无菌工艺模拟是无菌药品生产验证的基石，其核心在于通过培养基模拟灌装，证明整个无菌工艺过程能够持续生产出无菌产品。PDA Technical Report No. 22 (Revised 2025) 《无菌灌装产品的工艺模拟》作为该领域的权威指南，系统性地阐述了APS的设计、执行与评估原则。随着技术进步，隔离器和限制访问屏障系统因其卓越的污染控制能力而广泛应用。然而，二者在设计与运行原理上的本质区别，决定了其APS策略必须差异化对待。本文旨在通过学习TR22中对隔离器与RABS系统的APS要求，从风险基础、设计灵活性、最差条件、干预模拟、运行时长及环境监测等几个维度进行对比与理解。

一. APS的基本原则与屏障系统的演进

无菌工艺模拟，又称培养基灌装，是“对整个无菌生产工艺进行模拟，以证明该工艺保证产品无菌的能力”（TR22, 第4页）。它模拟了从产品、设备、容器密封件灭菌后开始，直至容器密封的所有关键无菌操作。其根本目的是通过使用微生物生长培养基替代产品，来挑战整个无菌工艺链，包括设备表面、环境、人员操作及干预，从而评估工艺过程在防止微生物污染方面的整体能力。

传统的无菌灌装线依赖于开放式洁净室环境，人员是最大的污染源。为了最大限度地降低人员带来的风险，屏障技术应运而生。TR22明确区分了两种主要的屏障系统：限制访问屏障系统RABS和隔离器Isolator。

• 限制访问屏障系统：“提供一个封闭但未完全密封的环境……使用刚性壁外壳和集成手套将其内部与周围洁净室环境分离。”（TR22, 第7页）。RABS可以分为开放式（oRABS，允许与周围环境空气交换）和封闭式（cRABS，防止空气交换）。尽管RABS提供了物理隔离，但其门在严格预定义条件下仍可能被打开，这意味着人员干预的风险虽然降低，但依然存在。

• 隔离器：“一个经过净化、符合A级/ISO 5级条件的密闭环境……提供其内部与外部环境不受影响的持续隔离。”（TR22, 第15页）。隔离器通过验证的去污循环（如汽化过氧化氢）对其内部进行生物去污，并通过手套操作、快速转移端口等技术，在整个操作过程中实现操作员与关键区域的完全物理分离。

TR22强调，APS的设计应基于质量风险管理原则，并且“对于提供稳健分离（通过设计内置）和持续提高产品保护水平的屏障系统，APS设计（例如，持续时间等）可能具有灵活性”（TR22, 第10页）。正是这种设计理念的根本不同，导致了对隔离器和RABS的APS要求存在显著差异。

二. 风险基础与设计灵活性的根本差异

TR22通篇贯穿着风险管理的理念。APS的设计、执行和频率都应基于对工艺风险的充分理解。隔离器和RABS在固有风险水平上的差异，是决定其APS设计灵活性的首要因素。

隔离器：基于极低固有风险的灵活性设计

由于隔离器实现了操作员与工艺环境的完全物理隔离，其固有污染风险被评估为“极低”。TR22指出：“在隔离器中进行的工艺由于缺乏直接人员干预，污染风险较低，因此，可按整体操作比例减少模拟单位量。”（TR22, 第12页）。

这种低风险特性为APS设计带来了显著的灵活性：

• 模拟单位数量：TR22建议通常灌装不建议少于10,000 个完整单元，但明确指出：“对于商业批次较大的APS，定期将空瓶送入系统进行处理，有助于更准确地模拟实际添加数量和生产线活动水平。”（TR22, 第33页）。这意味着，为了模拟长时间运行，企业可以灌装部分培养基单位，同时运行大量空瓶或灌装WFI瓶，以维持生产线活动和机械挑战，而无需培养和检查海量的培养基单位。但报告也强调，最终只有灌装了培养基的单位才计入APS验收要求。

• “捎带（piggyback）APS”策略：TR22认可了“捎带”APS（即在一个生产活动末期进行培养基灌装）的广泛应用，尤其是在隔离器和长程生产活动中（TR22, 第34页）。。例如，某公司若将三批次生产扩展至四批次，需先完成三个正常产品批次的灌装，随后在第四批次中灌装培养基替代产品。这种方式可以有效评估长时间运行对工艺的累积影响，而无需进行全程培养基灌装。但TR22也谨慎地指出，“捎带APS只能被视为APS策略的一部分，而不能作为独立的APS验证”（TR22, 第34页），必须辅以其他模拟工艺起始阶段的APS运行。

RABS：基于风险受控的标准化设计

RABS虽然降低了风险，但并未消除。因此，其APS设计的灵活性远低于隔离器。TR22对RABS的APS要求更接近于传统洁净室线路，强调代表性和全面性。

• 模拟要求：“对于涉及RABS的APS，必须采用与其他无菌灌装线相同的标准。”（TR22, 第33页）。这意味着，APS必须全面模拟所有工艺步骤和干预。

• 开门干预：TR22特别强调，“不应使用APS来证明频繁打开RABS门的合理性”（TR22, 第33页）。开门干预必须被视为例外情况，并需要通过气流可视化研究证明其不会将低级别空气侵入RABS外壳内部。所有允许的干预，尤其是开门干预，都必须在APS中以相似的频率和持续时间进行模拟。

