무균 공정 검증 및 시뮬레이션 (Aseptic Process Simulation (Media Fill Test))

KEY POINTS

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이 글에서는 다음과 같은 핵심 사항에 대해 이야기 하고자 한다.

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- Aseptic process simulation(media fills)은 무균 시설 검증의 핵심이다.

- Aseptic process simulation은 simulation의 시간과 충전 되는 동안 수행된 조작 횟수가 실제 공정을 대표하도록 신중하게 계획되어야 한다.

- 여러 제품 또는 충전량을 처리하는 시설 또는 충전 라인에 대해 matrix 또는 bracketing 접근방식을 취할 수 있다.

- 새로운 시설 또는 프로세스의 경우 Aseptic process simulation을 수행하기 전에 몇 가지 사전 충전 공정을 모의로 수행하는 것이 바람직하다.

- Aseptic process simulation에는 시뮬레이션 중인 프로세스를 모방하는 배치 기록이 필요하며, 무균 조작의 수와 유형, 인원수, 공정 시간, 라인 속도 등의 세부 정보가 포함된다.

- Aseptic process simulation에 사용되는 growth medium은 일반적으로 soybean casein digest medium(SCDM)이지만, 다른 매체는 적절한 growth promotion에 사용될 수 있다.

INTRODUCTION

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Aseptic process simulation은 무균 처리 시설의 Qualification의 마지막 단계 중 하나이다. Aseptic process simulation은 또한 무균 처리 설비의 지속적인 운영 및 프로세스 검증의 핵심 요소다.

이 글은 Aseptic process simulation의 정의에 대해 간략히 기술하며, Aseptic process simulation program을 설정하는 방법을 기술하고, 고려해야 할 몇 가지 사항 및 전형적인 예에 대하여 기술한다.

 

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WHAT IS ASEPTIC PROCESS SIMULATION?

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Aseptic process simulation은 무균 프로세스가 실제로 무균인지 여부를 결정 및 확인하는 방법이다. Aseptic process simulation에서 무균 프로세스(또는 무균 프로세스의 일부)는 시뮬레이션 되는 프로세스에서 제품이나 화학 물질 대신 growth media를 사용하여 수행된다. 시뮬레이션에서 나온 media에 대하여 무균시험을 실시하고, media가 무균으로 확인이 된다면, 무균 상태로 공정이 수행된 것으로 추정할 수 있다. 그렇지 않은 경우 오염원을 조사하고, 시정 및 예방 조치(CAPA)를 취해야 하며, Aseptic process simulation을 반복해야 한다.

 

Media Fills

가장 일반적인 Aseptic process simulation은 Media fill test이다. Media fill에서 대표적인 용량 단위(일반적으로 5,000 단위)를 충전 후 밀봉하여 배양기의 적절한 온도에서 14일간 배양(일반적으로 20~25°C에서 7일, 그 다음 30~35°C에서 7일)한다. 그리고 나서 충전된 것들의 미생물의 성장 유무를 확인 한다.

모든 단위가 성장에 부정적인 경우, media에서 growth promotion test를 수행한다. growth promotion이 통과되면 Media fill이 성공한 것이다. growth promotion이 실패하면 반드시 실패에 대한 조사와 Media fill test가 반복되어야 하며, media를 충전한 용기에 양성 단위가 있을 경우 오염원 조사, 시정 및 예방 조치(CAPA) 후 반복적으로 충전해야 한다.

 

Other Aseptic Process Simulations

aseptic process simulation을 수행할 수 있는 프로세스에는 다음이 포함된다.

- Aseptic compounding

- Aseptic crystallization

- Aseptic precipitation

- Bioreactor and fermenter charge and inoculation

- Other aseptic processes in the biotech and parenteral industries.

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이러한 각 프로세스는 aseptic process simulation을 유용하게 만드는 고유한 요구사항을 가지고 있다.

 

SETTING UP AN ASEPTIC PROCESS SIMULATION PROGRAM

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Aseptic process simulation은 새 설비에 대한 전체 공정 검증 프로그램의 일부여야 한다. 이 프로그램은 설비 마스터 계획의 일부 또는 별도의 무균 처리 절차의 일부가 되어야 한다. aseptic process simulation program을 설정하기 위한 단계는 다음과 같다.

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* Aseptic process 정의: 제조 공정을 검토하여 무균 공정의 수와 무균 단위 작업 수를 확인 해야 한다.

* 각 Aseptic process에 대한 위험 평가(risk assessment) 수행: 각 Aseptic process에 대해 높은 수준의 위험 평가(risk assessment)를 수행하여 환자 안전 및 제품 품질에 미치는 영향을 확인 해야 한다. 최종 제품의 충전과 같은 비 멸균 제품을 초래할 수 있는 공정에 대하여 영양소를 반응기에 첨가하는 것과 같이 제품 손실을 유발할 수 있지만 환자에게 위험이 거의 없거나 전혀 없는 공정과 분리해야 한다.

* 제품의 미생물 오염 위험을 야기할 수 있는 key control points 및 key factor에 대한 각 프로세스 평가 고려해야 하며, 항목은 다음과 같다.

