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制药实验室快速微生物检测方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-06-01
核心提示:根据相关法规的要求,医药制造企业不同于任何其他工业微生物部门,前者需要进行各种严格的常规微生物检测。且不仅需要确定检测什么,还需要确定采用什么检测方法。严格的监管法规虽然可以明确检测要求和步骤,但同时也限制了新技术的推广和应用。
   关键点
 
  快速检测方法显着缩短了检测时间
 
  增强了敏感性和特异性
 
  改善过程控制,缩短产品放行的时间
 
  【药企快速方法】
 
  根据相关法规的要求,医药制造企业不同于任何其他工业微生物部门,前者需要进行各种严格的常规微生物检测。且不仅需要确定检测什么,还需要确定采用什么检测方法。严格的监管法规虽然可以明确检测要求和步骤,但同时也限制了新技术的推广和应用。
 
  不过随着业内对于参数放行的深入研究,在基于“质量源于设计”,“风险预警”的理念下对产品在工艺研发过程中探索出的新方法,正在打破,或至少是削弱了这些障碍。
 
  “过程分析技术”(PAT)的推行是监管方法在适应技术发展上做出改变的很好例证。PAT的定义是“一种通过及时测量生产过程中的原料、加工材料以及流程的关键质量和性能属性来设计和控制制造系统,以确保最终的产品质量”。其目的是通过利用现代分析技术提高人们对工艺的理解,同时利用信息管理与分析工具来识别和控制影响工艺的关键参数。美国FDA的PAT倡议委员会和欧盟的欧洲药品管理局(EMEA)目前都在鼓励推行该方法。
 
  上述的变化趋势为药物实验室采用微生物快速检测方法(RMM)创造了有利的条件。随着RMM技术的发展,要求获得分析结果的时间越来越短,并最终有可能达到实时取得检测结果,而传统基于培养基的微生物分析技术获得结果慢,并不适合应用在过程分析技术(PAT)中。
 
  RMM技术的应用范围越来越广泛,因为不管对产品发布还是过程监控,及时的微生物数据都显得犹为重要。因此在医药行业中许多微生物学家和研究机构都将其视为研究重点,下文我们重点对商业化的RMM技术做些探讨:
 
  【潜在的应用领域】
 
  在医药制造业中,RMM最明显的应用是在完成产品的发布环节中,因为更快地获得结果便意味着更好的节约成本,同时RMM也可以在其他常规检测中发挥关键作用,包括在:原材料检测、工艺试验、微生物限度试验、生物负载评价、工艺水试验、环境监测、无菌检查等等。
 
  RMM在原材料分析、生物负载评估和环境监测等方面的应用均有助于PAT和参数放行的推行,另外还可以协助提供及时的趋势分析和污染问题的早期预警。在可预期的将来,该技术可用于连续性实时监控的制造过程,从而可从多方面节约生产成本。
 
  【技术】
 
  在过去的20-30年里,市场已经研发出了很多RMM技术。其中大多数RMM技术都推向了临床市场,其次是食品生产和水系统微生物学部门。但尽管如此,还是有技术特别针对药品领域,其中更有仅限于制药行业的技术。
 
  基于培养的技术
 
  传统培养方法主要依赖于检测生理生化增长指标。基于培养的RMM技术与传统方法不同,它基于可见的生长差异,一般情况下可以达到快速检测的目的,不过在检测微生物之前,常常需要一个短时间的富集阶段,特别是样本中含有少量污染的情况下。基于培养的RMM的例子有:
 
  ATP生物荧光法
 
  在医药产品和原材料中,三磷酸腺苷(ATP)生物荧光是一种成熟的评估污染水平的快速方法。该方法利用底物和酶(荧光素/荧光素酶)从生长的微生物中降解ATP并产生可见光,并将光信号通过亮度计进行测量。光的强度(总量)与微生物细胞数呈正比。
 