因此，从风险基础看，隔离器因其“封闭与自动净化”特性，享有更高的APS设计自由度；而RABS则因其“有限隔离与潜在开门风险”，需遵循更严格、更全面的模拟标准。这种差异直接体现在模拟单位数量、运行策略和干预挑战的严格程度上。

三. “最差条件”选择的显著区别

“最差条件”是APS设计中至关重要的概念，指的是一组“在标准操作参数内，包含上下工艺限度和情况，构成工艺或产品失败最大机会的条件”（TR22, 第7页）。隔离器和RABS由于其环境控制方式的不同，其“最差条件”的定义也存在明显区别。

• 隔离器：最差条件与人员脱钩

在隔离器中，关键区域与环境完全隔离，因此许多与传统洁净室相关的最差条件不再适用。

• 人员因素：TR22明确指出：“因为无菌工艺空间在灌装过程中与周围房间和操作员完全分离，允许在隔离器所在房间的最大人数或操作班次变化的影响不是相关的最终条件。”（TR22, 第33页）。

• 设备与操作因素：隔离器的最差条件更侧重于：

1. 同时操作：“然而，如果多名操作员同时与隔离器交互（使用手套口），这可能代表与压力或气流相关的最终情况。”（TR22, 第33页）。

2. 运行时长：对于长程或连续生产，最差条件可能是最长的已验证运行时间或最大批次数量，以评估系统在持续运行下的稳定性。

3. 物料转移与手套使用：最大频率的物料通过RTP转移，以及手套的完整性在长期使用后的状况，都可能被视为最差条件的一部分。

   
   

• RABS：最差条件仍需涵盖传统因素

而对于RABS，由于其与背景环境并非完全隔绝，传统的最差条件大多仍然适用。

• 人员因素：TR22以示例说明，“执行APS时使用最大数量的操作员通常被认为是最差情况，因为操作员是无菌工艺中微生物污染的最大来源。”（TR22, 第10页）。同时，班次变化、人员更迭带来的活动增加，也应被视为最差条件。

• 工艺因素：最大无菌保持时间、最慢灌装速度（最大容器开口暴露时间）、最高灌装速度（最难处理容器）、以及最大数量的干预等，都是RABS线路需要考虑的最差条件（TR22, 第10页）。

  
  

可见，在定义最差条件时，隔离器的焦点从“人员与环境的交互”转向了“系统自身的极限与多重交互”，而RABS则必须继续将人员相关的变量作为核心挑战对象。这要求企业在风险评估中必须基于系统的具体设计进行判断，而不能套用统一模板。

四. 干预的模拟：风险分级与频率策略

干预是APS挑战的核心。TR22对干预进行了详细分类（固有干预与纠正干预）和风险评估指导，其模拟策略在隔离器和RABS上也体现出不同。

• 干预的确认与分类

TR22强调，所有干预必须在执行前经过严格确效验证，包括风险评估、程序设计、人员培训、气流可视化研究等（TR22, 第18-19页）。干预分为：

• 固有干预：“是无菌工艺的一个组成部分，为设置或常规操作和/或监控所需。”（TR22, 第5页），如设备安装、组件添加、环境监测。

• 纠正干预：“为纠正或调整无菌工艺而在其执行过程中执行。”（TR22, 第5页），如清除卡住的组件、更换零件。

  
  

• 隔离器的干预模拟

• 低风险特性：隔离器中的所有干预均通过手套口或RTP进行，不与房间环境直接相通，因此其固有风险较低。

• 模拟重点：APS必须模拟所有允许的干预。但由于风险较低，对于一些低风险、高频次的干预，在APS中模拟的次数可以少于其在实际生产中发生的次数（基于风险评估）。TR22附录中的示例3和4展示了如何使用风险评分矩阵来定义干预的模拟频率（TR22, 第91-97页）。在隔离器中，由于“屏障”因素得分高（低风险），许多干预的总体风险等级会降至“中”或“低”，从而可能只需每半年模拟一次，且模拟数量可少于常规生产。

  
  

• RABS的干预模拟

高风险干预的存在：RABS中的干预分为“闭门”（通过手套口）和“开门”干预。开门干预因其可能扰乱气流并引入低级别空气，而被视为高风险。

• 严格模拟要求：TR22要求：“所有允许的干预都需要在APS中进行模拟，并基于风险评估。”（TR22, 第33页）。对于高风险的开门干预，通常需要在每次APS中都进行模拟，并且模拟的次数至少应与常规生产中发生的次数相同（TR22, 第92页，表15.3-2）。

• 风险矩阵的应用：在TR22的示例中，一个在oRABS中进行的“设备无菌组装（开门干预）”总体风险得分高达24分（属于高风险），而通过手套口“移除倾倒的开口瓶”得分仅为14分（属于中等风险）（TR22, 第92-93页）。这表明，在RABS的APS设计中，必须优先并充分地挑战开门干预。