- 공정 시간

- 프로세스 관련 인원 수

- 프로세스와 관련된 변경 사항 또는 중단

- 라인 속도(해당하는 경우)

- 라인 구성

- 작업자 개입(예: 주입 라인에서 기울어진 병 제거, 중량 점검, 멸균된 물품을 수동으로 투입, 무균 샘플링 등)

- 동결건조, 제품 재순환 등과 같은 모든 특수 조건

 

* 각 무균 공정 시뮬레이션에 대한 실행 빈도 및 횟수 결정 일부 무균 프로세스 시뮬레이션은 생물 반응기나 발효기와 같은 새 장비를 시운전하는 동안 검증 활동으로만 수행될 수 있다. 그러나 대부분의 Aseptic process simulation은 보통 반년 단위로 정기적으로 수행될 것이다. 시설 시작 시 초기 qualification을 하는 동안, 우리는 proceeding, process validation 또는 conformance lot phase로 진행하기 전에 3회 media fill test를 수행 해야 한다.

* 이 단계에서 고려해야 할 것은 Aseptic process simulation program에 bracketing 또는 matrix 접근 방식을 사용하려는 경우이다. 예를 들어 무균 충전 공정의 경우, 라인 속도, 바이알 크기, 동결건조 제품과 같은 “Worst case”가 입증될 수 있어야 한다. 가장 큰 용기와 가장 작은 용기 사이의 중간 용기 크기처럼 더 Worst하지 않은 프로세스는 일상적인 제조 일정에서 가장 큰 용기와 가장 작은 용기 들에 대한 media fill test로 다루어질 수 있다.

* 각 Aseptic process simulation에 대한 배치 기록 또는 프로세스 지침 개발. 각 Aseptic process simulation에는 수행 방법에 대한 자세한 지침이 필요하다. 이것은 보통 무균 처리를 위한 전문적인 배치 기록 또는 제조 지침에 의해 이루어진다. 양호한 무균 배치 기록에는 제조 공정에서 관찰된 무균 처리 수 및 유형, 라인 속도, 공정 시간, 각 공정에 대한 무균 처리 영역의 인원 수, 실행 중 환경 모니터링, 프로세스 시뮬레이션에 사용되는 growth media, 배양 시간 및 온도 등이 포함된다.

* Aseptic process simulation 일정 수립 무균 주입과 같은 중요한 무균 프로세스에 대해 무균 시뮬레이션이 반기별로 필요하다. 이러한 것들은 일상적인 제조 공정의 일부로 간주될 수 있도록 일상적인 생산 일정에 포함되어야 한다. Aseptic process simulation 을 스케줄링 할 때, 모든 bracketing 또는 matrix 접근방식이 일상적으로 다루어지도록 라인 속도, 바이알 크기, 무균 처리 등과 같은 요인을 무균 프로세스 시뮬레이션에 스케줄링 해야 한다.

 

PERFORMING AN ASEPTIC PROCESS SIMULATION

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aseptic process simulation은 시뮬레이션을 위한 실제 제품 대신 media를 사용하여 가능한 한 원래의 프로세스를 가깝게 시뮬레이션해야 한다.

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aseptic process simulation의 첫 번째 단계는 growth media를 준비하는 것이다. 이것은 일반적으로 대두 카제인 소화배지(SCDM, soybean casein digest medium)이지만, thioglycollate, peptone 등과 같은 다른 media를 특별한 경우에 사용할 수 있다. 어떤 경우든, 우리는 growth promotion studies 뿐만 아니라 우리의 환경과 유사한 growth promotion studies를 수행해야만 할 것이다. 이 media는 처리 중인 제품을 나타내기 위해 나머지 시뮬레이션에 사용된다. media는 일반적으로 혼합된 다음 멸균 여과 또는 습열 멸균에 의해 멸균된다.

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aseptic process simulation에 사용되는 장비는 정상 공정에서와 같이 멸균 또는 소독해야 하며, 모든 보조 기구도 정상 공정에서 멸균 또는 소독해야 한다.

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media, 장비 및 보조 기구가 준비되면 운영자는 무균 기술, 일상적인 조작, 인원 수, 라인 속도, 공정 시간 등을 포함하여 최대한 원래의 프로세스에 가깝게 프로세스 시뮬레이션을 수행한다.

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media가 들어 있는 병, 앰플, 주사기 등 또는 bulk media는 적절한 온도(20-25°C에서는 보통 7일, 30-35°C에서는 7일)에서 14일 동안 채취하여 배양한다. 만약 성장이 없다면, media는 표준 테스트 유기체와 일상적인 환경 유기체를 사용하여 growth promotion studies를 실시한다. 성공적인 growth promotion studies에 대해서는 aseptic process simulation이 성공적이라고 간주할 수 있다.

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ASEPTIC PROCESS SIMULATION EXAMPLES

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다음 절에서는 aseptic process simulation의 몇 가지 예를 기술한다.

