-80℃深冷藏對無菌產品容器密封完整性的影響

 

活病毒疫苗、基因療法或含有活性細胞(細胞療法)的產品通常需要深冷藏才能保持穩定性或活性,或是在-80℃,甚至更低溫溫度(下降到-196℃)。研究表明,深冷藏存溫度會給傳統用于填充無菌藥品的西林瓶橡膠塞組合的容器密封完整性(CCI)帶來風險。

 

研究發現,在-80℃儲存后,在塞中有過壓現象,當注射器被插到這些西林瓶中時,柱塞向上移動,一旦注射器被移除,產品就會從被刺穿的孔中噴出,表明西林瓶內有相當大的正壓。這種情況不僅引起了對制劑的穩定性和有效性的關注,而且也引起了對醫療保健專業人員和病人的安全性的關注,特別是如果產品瓶中含有活病毒疫苗的話。

 

當使用激光頂空氣體分析對瓶進行正壓測試時,結果表明頂空條件與最初通過制造和瓶子密封工藝獲得的頂空條件有很大的不同。例如,20個西林瓶充滿了介質,并在大氣條件下密封。在干冰溫度(-80℃)下儲存一周后,用無損激光頂空氣體分析對西林瓶進行了分析,結果在圖1中顯示的是三個正壓的西林瓶,以及升高的二氧化碳和耗氧量。

 

圖1:頂空二氧化碳、氧氣和壓力測量,20瓶充滿介質并在大氣條件下密封,三個西林瓶的三個不同的頂空條件表明,這些西林瓶在干冰上儲存時暫時泄漏。

 

CCI在-80?C儲存期間的失敗是西林瓶正壓的根本原因

 

在干冰(-80℃)上儲存后,圖1中產生的西林瓶正壓是在深冷藏存期間CCI暫時失效的結果。在這個儲存期內,寒冷、稠密的二氧化碳氣體進入泄漏的西林瓶,取代了最初的空氣頂空,儲存中的寒冷稠密二氧化碳重新密封西林瓶后氣體被捕捉,一旦從冷藏庫中取出并達到室溫 ,這就導致缺氧,二氧化碳含量升高,總壓力水平升高。

 

有幾種情況導致CCI暫時失效, 常用的丁基橡膠塞在這些低溫下失去了彈性,因為玻璃化轉變溫度(Tg)橡膠配方介于兩者之間-55℃和-70℃。在一定的溫度范圍內,橡膠塞變脆。此外,由于熱膨脹率的不同,包裝部件以不同的速率收縮材料(玻璃瓶、橡膠塞、金屬卷曲)導致材料界面可能存在間隙。圖2顯示了一幅x射線斷層掃描圖像,顯示在低溫條件下橡膠塞的收縮率約為 8.5%。大多數這種收縮發生在溫度高于tg情況下。相比之下,硼硅酸鹽玻璃瓶的體積收縮將減少一個數量級。當橡膠塞失去彈性時,如果密封表面之間由于材料而出現間隙收縮,存在密封完整性可能丟失的風險。

圖2:一幅X射線斷層掃描圖像,顯示橡膠塞在低溫條件下的收縮, 藍線顯示室溫下塞的形式。

 

此外,隨著溫度從室溫(RT)下降到-80℃,西林瓶中的頂空氣體壓力從1atm下降到0.66atm,導致與儲存環境的壓差。如果CCI 在-80℃儲存時丟失,則非無菌性冷致密氣體從儲存環境(即80℃冷柜的空氣或干冰中的二氧化碳)迅速泄漏到儲存的西林瓶中, 當泄漏的西林瓶被取出冷藏,并升溫到高于溫度玻璃轉化溫度時,膠塞恢復彈性,包裝部件擴展到它們的原始形式,樣品被重新密封,從內部儲存環境中捕獲寒冷、致密的氣體,隨著西林瓶溫度不斷升高,正壓在西林瓶中積聚。這種暫時性泄漏可能會危及藥品的穩定性和無菌性,傳統的CCI檢測方法不會檢測到。

 

降低CCI在-80℃存儲期間失敗的風險

 

在-80℃存儲期間,有幾種方法可以降低CCI失敗的風險:

 

1. 需要實施適當的CCI測試方法的穩健包裝開發研究來選擇適當的西林瓶/塞組合,并在深冷貯藏過程中證明密封性能。

 

2. 此外,研究表明,穩健的軋蓋能夠持續實現適當的膠塞壓縮,從而最大限度地降低了CCI失效的風險。在深低溫儲存過程中,瓶蓋松的瓶子比瓶蓋緊的瓶子更容易出現CCI問題,使用殘余密封力(RSF)測試可以幫助確定軋蓋線的質量

 

3. 最后,聚合物小瓶越來越多地被考慮用于深低溫儲存,聚合物小瓶的收縮速度與橡膠塞相似,有證據表明,聚合物-聚合物界面在深低溫儲存期間能夠保持良好的密封性。

 

 

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