Giới thiệu
Các khoản đầu tư lớn trên toàn chuỗi giá trị sản xuất sinh học – từ nghiên cứu và phát triển (R&D) đến công nghiệp hóa và chuyển đổi sản xuất – là nguyên nhân chính dẫn đến sự bùng nổ của công nghệ sinh học ở châu Âu, nhằm tăng tính cạnh tranh và bắt kịp với các khu vực khác như Hoa Kỳ.
Trong bối cảnh này, việc tối ưu hóa kiểm soát các quy trình sản xuất sinh học và giám sát môi trường của ngành công nghiệp dược sinh học là cốt lõi để hỗ trợ khả năng cạnh tranh của các công ty và không còn làm cho kiểm soát chất lượng trở thành thách thức trong chuỗi giá trị của sản xuất sinh học, mà thay vào đó trở thành giá trị gia tăng thực sự.
Giải pháp kiểm soát vi sinh như giám sát môi trường, kiểm tra tải lượng vi sinh, phát hiện mycoplasma, kiểm tra vô trùng trong quá trình, kiểm tra vô trùng trên sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra độc tố nội bào của vi khuẩn, mô phỏng quy trình vô trùng, cũng như xác định các yếu tố ô nhiễm, v.v. là một phần không đầy đủ của Hệ thống Giám sát Chất lượng Smart (SQM) có thể được thiết lập trong ngành dược phẩm.
Trong quy trình kiểm soát vi sinh SQM thường xuyên trong sản xuất sinh học hoặc sản xuất các sản phẩm y tế tiên tiến (ATMP), có 3 ứng dụng chính cho công nghệ vi sinh nhanh và/hoặc tự động:
- Giám sát môi trường (EM)
- Kiểm soát quá trình (IPC)
- Kiểm soát sản phẩm hoàn chỉnh
Giám sát môi trường (EM)
Các yêu cầu quy định về phân loại và giám sát phòng sạch được mô tả chi tiết trong các tài liệu tham khảo khác nhau như Thực hành sản xuất tốt GMP (EU GMP Annex 1), hướng dẫn của FDA “cGMP Guidance for industry”, các chương của Dược điển như USP <1116> Kiểm soát vi sinh và Giám sát môi trường xử lý vô trùng, tiêu chuẩn ISO 14644 & 14698 và Báo cáo kỹ thuật PDA – TR13 “Cơ sở của chương trình giám sát môi trường”. Những tài liệu tham khảo này mô tả EM là yếu tố quan trọng để đảm bảo rằng các môi trường sản xuất vô trùng được giữ khỏi sự ô nhiễm vi sinh tiềm ẩn, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn hoàn chỉnh của dữ liệu liên quan đến mẫu từ quá trình thu thập đến khi xác định được tác nhân gây ô nhiễm.
Phương pháp tham khảo để giám sát sự ô nhiễm phòng sạch là sử dụng các đĩa môi trường cấy đã được chiếu xạ với các kích cỡ khác nhau (90mm và tiếp xúc/55mm), giúp thu hồi được các vi sinh vật môi trường theo công thức môi trường khác nhau. Sau khi lấy mẫu trong phòng sạch và đĩa môi trường cấy được vận chuyển đến phòng thí nghiệm Kiểm soát Chất lượng, quá trình kiểm tra đĩa sẽ bắt đầu sau khi ủ ở nhiệt độ và thời gian thích hợp, bằng cách đếm số lượng Đơn vị hình thành khuẩn lạc (CFU) trên bề mặt môi trường bởi chuyên viên. Để có thể nhìn thấy và “phát hiện”, vi sinh vật phải phát triển thành các khuẩn lạc có kích thước đủ lớn để có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Kiểm soát EM và số lượng là một quy trình hoàn toàn thủ công và trực quan, được thực hiện bởi người có khả năng đếm mặc dù đã được đào tạo nhưng vẫn có thể thay đổi theo tự nhiên.
Phụ lục 1 của GMP khuyến khích sử dụng các phương pháp tự động hóa và các phương pháp thay thế để kiểm soát vi sinh trong môi trường sản xuất sinh học.
