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无菌检测是生物制品质量控制中不可或缺的一环,是确保生物制品安全的必要措施。因此各国药典和药品监管法规对生物制品生产中的无菌检测(细菌&真菌)都作出了明确的规定,包括《CAR-T细胞治疗产品质量控制检测研究及非临床研究考虑要点》、《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行)》、《人源性干细胞产品药学研究与评价技术指导原则》等相关指导原则均要求完成无菌检测。
随着生物行业的快速发展,新型细胞制品的大量涌出,对无菌检测提出了新的要求。由于细胞制品的特殊性,基于培养法的检测方法无法满足其无菌放行检测的时限,因此监管机构鼓励研究者开发更适合细胞制品无菌检测的替代方法。
• 无菌检测替代方法的法规要求:
各国法规均对无菌检测替代方法的要求进行了较为详细的描述,详见表1。
表1 各国法规或指南对于无菌检测方法替代的要求
法规指南 | 内容要求 | ||
2020年版《中国药典》 第四部通则9201. | 药品微生物检验替代方法验证指导原则 微生物定性检验方法验证 微生物定量检验方法验证 | ||
USP<1223>Validation of Alternative Microbiological Methods. | 微生物检验替代方法验证 验证用作药典微生物检验方法的替代方法的指南 讨论微生物检验方法变异性和与药典方法可比性方面所面临的挑战 | ||
USP<1071>Rapid microbial tests for release of sterile short-life products: a risk-based approach. | 讨论了基于风险的快速微生物检测的方法 无菌短效期产品放行的快速微生物测试的用户需求规范 | ||
EP2.6.21 Nucleic acid amplification techniques. | 用替代方法(如核酸扩增技术、流式细胞术、生物发光)结合培养法检测待测样品。根据所使用的方法,可以检测到可行和不可行的微生物。考虑到在培养期间潜在污染微生物的加倍,这些方法的灵敏度必须得到验证 | ||
PDA TR33-2013 | 讨论了可选择的和快速的微生物检测方法的评价验证与执行 | ||
《CAR-T细胞治疗产品质量控制检测研究及非临床研究考虑要点》.NIFDC. (2018年) | 在可行的情况下,首选药典方法用于无菌检测,但考虑到Car-T细胞产品的特殊性,也鼓励研究者开发快速的无菌检查法作为中间过程监测或放行检测方法,且在临床试验过程中须按照中国药典要求以及其它国际要求对快速无菌法进行充分验证。且在早期使用时,快速方法应与药典方法平行进行,在获得充分的比对数据后,结合无菌生产全过程的风险评估设计放行策略,才有可能替代药典方法 | ||
人源性干细胞产品药学研究与评价技术指导原则.CDE.(2021年) | 无菌检测-细菌、真菌:鼓励采用现行版药典培养法进行无菌检测,可依据工艺阶段、管理需要、临床应用需要等,采用不同时间针对不同工艺阶段的细胞,选择不同检测方法,如采用全自动细菌/分枝杆菌检测系统或革兰氏染色法镜检,或基于核酸或特定代谢物的快速检测方法 |
• 常见无菌检测替代方法:
对于法规中提到的多种无菌替代方法,其检测原理大不相同,各种方法的特点见表2。
表2 各国药典推荐的微生物快速检测方法
替代方法 | LOD (CFU) | 时间 | 原理 | 检测对象 | 样品量 (mL) | 特点 |
ATP 生物发光法 | 1-10/103 | 2-7天 | 检测 ATP 在反应过程中产生的荧光强度, 间接测定微生物含量 | 活菌 | 1-1000 | 样品需求量大, 需要权衡检测灵敏度和检测时间的关系 |
流式细胞法 | 10-100 | 6-8小时 | 荧光染料标记微生物细胞, 激光照射检测微生物含量 | 活菌 | 0.1-2 | 需要提前富集,检测时间短, 样品量小,设备昂贵 |
呼吸作用 | 1-10 | 2-7天 | 监测微生物产生 CO2含量, 采用设备自动计数 | 活菌 | ≤10 | 检测时间较长,需要专用设备, 样品需求量中等 |
固相细胞计数 | 1-10 | 2-3小时 | 将过滤后的微生物在滤膜上进行荧光标记,采用设备自动计数 | 活菌 | 1-1000 | 样品需求量大,检测时间短,灵敏度高 |
核酸扩增 | 10-100 | 2-4小时 | 实时定量PCR(qPCR)扩增保守序列, 检测多种微生物 | 活菌&死菌 | 0.2-2 | 检测时间短,样品需求量小,同时检测死菌和活菌。相同仪器可检测多种微生物 |
在上述这些方法中,核酸扩增—qPCR方法灵敏度高、特异性强、检测时间短等,并已被广泛应用于生物制品的相关检验中,然而其通过真菌细菌核酸检测进行无菌快速检查会面临巨大的挑战:❶ 细菌在环境中无处不在,存在环境因素造成的假阳性问题;❷ 无法区分检测到的核酸阳性是来自样品中的死菌还是活菌。
如何通过核酸检测方法来实现真菌细菌的快检,这要求在整个快检过程中需进行严格的控制,这对保障实验结果的准确性具有重要意义。
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湖州申科经过前期大量的研发实验和数据积累,形成完整的SHENTEK qPCR真菌细菌DNA检测方案,以实现无菌快检,极大程度上降低了实验结果假阳性,为细胞制品的无菌检查提供准确、稳定的检测结果,完成细胞制品的快速放行。
❖ 试剂盒体系
基于核酸检测-实时荧光qPCR技术自主研发生产了:
货号 | 名称 | 规格 |
1504630 | 真菌DNA提取纯化试剂盒(磁珠法) | 50 Extractions |
1504631 | 真菌DNA检测试剂盒(PCR-荧光探针法) | 50 Reactions |
1504632 | 细菌DNA检测试剂盒(PCR-荧光探针法) | 50 Reactions |
1504633 | 细菌DNA提取纯化试剂盒(磁珠法) | 50 Extractions |
试剂盒根据无菌检查替代和核酸检测方法的要求,对适用范围、专属性、检测限、耐用性、假阳性、假阴性进行了全面的性能验证,满足细胞制品对无菌快速检测的需求。
表3 细菌真菌检测产品性能参数
适用 范围 | 细菌:可覆盖约92%的已知细菌物种,匹配近6万种细菌DNA序列。 真菌:可覆盖约92%的已知真菌物种,匹配近5千种真菌DNA序列。 |
