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技術文章
PAT (Process Analytical Technology)是一種通過及時測量原材料和加工過程中的關鍵質量屬性和性能屬性，來設計、分析和控制制造的技術，其目標是產品質量。在制藥領域，PAT理念源于1993年AOAC發起的一次論壇，后于2004年由美國FDA正式發布關于PAT的制藥工業指導原則，使得越來越多的制藥企業開始重視QbD（Quality by Design）理念，并開始引入PAT以實現藥品生產過程的全程監控。
2022年11月，“ICH Q13 原料藥和制劑的連續制造“的發布意味著連續流制藥的方法被正式納入國際藥品監管指南之中，推動制藥企業采用連續工藝，提高生產過程的靈活和可控，提高效率和質量。在ICH Q13中也明確提到了連續流制藥過程中部署PAT技術的必要性。FDA提出的PAT技術包括3種類型：近線檢測（at-line）、在線檢測（on-line）、線內檢測（in-line）。PAT研究的分析工具包括光譜技術、動態光散射技術、核磁共振、氣相色譜、液相色譜、質譜等技術。目前在制藥研究中應用多的是近紅外光譜、拉曼光譜技術。
液相色譜作為制藥行業產品關鍵質量屬性分析的重要技術，基于液相色譜的分析可以同時檢測不同濃度的多個組分，且在定量分析的靈敏度、線性/動態范圍和分離度方面均優于光譜技術。如果能有效地將液相色譜技術作為PAT手段整合進入制藥工作流，對于提升效率和質量、降成本具有非常重要的作用。但是由于液相色譜技術的特殊性，也提升了對系統整合的要求。
圖1. 臺式PATROL UPLC(用于實驗室)。
圖2.可以移動PATROL UPLC (用于工藝開發)。
圖3.生產用PATROL UPLC (GMP車間)。
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1.
專為過程分析設計，可同時提供定性和定量信息；
2.
專屬的過程分析進樣器（PSM）可以完成過程樣品自動采樣和在線稀釋；
3.
at-line與on-line工作模式的簡便切換；
4.
帶標簽的樣品瓶進樣；
5.
可以接入用戶工廠操作系統的PATROL軟件；
6.
直觀的觸摸屏界面；
7.
支持GMP車間設備認證。
at-line工作模式 — 樣品取出，經過前處理后，手動放入進樣器分析，支持掃碼功能
圖4. at-line工作流程圖。
圖5. at-line工作模式下的樣品標簽系統。
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on-line工作模式 — 自動取樣，支持在線稀釋，支持Load ahead模式
圖6. on-line工作流程圖
支持與第三方集成軟件進行數據交互的API: Empower™ Toolkit API
可接入工廠控制系統DSC或LIMS的OPC UA軟件
由于連續流反應工藝能夠快速生成大量產物，基于HPLC的傳統構成檢測（IPT）/過程中控制（IPC）不適合這種快速生產工藝。本案例利用PATROL UPLC過程分析系統對生產160 kg藥物中間體的連續流反應工藝進行過程監測分析。在線UPLC分析模式幫助工藝開發人員在更短的時間內獲取有關產品和低濃度雜質的定量信息，于此同時還能改變工藝參數，幫助確定優化連續化學反應所需的關鍵參數。
由于在工藝放大實驗室（LSL）中生產一批產品，觀察到反應顏色變化，該現象在少量反應時未發生，導致傳統光譜型PAT工具不適用。改用PATROL UPLC后，迅速決定通過改變試劑流速來控制雜質形成量，成功將產品損失維持在低水平。從反應器中采集淬滅后的連續反應樣品，使用PSM自動稀釋，從樣品信息錄入Empower到完成積分并生成報告，PATROL UPLC系統耗時3 min。
圖7. 連續流反應工藝示意圖。
圖8. 比較PATROL和HPLC方法單個周期的產物生成量
圖9. 比較色譜分析各個環節的用時。
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結 論
使用PATROL系統，工藝化學家可以做出決策，從而有效控制雜質的生成，將產品損失從5 kg（HPLC方法的損失量）降低到1.5 kg；
PATROL可以定量產物、反應物和雜質，目前傳統PAT工具不具備該能力；
PATROL可以對大規模反應進行快速監測和優化，顯著縮短總運行周期；
PATROL是傳統PAT光譜方法的有利補充。
研究人員一直在持續探索使用在線液相分析技術用于連續流生物反應器的關鍵質量屬性的監測。PATROL UPLC中過程分析進樣器（PSM）采用與分析流路隔離的過程樣品上樣流路，更利于與生物反應器的連接，但是直接從反應器采集的過程樣品無法直接進入PATROL UPLC進行分析，需要提前脫除反應液中的細胞組分，所以本研究中采用FISP Probe進行過程樣品預處理后，再導入PSM進行上樣。作為一種新的分析方法引入關鍵質量屬性測定，需要與傳統方法進行結果準確性比對，本研究也設計了off-line和at-line實驗，用于驗證on-line方法測定結果的可靠性。
圖10. 生物反應器中on-line, at-line和off-line工作流采樣和分析流程圖。
圖11.mAb-1滴度采用off-line, on-line & at-line測試結果。
圖12. ATF生物反應器mAb-2滴度on-line&at-line測試結果。
結 論
通過Batch型反應器的滴度測試結果表明，離線、在線、旁線的測試結果基本一致；
on-line和at-line用于連續流生物反應器抗體滴度測試結果高度擬合，認為測試結果一致。
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