  
  

不难发现，对干预的模拟是体现二者APS差异最显著的环节。隔离器通过设计将绝大多数干预的风险等级降低，从而在模拟频率和数量上获得灵活性；而RABS，特别是其开门干预，则必须接受更严格、更频繁的模拟挑战，以证明其风险受控。

五.  运行持续时间与连续生产的模拟策略

工艺的持续时间是APS设计的另一个关键考量。TR22指出，APS的持续时间应足以挑战所有相关的生产活动，但“当没有基于风险的持续时间效应被确定，并且较长的持续时间不能提供额外的科学价值时，APS持续时间不需要超过特定工艺的最大生产持续时间。”（TR22, 第50页）。对于长时间运行，隔离器和RABS的模拟策略有所不同。

• 隔离器与连续生产

隔离器非常适合连续多批次生产（即连续生产），在连续生产之间不对A级环境进行完全的清洁和再净化。TR22为隔离器的连续生产APS提供了具体示例（TR22, 示例7,第102-105页）。

初始验证：初始验证阶段必须重复三次。

• 保守方法：执行与连续生产相同数量的连续培养基批次（此案例中，一个生产活动定义为四个批次）。

• 基于风险的方法：执行一个包含完整产线设置的APS批次，然后进行一个由多个产品批次后接一个“捎带”培养基批次的连续生产。两批培养基灌装均需包含经风险评估确定的最坏情景代表干预/活动。

  
  

定期再验证：一旦通过初始验证，定期再验证可以采用“起始APS”和“捎带APS”相结合的方式，每半年各执行一次，从而在合理的工作量下覆盖连续生产的起始和结束阶段。

• RABS的运行模拟

虽然RABS也可以进行连续生产，但其通常的连续批次数量和持续时间可能不及隔离器。TR22并未特别强调RABS的“捎带”APS策略。对于RABS，APS的持续时间应代表其最长的常规生产运行，并必须涵盖所有班次变化（如果适用）、最大数量的组件添加以及所有计划中的干预。

实现长持续时间APS的方法：TR22第7.11节讨论了实现全长或较长持续时间APS的方法，例如在培养基灌装之间交替进行空瓶运行或WFI灌装（TR22, 第52-53页）。但这些方法均存在局限性，例如空瓶运行期间的过程变量无法被评估。这些方法更普遍地应用于隔离器，因为其固有风险低，而在RABS中应用需要更充分的理由。

从而可知，在运行时长模拟上，隔离器的APS策略与连续生产模式紧密耦合，发展出了成熟且被认可的“捎带”等风险策略；而RABS的APS则更侧重于在单次运行中通过强度挑战（如最大人员、最多干预）来覆盖风险，其长时间运行模拟更倾向于采用传统的一次性全程培养基灌装。

六. 环境监测EM的作用与数据解读

环境监测是APS的重要组成部分，用于证明在模拟过程中保持了适当的无菌生产条件。TR22强调：“APS应使用常规EM操作程序和采样要求进行。”（TR22, 第43页）。

• 隔离器的EM

由于隔离器环境的稳健性，其EM数据通常非常出色且稳定。在APS中，EM程序应与生产一致。TR22指出，在连续生产中，表面监测可能在连续生产结束时才进行（TR22, 第102页示例7）。由于隔离器在j净化后能保持很长时间的洁净状态，其APS中的EM数据更多地用于确认状态维持，而非作为APS能否通过的决定性因素。

• RABS的EM

对于RABS，EM程序必须全面执行，特别是在开门干预之后，可能需要增加额外的监测点。APS中的EM结果对于调查任何潜在的污染至关重要。TR22警告：“‘通过’一个EM结果超过行动限的APS，并不意味着无菌工艺可以常规地在这样的环境中进行，也不应被用作这样做的理由。”（TR22,第43页）。这表明，即使APS通过，如果EM出现超标，仍需彻底调查，并纠正环境控制问题。

虽然EM在两者APS中都是必要的，但其数据的权重和解读略有不同。对于隔离器，EM更多是验证其设计控制的稳健性；对于RABS，EM则是证明其操作控制（包括干预控制）有效性的关键证据。

1. 基于系统的具体设计进行彻底的风险评估，识别出所有可能影响产品无菌的关键变量。

2. 对于隔离器产线，在TR22允许的框架内，积极采用基于风险的灵活策略，如优化模拟单位数量、实施“捎带”验证，从而提高验证效率而不牺牲质量。

3. 对于RABS产线，则应坚持全面和代表性地模拟所有工艺步骤，特别是要将开门干预作为重点挑战对象，并通过严格的环境监测和数据评估来证明控制的有效性。

   
   

最终，一个成功的APS项目，无论是对于隔离器还是RABS，其目标都是一致的：不仅仅是满足“零污染”的验收标准，更是要通过一个设计科学的模拟研究，深刻理解和验证其无菌工艺的控制能力，从而为患者提供安全、有效的无菌药品提供最坚实的保证。

作者：Shengyi 

来源：拾西

公众号日期：2025年11月3日