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生物制品的冷凍儲存通常被視為一個簡單的單元操作,其中僅指定最終儲存溫度,所以國內(nèi)很多公司在原液生產(chǎn)過程中,未將冷凍和存儲進(jìn)行分開,而是將原液冷凍存儲到冰箱。
原液生產(chǎn)需要有凍融數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品開發(fā)過程中,凍融實驗都采用小體積的進(jìn)行凍融實驗。原液體積大多數(shù)都是一兩百毫升,經(jīng)過多次凍融得到的數(shù)據(jù)。這些實驗都是采用將樣品放入普通超低溫冰箱進(jìn)行冷凍存儲。所有數(shù)據(jù)也是通過這些實驗得到的。
在生產(chǎn)臨床前以及臨床實驗所需的原液,很多客戶并未做相關(guān)凍融放大實驗,生產(chǎn)的原液也是直接將產(chǎn)品放入冰箱進(jìn)行冷凍存儲。
這個會導(dǎo)致生產(chǎn)的巨大風(fēng)險。
在傳統(tǒng)的超低溫(ULT)冰箱中冷凍DS會導(dǎo)致在一次運行中出現(xiàn)許多不一致的情況——例如,有些瓶的冷凍相對較快,而另一些則相當(dāng)緩慢——這可能會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題。
從環(huán)境溫度冷凍物料需要去除大量的熱量,這使制冷系統(tǒng)負(fù)擔(dān)沉重。傳統(tǒng)的超低溫冰箱不能處理這個過程。這種高應(yīng)變會導(dǎo)致頻繁維護(hù)和/或大大降低使用壽命。
這個原因是超低溫冰箱本身的設(shè)計問題
達(dá)到-80℃溫度的標(biāo)準(zhǔn)超低溫冰箱被設(shè)計用來存儲已經(jīng)冷凍的材料,幾乎沒有額外的能力。當(dāng)用于從環(huán)境溫度冷凍DS時,它們的冷凍速率隨產(chǎn)品負(fù)載(從幾小時到幾天)和批次到批次取決于DS負(fù)載而顯著變化。瓶子也以不同的速度冷凍,導(dǎo)致DS質(zhì)量的變化。
一個普通超低溫冰箱的峰值功率在1~1.1kw左右。這包含設(shè)備控制單元、壓縮機(jī)本身的消耗,真正能形成制冷的功率很低。 從下表能耗,我們就可以計算出,一個冰箱僅維持冰箱保持-80℃就需要400-500w,占據(jù)了峰值功率的40%左右。從升溫時間,我們可以推算出這些功率用于保持冰箱溫度的純制冷能耗需要130-150w,也就是制冷的功率消耗1/3的總能耗。也就是冰箱保持在-80℃,需要耗能450w,其中150w是提供冷量的,其他是控制器以及壓縮機(jī)運動所需的能量。
據(jù)此推算出如果設(shè)備全功率運行,設(shè)備也僅能產(chǎn)生100多w的制冷。如果冰箱長時間時間使用,冰箱門密封效果下降等因素,而且冰箱長時間全功率運行,過熱導(dǎo)致效率下降。設(shè)備真正用于制冷更少。這個導(dǎo)致制冷時間相當(dāng)長。
國外有公司做了一組數(shù)據(jù),以下是1L的瓶子放在-20℃和-80℃的冷凍時間。

可以看到,27個1L的瓶子,按照3x3x3的形式放置, 冷凍時間是12-25個小時。
對這些瓶子的濃度進(jìn)行分析。檸檬酸鈉濃度變化范圍是初始鹽濃度的 0.3 至 12 倍(圖 3b),蛋白質(zhì)和鹽溶質(zhì)分布均遵循相似趨勢。
這個冷凍濃縮程度很可能導(dǎo)致原液產(chǎn)生鹽結(jié)晶以及蛋白聚集、顆粒物形成。
東北某些制藥企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品,在生產(chǎn)過程中就出現(xiàn)過類似的問題。
實際生產(chǎn)過程中,很少客戶會采用1L的瓶子,都是采用2L、5L、甚至10L的瓶子以及10L或者20L的袋子,冷凍濃縮情況更嚴(yán)重
另外冰箱的故障問題。
冷凍的產(chǎn)品體積變大,冰箱由于缺乏有效的散熱能力,在冷凍循環(huán)中長時間的運行(48到72小 時)還可能會導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的損壞。因為這種高應(yīng)變會導(dǎo)致頻繁維護(hù)和/或大大降低使用壽命。
在長達(dá)48小時~72小時的降溫過程,此時機(jī)器全功率運行,機(jī)器性能會導(dǎo)致局部過熱,制冷效率下降、機(jī)器磨損加劇。冷凍時間長導(dǎo)致壓縮機(jī)在高能量消耗時期連續(xù)運行多日,可能導(dǎo)致制冷系統(tǒng)過熱和過早失效。這種故障模式被稱為制冷系統(tǒng)的油浸,導(dǎo)致壓縮機(jī)缺乏冷媒冷卻而發(fā)生壓縮機(jī)故障。
因為設(shè)備長時間在降溫過程,還會導(dǎo)致報警功能失效:
當(dāng)溫度沒有降到-80℃,機(jī)器一直會報警,通常用戶會認(rèn)為這是正常情況。
冰箱不能設(shè)定48小時后才報警等功能。理論要有這樣的設(shè)置:原液放入冰箱后,36-48小時不報警,48小時后冰箱溫度未達(dá)到-70℃,冰箱才開始報警。這是因為冰箱以及相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)都是為長期存儲而設(shè)定的。
所以放置大量原液的時候,冰箱溫度會上升,所以冰箱會一直報警,而這用戶已經(jīng)認(rèn)為是正?,F(xiàn)象,實際上導(dǎo)致報警功能失效。一旦冰箱出現(xiàn)故障,用戶無法辨別和發(fā)現(xiàn)。等到發(fā)現(xiàn)再處理時,已經(jīng)過去了很長時間。此時原液很可能處在半結(jié)冰的狀況。再轉(zhuǎn)移到備用冰箱,再到冷凍到-70℃時,時間可能是5-6天。
原液超長時間在冰液界面,風(fēng)險極大,這批原液可能已經(jīng)不符合產(chǎn)品質(zhì)量要求,而且這個過程SOP無法涵蓋。從GMP生產(chǎn)角度來說,這批原液無法使用。
而且從GMP生產(chǎn)角度上看,如果冷凍環(huán)節(jié),冰箱一旦出現(xiàn)故障,開出偏差,也沒有解決方案。
所以在生產(chǎn)過程中,將30-50L原液直接放到冰箱進(jìn)行冷凍存儲是不可取的,風(fēng)險極大,損失極大,因為這批原液的價值往往超300-500w。冰箱損壞事小,原液損失是冰箱的30-50倍。而且造成臨床實驗等拖延,這個損失極大。
所以中試及生產(chǎn)的原液存儲不能用冰箱冷凍