专属性 | 细菌:多种非细菌物种(真菌、支原体及工程细胞)基因组DNA,无检测干扰。 真菌:多种非真菌物种(细菌、支原体及工程细胞)基因组DNA,无检测干扰。 |
检测限 | 细菌25-50 CFU:提取25-50 CFU范围内的8种细菌,检出率为100%。 真菌5-10 CFU:提取5-10 CFU范围内的2种真菌,检出率为100%(详见验证数据)。 |
耐用性 | 细菌:提取106个细胞基质下的25-50 CFU的8种细菌(包括大肠杆菌、生孢梭菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、微球菌属种、痤疮丙酸杆菌、酿脓链球菌),均可以正常检出。 真菌:提取培养基基质(含10%FBS和10%DMSO)下的5-10 CFU范围内的2种真菌(白色念珠菌和黑曲霉),均可以正常检出。 |
❖ 数据展示
检测限验证数据:
• 细菌提取检测试剂盒检测限验证(25-50 CFU)
菌株 | 阳性数/总数 | 菌株 | 阳性数/总数 |
大肠杆菌 | 24/24 | 铜绿假单胞菌 | 24/24 |
生孢梭菌 | 24/24 | 微球菌属种 | 24/24 |
枯草芽孢杆菌 | 24/24 | 痤疮丙酸杆菌 | 24/24 |
金黄色葡萄球菌 | 24/24 | 酿脓链球菌 | 24/24 |
• 真菌提取检测试剂盒检测限验证(5-10 CFU)
菌株 | 阳性数/总数 | 菌株 | 阳性数/总数 |
白色念珠菌 | 24/24 | 黑曲霉 | 24/24 |
实际样品检测数据:对三十几个不同来源的干细胞、免疫细胞样品和相应的细胞制剂样品进行了测试,可有效进行真菌、细菌及阳性对照的检测。
• 真菌检测结果
样品名称 | FAM 信号Ct值 | VIC 信号Ct值 | 检出率 | ||
MSC细胞样品 | NoCt | NoCt | 29.79 | 30.08 | 0/2 |
免疫细胞治疗制品 | NoCt | NoCt | 29.99 | 29.81 | 0/2 |
PCS | 35.20 | 35.88 | 30.32 | 30.47 | 2/2 |
NCS | NoCt | NoCt | 30.31 | 30.32 | 0/2 |
PC | 32.32 | 32.35 | 32.32 | 31.55 | 2/2 |
NTC | NoCt | NoCt | 31.93 | 31.92 | 0/2 |
• 细菌检测结果
样品名称 | FAM信号Ct值 | 检出率 | |
MSC细胞样品 | NoCt | NoCt | 0/2 |
MSC细胞样品+25-50 CFU细菌 | 32.54 | 31.84 | 2/2 |
免疫细胞治疗制品 | NoCt | NoCt | 0/2 |
免疫细胞治疗制品+25-50 CFU细菌 | 29.61 | 27.83 | 2/2 |
PCS | 30.83 | 30.70 | 2/2 |
NCS | NoCt | NoCt | 0/2 |
PC | 24.74 | 24.78 | 2/2 |
NTC | NoCt | NoCt | 0/2 |
参考文献:
[2] European Pharmacopoeia10.0.2.6.16 Tests for extraneous agents in viral vaccines for hunman use.
[3] WHO.Recommendations for the evaluation of animal cell cultures as substrates for the manufacture of biological medicinal products and for the characterization of cell banks.
[4] FDA.Characterization and qualification of Cell substrates and other biological starting materials used in the production of viral vaccines for the prevention and treatment of infectious diseases indications.
[5] CAR-T细胞治疗产品质量控制检测研究及非临床研究考虑要点[J].中国药事,2018,32(6):829-852.
[6] CDE.细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行).
[7] CDE.人基因治疗研究和制剂质量控制技术指导原则.
[8] CDE.人源性干细胞产品药学研究与评价技术指导原则.
[9] CDE.免疫细胞治疗产品药学研究与评价技术指导原则(征求意见稿).
[10] CDE.溶瘤病毒产品药学研究与评价技术指导原则(征求意见稿).
[11] 2020年版《中国药典》第四部-无菌检查法.
[12] European Pharmacopoeia10.0-2.6.1 Sterility.
[13] United States Pharmacopeia 43-NF 38--STERILITY TESTS.
[14] Electronic Code of Federal Regulations (e-CFR)-21 CFR 610.12 - Sterility.
[15] 2020年版《中国药典》第四部-通则9201.
[16] United States Pharmacopeia-<1223>Validation of Alternative Microbiological Methods.
[17] United States Pharmacopeia-USP<1071>Rapid microbial tests for release of sterile short-life products:a risk-based approach.
[18] European Pharmacopoeia-2.6.27 Microbiological examination of cell-based preparations.
[19] European Pharmacopoeia-2.6.21 Nucleic acid amplification techniques.