制药用水系统中的内毒素管理：全面解析来源、检测方法与控制策略

在制药行业，用于生产药物的水的纯度和安全性至关重要。需要严格控制的水质的一个关键方面是内毒素水平。内毒素作为革兰氏阴性细菌细胞壁主要成分，是强效热原，可引起人类严重的免疫反应和中毒性休克。这些脂多糖 (LPS) 是制药用水系统中的重要污染物，对产品安全和功效构成风险。因此，控制制药用水中的内毒素水平不仅是监管要求，更是确保患者安全和药物疗效的关键。本文将深入探讨内毒素的来源、性质、检测方法和控制策略，重点关注其对制药用水质量的影响及管理方法。

监管标准

美国药典 (USP)、欧洲药典 (EP) 和世界卫生组织 (WHO) 等权威机构对制药用水中的内毒素水平制定了严格的限制标准。例如，USP 规定注射用水 (WFI) 的細菌内毒素水平不得超过每毫升 0.25 个内毒素单位 (EU)。遵守这些标准不仅是法规要求，更是维护患者信任和安全基石。
 

内毒素的来源

内毒素在制药用水系统中的来源多样，主要源自水净化系统各个环节中细菌形成的生物膜，这包括预处理单元、分配系统和使用点 (POU) 设备。常见来源包括反渗透 (RO) 系统、去离子 (DI) 床和蒸馏器，其中生物膜可以在停滞条件下形成。值得注意的是，内毒素不仅在细菌生长期间释放，细胞死亡后也会继续释放，这使得内毒素完全去除和检测变得更加复杂。
 

内毒素的性质

内毒素的分子结构由脂质成分（脂质A）和多糖成分组成，这种独特的结构赋予了他们强大的生物活性。内毒素的分子量通常在 3,000 至 25,000 道尔顿，但在水环境中，这些分子能够聚集形成高达 1,000,000 道尔顿的胶束。胶束让内毒素具有极强的耐热性，能在高温环境杀死产生他们的细菌的条件下仍然存活。较低分子的细菌内毒素可被强氧化剂破坏、通过脂质水解或碳水化合物降解来失活，高温环境也具备同样的效果。

控制内毒素水平的策略

控制制药用水系统中的内毒素需要采用多方位的策略，包括去除技术和预防措施。采用超滤、反渗透和蒸馏等技术去除进水中的内毒素。此外，纯化过程中还使用吸附方法和相变分离。防止生物膜形成至关重要，需要定期进行系统消毒和检测。

1. 源水控制和处理：

• 预过滤：通过去除进水源中的颗粒物和细菌，可以显著降低内毒素水平；
• 反渗透 (RO)：RO 系统可有效去除细菌及其内毒素。 RO 系统中的半透膜可以阻挡大于 0.001 微米的颗粒，有效降低内毒素水平；
• 蒸馏：蒸馏是生产低内毒素水平水的最有效方法之一，适用于注射用水的制备。

 

 2. 系统设计和维护：

• 材料选择：水系统中应使用不易被细菌定植和形成生物膜的材料，如高质量不锈钢；
• 定期消毒：定期清洁和消毒水系统可防止生物膜积聚，而生物膜是内毒素的常见来源；
• 循环系统：保持水处于持续循环和高温状态，抑制细菌生长和内毒素形成。

细菌内毒素检测

细菌内毒素的检测已取得显著进展，鲎试剂测试已成为各国药典的标准方法。该测试利用鲎血液中对细菌内毒素敏感的成分，在细菌内毒素存在时发生凝结反应。此检测对确保药品生产中使用的水符合安全标准至关重要。检测方法包括凝胶监测和可定量的光度检测技术，例如浊度法和显色法。此外，新兴的检测技术，如威立雅Sievers分析仪的Eclipse细菌内毒素检测仪，为细菌内毒素的高校检测提供了可能。传统的细菌内毒素检测非常耗时、容易出错且操作难度高，同时需要耗费大量资源，可选的传统定量检测方法包括：传统96孔微孔板测定，采用手动操作且对人体工学很不友好；采用多个软件来控制仪器的机器人自动化检测，容易出错，并仍需要许多液体处理步骤；近年来，重组技术已得到普及，但它们尚未在全球范围内被视为符合药典的技术。对于手动移液步骤，用户仍然容易出现错误。此外，这些不同的方法在检测速度、占地面积、动手操作时间、验证复杂性、可持续性和合规性方面都有改进的空间。

Sievers Eclipse细菌内毒素检测仪采用微流控技术能使用户在10分钟内建立完全合规的检测，并减少90%的鲎试剂用量且仅需要55 μL样品。采用此仪器，细菌内毒素检测变得简单、容易、合规，并且可以根据用户选择使用市售的动态显色、动态浊度试剂进行。用户不需要自己制作标准曲线——它已经与阳性产品对照（PPC）一起预置在微孔板上。

其优点包括：

• 更快的周转时间、最少的培训和更高的可持续性；

• 与96孔板相比，由于检测设置时间在5-10分钟，操作人员动手时间更短，人为错误可能性更低，移液步骤减少89%；

• 由于细菌内毒素检测程序更简单、快速，从而能够轻松培训生产技术人员和分析人员；
• 直观、高度可定制的软件，完全符合21 CFR Part 11规定；
• 减少冷室存储——在室温下存储微孔板，并减少在2-8℃条件下存储所需的试剂数量；
• 增强可持续性——减少鲎试剂用量（每个微孔板检测21个样品仅需1 mL鲎试剂）。

 

Sievers Eclipse细菌内毒素检测仪
最多减少90%的鲎试剂用量
也可使用重组级联试剂（rCR）

- 定期取样：频繁的水质测试可及早发现内毒素峰值并评估系统的控制措施。

测定控制和水规格

为确保内毒素检测结果的可靠性，使用特定的检测对照至关重要。其中包括用于验证试剂适用性的阴性对照和用于确认 LAL 测试灵敏度的阳性对照。制药工艺中使用的水必须符合严格的内毒素规格，例如：注射用水 (WFI) 和其他类型的纯化水的内毒素水平通常要求低于 0.25 EU/mL。
 

量身定制的解决方案

对于需要专业协助管理制药用水中内毒素水平的企业，水处理专家（如威立雅水务技术）可提供量身定制的解决方案。这些解决方案结合了先进的水处理技术、系统设计优化和专业的运营维护服务，确保制药厂能够持续达到并维持监管机构要求的严格纯度标准。

结论

制药用水中内毒素水平的有效控制是确保药品安全性和功效的关键环节。通过综合运用先进的过滤技术、优化的系统设计、严格的维护程序和持续的监控，制药企业可以有效管理内毒素水平。遵守监管准则并实施内毒素控制最佳实践不仅有助于满足法规要求，更能从根本上保障患者的健康，彰显行业对提供安全、高质量药品的坚定承诺。