Lỗi đếm khuẩn lạc
(Sutton, Leblanc) đã công bố bằng chứng về sự biến đổi tự nhiên giữa các nhân viên có trình độ thực hiện việc kiểm tra trực quan các đĩa môi trường cấy EM. Ngoài ra, trong giai đoạn từ năm 2011 đến 2018, trong tất cả các Thư Cảnh Báo của FDA về các thực hành không đúng liên quan đến việc sử dụng môi trường cấy trong EM, 50% liên quan đến các lỗi đếm khuẩn lạc!
Tính chất thủ công và sự chủ quan của con người trong việc phân tích phát hiện các “sự kiện” vi sinh nhỏ trên đĩa môi trường cấy có thể gây ra các vấn đề về kết quả dương tính giả (FP) hoặc âm tính giả (FN) trong quá trình đếm khuẩn lạc trên đĩa Petri. Tác động của FP có thể là công nghiệp và kinh tế, nhưng cực kỳ nghiêm trọng về Y tế Cộng đồng với kết quả FN nếu các yếu tố ô nhiễm không được phát hiện trong môi trường sản xuất các sản phẩm tiêm ở kiểm soát môi trường Lớp A hoặc trong các phòng cách ly.
1.Scott Sutton, “Accuracy of Plate Counts”, Journal of Validation Technology, Vol. 17 n°3, pp. 42-46, 2011
2. Leblanc et al. “Determination Of The Variability Of Reading Petri Plates Manually: The Influence Of Size, Appearance And Location Of Events On A Petri Plate Are Examined In This MultiOperator, Multi-Laboratory Study”, PDA Microbiology conference, October 2018
Truy xuất nguồn gốc và tính toàn vẹn dữ liệu
Hơn nữa, phương pháp thủ công tham khảo này cũng dễ gặp nhiều lỗi liên quan đến việc truy xuất nguồn gốc và tính toàn vẹn của dữ liệu, do nhiều nguyên nhân khác nhau như chữ viết tay của nhân viên và việc ghi chép thủ công lên đĩa môi trường cấy hoặc trên giấy. Do đó, tính toàn vẹn của dữ liệu không thể được bảo đảm hoàn toàn. Một phân tích các Thư Cảnh Báo của FDA được thực hiện trong giai đoạn từ 2013 đến 2018 cho thấy tỷ lệ các vấn đề liên quan đến “Tính toàn vẹn dữ liệu” đã tăng từ gần 25% lên 45%, điều này trong thời gian quan sát chiếm hơn 1/3 các thiếu sót đã được ghi nhận!
Trong suốt quá trình EM, có thể xác định nhiều lỗi, ví dụ:
- Lỗi trong việc chuẩn bị nhãn
- Lỗi ghi chép thủ công của nhân viên
- Ghi chép thủ công lên đĩa môi trường cấy EM và/hoặc phiếu lấy mẫu
- Sử dụng môi trường cấy không phù hợp
- Không tuân thủ hoặc không ghi lại thời gian lấy mẫu
- Không tuân thủ điểm lấy mẫu
- Sử dụng môi trường cấy đã hết hạn
- Đĩa môi trường cấy bị mất trong quá trình vận chuyển
- Nguy cơ nhân đôi việc sao chép thông tin không chính xác (trên phiếu lấy mẫu hoặc trong các tệp Excel hoặc hệ thống LIMS)
- Chu kỳ ủ không chính xác
- Hiệu suất đọc biến đổi tùy thuộc vào nhân viên
Tất cả những hạn chế trong suốt quá trình giám sát môi trường (EM) chỉ có thể được khắc phục bằng cách triển khai các giải pháp kỹ thuật số và tự động hóa, chẳng hạn như phần mềm kiểm soát môi trường, hệ thống ủ tự động và hệ thống đếm khuẩn lạc tự động trên các đĩa môi trường cấy EM.
