-80℃深冷藏对无菌产品容器密封完整性的影响

 

活病毒疫苗、基因疗法或含有活性细胞（细胞疗法）的产品通常需要深冷藏才能保持稳定性或活性，或是在-80℃，甚至更低温温度(下降到-196℃)。研究表明，深冷藏存温度会给传统用于填充无菌药品的西林瓶橡胶塞组合的容器密封完整性(CCI)带来风险。

 

研究发现，在-80℃储存后，在塞中有过压现象，当注射器被插到这些西林瓶中时，柱塞向上移动，一旦注射器被移除，产品就会从被刺穿的孔中喷出，表明西林瓶内有相当大的正压。这种情况不仅引起了对制剂的稳定性和有效性的关注，而且也引起了对医疗保健专业人员和病人的安全性的关注，特别是如果产品瓶中含有活病毒疫苗的话。

 

当使用激光顶空气体分析对瓶进行正压测试时，结果表明顶空条件与最初通过制造和瓶子密封工艺获得的顶空条件有很大的不同。例如，20个西林瓶充满了介质，并在大气条件下密封。在干冰温度(-80℃)下储存一周后，用无损激光顶空气体分析对西林瓶进行了分析，结果在图1中显示的是三个正压的西林瓶，以及升高的二氧化碳和耗氧量。

 

图1：顶空二氧化碳、氧气和压力测量，20瓶充满介质并在大气条件下密封，三个西林瓶的三个不同的顶空条件表明，这些西林瓶在干冰上储存时暂时泄漏。

 

CCI在-80˚C储存期间的失败是西林瓶正压的根本原因

 

在干冰(-80℃)上储存后，图1中产生的西林瓶正压是在深冷藏存期间CCI暂时失效的结果。在这个储存期内，寒冷、稠密的二氧化碳气体进入泄漏的西林瓶，取代了最初的空气顶空，储存中的寒冷稠密二氧化碳重新密封西林瓶后气体被捕捉，一旦从冷藏库中取出并达到室温 ，这就导致缺氧，二氧化碳含量升高，总压力水平升高。

 

有几种情况导致CCI暂时失效， 常用的丁基橡胶塞在这些低温下失去了弹性，因为玻璃化转变温度(Tg）橡胶配方介于两者之间-55℃和-70℃。在一定的温度范围内，橡胶塞变脆。此外，由于热膨胀率的不同，包装部件以不同的速率收缩材料（玻璃瓶、橡胶塞、金属卷曲）导致材料界面可能存在间隙。图2显示了一幅x射线断层扫描图像，显示在低温条件下橡胶塞的收缩率约为 8.5%。大多数这种收缩发生在温度高于tg情况下。相比之下，硼硅酸盐玻璃瓶的体积收缩将减少一个数量级。当橡胶塞失去弹性时，如果密封表面之间由于材料而出现间隙收缩，存在密封完整性可能丢失的风险。

图2：一幅X射线断层扫描图像，显示橡胶塞在低温条件下的收缩， 蓝线显示室温下塞的形式。

 

此外，随着温度从室温(RT)下降到-80℃，西林瓶中的顶空气体压力从1atm下降到0.66atm，导致与储存环境的压差。如果CCI 在-80℃储存时丢失，则非无菌性冷致密气体从储存环境(即80℃冷柜的空气或干冰中的二氧化碳)迅速泄漏到储存的西林瓶中， 当泄漏的西林瓶被取出冷藏，并升温到高于温度玻璃转化温度时，胶塞恢复弹性，包装部件扩展到它们的原始形式，样品被重新密封，从内部储存环境中捕获寒冷、致密的气体，随着西林瓶温度不断升高，正压在西林瓶中积聚。这种暂时性泄漏可能会危及药品的稳定性和无菌性，传统的CCI检测方法不会检测到。

 

降低CCI在-80℃存储期间失败的风险

 

在-80℃存储期间，有几种方法可以降低CCI失败的风险：

 

1. 需要实施适当的CCI测试方法的稳健包装开发研究来选择适当的西林瓶/塞组合，并在深冷贮藏过程中证明密封性能。

 

2. 此外，研究表明，稳健的轧盖能够持续实现适当的胶塞压缩，从而最大限度地降低了CCI失效的风险。在深低温储存过程中，瓶盖松的瓶子比瓶盖紧的瓶子更容易出现CCI问题，使用残余密封力(RSF)测试可以帮助确定轧盖线的质量。

 

3. 最后，聚合物小瓶越来越多地被考虑用于深低温储存，聚合物小瓶的收缩速度与橡胶塞相似，有证据表明，聚合物-聚合物界面在深低温储存期间能够保持良好的密封性。