  该方法存在一定的局限性在于非微生物的ATP也能被检测到。目前已经有一些商业系统用于药物测试中,尤其是测试可过滤的样品,通常很少关注这类样品中的非微生物ATP。如果微生物含量很低(<100 CFU),在ATP荧光实验前,需要进行富集。常常在微生物ATP释放之前还需要加上降低非微生物ATP水平的步骤,通常使用的是酶或表面活性剂制剂。包括富集步骤在内,ATP生物荧光法检测常常需要24-48小时来完成。
 
  随着技术的发展,现在也有一些改进的ATP生物荧光法,通过采用专业的酶技术,可提高微生物ATP的生产量,并减少了25-50%的检测时间。
 
  比色法检测
 
  比色法检测基于的原理是:微生物在生长过程中的代谢物,尤其是二氧化碳常常会导致培养基的颜色变化。显然,可根据不同微生物之间存在的代谢差异而导致的培养基颜色差来达到检测的目的。虽然该方法检测范围有限,但能够检测大多数需氧菌和产酸细菌,如乳酸菌和酵母菌。比色法检测通过采用灵敏的颜色探测和分析技术,可在24-48小时内出结果。
 
  自体荧光检测
 
  所有活细胞在蓝色光灯下可自动发出荧光。根据此种特性,可通过观察固体表面生长的微生物菌落而达到检测目的。该技术尤其适用于可过滤的样品,在常规培养基中植入膜过滤器,随后通过采用高灵敏度的成像系统扫描来检测菌落,与传统的菌落计数方法相比,该方法可提前几天获得数据。
 
  在商业化的自动荧光检测系统中,通过采用大面积的CCD成像系统来检测生长中的微生物菌落,所用时间大约是传统培养方法的一半。该系统的优点是无损伤和符合药典方法,从而直接得到方法验证。
 
  基于生存能力的技术
 
  基于生存能力的RMM技术不是依赖于微生物的生长来检测污染,而是采用细胞标记技术来检测和定量不同的微生物。该方法具有在数分钟内探测包括酵母和霉菌在内广泛微生物的能力,但当微生物水平低(<10 CFU/ml)的时候,需要有富集步骤。
 
  目前基于该技术的商业产品基本上都是采用相似的技术。
 
  分子方法
 
  基于分子生物学的微生物检测系统在临床、食品以及制药行业中发展很迅速,聚合酶链式反应(PCR)是目前应用最为普遍的检测技术,主要通过特异性扩增微生物核酸片段来实现高特异性检测,另外通过与定量PCR联用,可以在几个小时内就得到结果。
 
  我所目前为企业提供的菌种检测鉴定服务中,也较多的采用分子方法。关于在制药领域使用基于分子的微生物鉴定方法,后续我们会有更详细的文章论述。
 
  内毒素检测
 
  内毒素是一种来源于革兰氏阴性细菌细胞壁的脂多糖。内毒素检测是微生物制药实验室的一项重要工作,一般通过经典的鲎试剂变形细胞溶解物(LAL)实验进行检测。运用精密电子元件的半自动快速检测系统也可用于内毒素的检测,据相关文献称其也能用于过程分析技术(PAT)中的实时检测。
 
  快速空气监测
 
  环境检测尤其是洁净区的空气微生物的检测是药品生产企业监测的必要项目。大多数微生物的空气取样系统依赖传统培养,并不能快速给出结果。不过随着技术的发展,相关生产商也开发了诸多仪器,可以加快这个进程。
 
  【综述】
 
  随着研究水平的发展和认知的改变,微生物的检测技术也一直在快速的发展,而过去新技术在推广上还可能会受到老的法规的制约,一直以来的审批困难被认为是RMM在医药制造推广的重要阻碍,可喜的是现在这种情况有相对有所缓解,尤其是在外国这种情况得到了很大改变。美国注射剂协会(PDA)为RMM的审批指导刊登了专门的工艺报告TR-33(更新至2013),而且美国和欧盟药典也有单独的章节为微生物指标 (USP 1223 和EP 5.1.6) 做出了说明。目前这两个章节都在审查中,在后续的更新版本中,对RMM的审批会采用与TR-33一致的方法。经FDA认证通过的替换方法和一些快速检测方法,将会越来越多的应用于市场,为企业带来福利。
 
 
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