰(zhàn)，因?yàn)樵谥圃飙h(huán)境中PAT的存在不能僅用于信息的收取。

在這個(gè)例子中，我會建議Coriolis質(zhì)量流量計(jì)和許多溫度計(jì)探頭可以被視為真正的PAT工具；它們從根本上測量過程參數(shù)，并向控制系統(tǒng)提供輸入，促使將參數(shù)保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

其余的監(jiān)管問題，無論是事前還是事后，基本上都是和操作有關(guān)的，以確保通常的檢查、調(diào)整措施到位。舉例來說，該工藝使用兩個(gè)分流至廢物閥（DTW），如果工藝參數(shù)值超過設(shè)計(jì)范圍，則觸發(fā)該閥。在工藝過程波動情況下，閥門不會自動打開；相反，會根據(jù)工藝序列的停留時(shí)間分布（RTD）啟動計(jì)時(shí)器。

當(dāng)定時(shí)器到期時(shí)，控制系統(tǒng)在過程擾動中產(chǎn)生的物料到達(dá)之前打開DTW閥。因此，收集罐中的材料質(zhì)量得以保持，并將轉(zhuǎn)移到廢物中的材料量降至低。為了進(jìn)一步解釋這些操作的背景，要求提供額外的數(shù)據(jù)，以解釋反應(yīng)器機(jī)組的特性，以及如何使用RTD計(jì)時(shí)來觸發(fā)廢水閥的分流。

這些檔案材料于2018年底提交給FDA和EDQM，并于2019年12月獲得兩家機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。FDA批準(zhǔn)了這一工藝制程，而沒有進(jìn)行預(yù)批準(zhǔn)檢查；人們也許問為什么，但是，預(yù)申請過程中交流的程度和質(zhì)量可能是一個(gè)促成因素。

●下一步：既然一個(gè)多步合成的原料藥連續(xù)生產(chǎn)申請已經(jīng)在制藥行業(yè)內(nèi)獲得批準(zhǔn)，那么有必要再次思考為什么變革的步伐如此緩慢。我有幸與這個(gè)行業(yè)的許多主要參與者合作。

從我的角度來看，大多數(shù)公司都希望自己的研發(fā)部門能起到帶頭作用，并選擇在哪里、在什么時(shí)間節(jié)點(diǎn)、以及如何將新技術(shù)應(yīng)用到新車間的新合成路線中。雖然研發(fā)部門選擇*路線和評估合適的技術(shù)是值得做的，但是，由于研發(fā)項(xiàng)目的關(guān)停，這種做法不會在原料藥行業(yè)內(nèi)帶來任何顯著的推進(jìn)速度。

我們接受連續(xù)流工廠比相對的傳統(tǒng)間歇工藝工廠建造成本更低、占地面積更小、能耗更低，但是，這將對患者有什么好處？大多數(shù)大公司在內(nèi)部都考慮過藥品質(zhì)量事故的代價(jià)。從批操作工藝到連續(xù)制造工藝改變給制造過程提供了精準(zhǔn)的工藝控制和實(shí)時(shí)質(zhì)量管理能力，這是1個(gè)“跳躍性”提升。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要一個(gè)由制造業(yè)驅(qū)動而非研發(fā)驅(qū)動的戰(zhàn)略。也許，對原料藥制造商來說，一個(gè)現(xiàn)實(shí)的第1步，是將現(xiàn)有生產(chǎn)中有雜質(zhì)麻煩的步驟，重新開發(fā)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工藝過程。

B.Berry博士在制藥行業(yè)工作了28年，26年的職業(yè)生涯都是在API工藝開發(fā)方面度過的。在過去的二十年里，他一直致力于API的連續(xù)處理。他近創(chuàng)辦了自己的公司MB Chemistry Consulting Ltd，在設(shè)計(jì)和實(shí)施連續(xù)處理方面擔(dān)任獨(dú)立顧問。

本文中表達(dá)的所有觀點(diǎn)都是作者的，是作者在整個(gè)行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，并不代表前雇主。