 

고속 충전 라인 (High Speed Filling Line)

고속 충전 라인(High Speed Filling Line)에 대해 고려해야 할 주요 항목은 Lot size와 공정 시간이다. 고속 충전 라인(High Speed Filling Line)은 2교대에 걸쳐 20만 바이알을 생산할 수 있다. 10분에서 20분에 걸쳐 5,000개의 바이알을 생산하는 것은 그 과정을 대표하는 것이 아니다. 프로세스를 좀 더 대표하는 것으로 run size를 늘리는 것을 고려해 볼 필요가 있다. 또한 짧은 이상사항으로 인하여 제조 라인의 중단이 길어질 수 있으므로 이를 고려하여 공정 시간을 늘려야 한다. 예를 들어, 하루에 20만 바이알을 실행하는 2교대 작업의 경우, 실행 시작 시 5,000 바이알, 교대 전 5,000 바이알, 교대 후 5,000 바이알, 퇴근 시 5,000 바이알을 모두 2만 바이알을 진행 할 수 있다. 기울어진 병 제거, 중량 검사, 라인 간극 등과 같은 전형적인 무균 조작은 20,000병 채우기 전체에 포함되어야 한다.

 

동결건조 제품 (Lyophilized Product)

동결건조기(Lyophilizer) 용량으로 인해 일반적으로 동결건조 제품(Lyophilized Product)의 Lot size는 일반적으로 작다. 5,000병 충전은 아마도 Media fill에 충분한 크기일 것이다. 동결건조 제품(Lyophilized Product)의 경우 Stopper의 부분 삽입(반타전)을 포함하여 일반적인 프로세스를 시뮬레이션하고 상온(20~25°C)에서 유지되는 동결건조기(Lyophilizer) Shelf에 바이알을 적재할 수 있다. 모든 바이알이 채워지면 동결건조기(Lyophilizer)는 밀봉되고, 동결건조기(Lyophilizer)에 진공 상태가 유지된다. 그런 다음 진공 상태가 해제되고 정상적인 이송 및 캡핑 프로세스가 시뮬레이션된다. 무균 처리 횟수, 시프트 변경, 라인 속도 등과 같은 일상적인 고려사항은 무균화된 제품에 대한 aseptic process simulation에 포함되어야 한다.

 

저속 충전 프로세스 (Low Speed Filling Process)

저속 충진 공정((Low Speed Filling Process)에서 고려해야 할 사항 중 하나는 Lot size가 5,000 단위 미만이 될 수 있다는 것이다. 가능하다면 5,000단위 충전을 수행할 것을 권고한다. 실제적이지 않은 경우 최대 Lot size를 진행하는 것이 좋다. Media fill 절차에 5,000개 미만의 공정을 진행 할 수 있는 근거를 가지고, 더 작은 크기의 공정 및 모든 완화 조치를 설명하는 것이 좋다. 규제 기관들이 우리의 Media fill 실행 크기에 대해 물을 것이기 때문에 서면으로 정당성을 확보하는 것이 중요하다.

 

반응기와 발효기 (Bioreactors and Fermenters)

이러한 유형의 aseptic process simulation은 대개 새로운 반응기나 발효기(Bioreactors and Fermenters)를 시운전하는 동안 또는 반응기나 발효기(Bioreactors and Fermenters)에 큰 변화가 있을 경우에만 수행된다. 이러한 유형의 aseptic process simulation은 내가 알고 있는 어떤 규정이나 가이드라인에서는 요구되지 않지만, 나는 제품 가공에 반응기나 발효기(Bioreactors and Fermenters)를 적용하기 전에 좋은 절차라고 생각한다. 이 시뮬레이션에서는 종배양을 위한 반응기(Bioreactors)의 내용물을 본배양을 위한 반응기(Bioreactors)로 전달, 무균 샘플링, 성장인자 또는 media의 이송, cell broth의 harvest tank로의 전달 등의 작업을 수행한다. 그 Media는 14일 동안 배양된 후 무균 여부를 검사한다. 일부 경우, 일반적인 무균 시험 절차에 따라 전체 media를 여과하고 필터에서 무균 시험을 할 수 있다. 이는 통상 Commissioning 및 verification 이기 때문에 충전 공정의 aseptic simulation 보다 테스트 수행 방식에 여유가 더 많다. 어떤 경우든 프로세스 시뮬레이션을 설계할 때 이 시뮬레이션의 목적(즉, 제품을 제조하기 전 최종 shakedown, 반응기나 발효기(Bioreactors and Fermenters) 오염 조사 등)을 신중하게 고려해야 한다.

 

VALIDATION IMPLICATIONS

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aseptic process simulation은 무균 상태로 제조된 제품 또는 aseptic process를 구현하기 전에 수행되는 중요한 validation 절차다. 성공적인 구현을 위해서는 aseptic process simulation의 신중한 고려와 설계가 필요하다.

 

GENERAL REFERENCES

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FDA, Guidance for Industry: Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing–Current Good Manufacturing Practice, 2004.

European Commission, Enterprise and Industry Directorate-General. EudraLex–The Rules Governing Medicinal Products in the European Union–Volume 4–EU Guidelines to Good Manufacturing Practice–Medicinal Products for Human and Veterinary Use, Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products (corrected version), 2008.