Phương pháp vi sinh tự động cho giám sát môi trường (EM)
Tự động hóa quá trình giám sát môi trường (EM) đòi hỏi phải vận hành toàn bộ chuỗi giá trị của kiểm soát môi trường: từ việc cung cấp đĩa Petri đến việc phê duyệt kết quả đếm khuẩn lạc sau khi ủ, tất cả dữ liệu phải được theo dõi và kiểm soát để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, đồng thời hạn chế và chuẩn hóa số lượng thao tác của con người. Giải pháp tự động hóa EM để khắc phục các vấn đề này hiện đã khả thi với các giải pháp tích hợp hoàn toàn.
bioMérieux đã phát triển và xác nhận một giải pháp quản lý EM hoàn chỉnh bao quát toàn bộ quy trình EM: phần mềm 3P® CONNECT quản lý việc lập kế hoạch và truy xuất nguồn gốc dữ liệu, và hệ thống 3P® STATION cho phép ủ ở các nhiệt độ khác nhau và đếm tự động khuẩn lạc trên đĩa Petri với các cảnh báo sớm để tăng tính phản ứng nhanh hơn.
Giải pháp này đã được tối ưu hóa với sự tham gia của một nhóm các nhà sản xuất dược phẩm (3,4), những người đã cùng phát triển giải pháp với bioMérieux để đạt được thiết kế vận hành và công nghiệp hóa, quan trọng nhất là đạt và chứng minh được hiệu suất cao đã được xác nhận, ít nhất tương đương với phân tích của con người.
3. Lucile Plourde-Owobi (Sanofi Pasteur) & Arnaud Paris (bioMérieux) “ From Variable Operator Numeration To The Standardized 3P® Station Automated Colony Counting On Environmental Monitoring Culture Media Plates”, Juillet 2020, La Vague n°66 – Microbiologie & Eau
4. Lucile Plourde-Owobi (Sanofi Pasteur) & Arnaud Paris (bioMérieux) “Automatisation et digitalisation des contrôles environnementaux : partenariat industriel et synergie R&D pour accélérer l’innovation technologique et renforcer l’intégrité des données”, Les Journées 2020 POLEPHARMA du Biotesting – Enjeux du “Time to Release” des Biothérapies
Giải quyết vấn đề truy xuất nguồn gốc
Tại các giai đoạn khác nhau của kiểm soát EM (Hình 1) – Lập kế hoạch, Chuẩn bị, Lấy mẫu, Vận chuyển, Tiếp nhận & Ủ, Đọc & Phê duyệt, Báo cáo Dữ liệu – các thao tác thủ công trước đây giờ có thể được tự động hóa và số hóa thông qua việc sử dụng phần mềm quản lý EM như 3P® CONNECT, cùng với việc tự động hóa và tiêu chuẩn hóa quá trình ủ và đếm khuẩn lạc bằng 3P® STATION, cũng cho phép truy cập tất cả dữ liệu và hình ảnh để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
Do đó, trong toàn bộ quy trình EM, gần 40% các bước thủ công và giá trị gia tăng thấp có thể được loại bỏ, giảm thiểu nguy cơ mất thông tin và các vấn đề về truy xuất/tính toàn vẹn của dữ liệu. Điều này giúp bảo đảm 100% các khoảng trống quan trọng về tính toàn vẹn dữ liệu đã được xác định. Thực tế, việc loại bỏ tài liệu giấy, tính toàn vẹn dữ liệu, truy xuất nguồn gốc của tất cả mẫu, khả năng thực hiện kiểm toán (theo 21 CFR Phần 11), cũng như các công cụ phân tích xu hướng và phát hành báo cáo đều là những yếu tố tăng cường kiểm soát EM và đảm bảo an ninh.
Cuối cùng, việc tích hợp giải pháp này với LIMS (Hệ thống quản lý thông tin phòng thí nghiệm) đang được sử dụng hiện tại giúp dễ dàng tích hợp vào mô hình quản lý toàn cầu về truy xuất nguồn gốc dữ liệu và giám sát chương trình EM trong thời gian thực.
Giải quyết vấn đề về hiệu quả công nghiệp
Một nghiên cứu cho thấy rằng thời gian tiết kiệm được nhờ số hóa có thể lên đến gần 3 phút cho mỗi đĩa môi trường cấy được phân tích. Nghiên cứu này được thực hiện tại một dây chuyền sản xuất và phòng thí nghiệm Kiểm soát Chất lượng của một địa điểm sản xuất, và gần 99% quy trình EM đã được đánh giá với việc sử dụng phần mềm 3P® CONNECT.
Với các chương trình EM từ vài trăm đến hàng chục nghìn đĩa môi trường cấy tùy thuộc vào địa điểm sản xuất, việc tiết kiệm thời gian nhờ quá trình tự động hóa có thể cải thiện đáng kể hiệu quả toàn diện của địa điểm.
Cuối cùng, các nghiên cứu công nghiệp đang được tiến hành về việc sử dụng một nhiệt độ ủ duy nhất và thời gian ủ ngắn hơn cho các đĩa môi trường cấy trong EM để tiếp tục tối ưu hóa quy trình EM. Mục tiêu là tăng tính linh hoạt và hiệu quả từ góc độ công nghiệp. Việc tự động hóa quá trình ủ ở một nhiệt độ duy nhất và đếm khuẩn lạc tự động trên đĩa môi trường cấy có thể giúp giảm thời gian ủ từ 1 đến 2 ngày, ví dụ trong chu kỳ ủ 7 ngày, giảm gần 30% thời gian chu kỳ ủ, điều này mang lại lợi ích đáng kể về hiệu quả công nghiệp.
Tóm tắt về giám sát môi trường (EM)
Về giám sát môi trường (EM), tùy thuộc vào các địa điểm sản xuất, hàng trăm nghìn kiểm soát có thể được thực hiện hàng năm trên các đĩa môi trường cấy để đảm bảo tình trạng kiểm soát ô nhiễm của tất cả các khu vực sản xuất (Lớp A, B, C, D). Theo cách truyền thống, các kiểm soát EM yêu cầu phải chờ vi sinh vật phát triển, quản lý các quá trình ủ ở các nhiệt độ khác nhau và đếm CFU trên mỗi đĩa một cách thủ công. Trước khi lấy mẫu và phân tích kết quả sau ủ, việc lập kế hoạch và quản lý thủ công toàn bộ quy trình EM cũng là những điểm quan trọng gây ra các vấn đề về tính toàn vẹn dữ liệu và truy xuất nguồn gốc của tất cả dữ liệu.
Phương pháp này dễ gặp phải nhiều lỗi tiềm ẩn do đặc điểm thủ công của chúng, chẳng hạn như các lỗi nghiêm trọng về FP hoặc FN trong bước đếm CFU của các kỹ thuật viên Kiểm soát Chất lượng, cũng như các vấn đề về truy xuất nguồn gốc và quản lý tính toàn vẹn dữ liệu
Do đó, các giải pháp quản lý EM như 3P® CONNECT, từ việc lập kế hoạch lấy mẫu đến đếm tự động với hệ thống 3P® STATION, là cần thiết để khắc phục các vấn đề đã được xác định trong suốt quy trình.
Các giải pháp vi sinh tự động và đã được xác nhận hiện nay cho phép đạt được kết quả tiêu chuẩn hóa và nhanh hơn so với các phương pháp thủ công. Nó có thể quản lý các nhiệt độ ủ khác nhau và các chu kỳ ủ khác nhau để tái tạo các quy trình giống như các quy trình hiện tại đang được áp dụng: do đó không phải là phương pháp thay thế mà chỉ là tự động hóa phương pháp truyền thống đang được sử dụng bởi các nhà sản xuất dược phẩm sinh học. Nó cho phép có được kết quả nhanh hơn, đáng tin cậy hơn và cải thiện khả năng truy xuất thông tin, đặc biệt là để khởi xướng các cuộc kiểm tra hoặc các hành động phòng ngừa/cải tiến nếu cần thiết.
Ngành công nghiệp dược phẩm sinh học nên xem xét việc triển khai quy mô lớn các giải pháp tự động hóa này, thay thế phương pháp thủ công truyền thống và có nhiều rủi ro.
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các Thiết bị giám sát môi trường hãng BioMérieux.
EN