在无菌制剂生产中，除菌过滤是保障产品无菌性的关键环节，而过滤完整性测试则是验证除菌过滤有效性的核心手段。本笔记从PUPSIT的背景意义、风险驱动因素、实施关键环节及典型应用场景等方面，学习其在无菌制药生产中的应用价值与实践路径。
一、PUPSIT的定义与行业背景
灭菌后使用前完整性测试（Pre-use Post-Sterilization Integrity Testing, PUPSIT），是指在除菌过滤器灭菌后、过滤操作实施前开展的完整性测试，旨在验证过滤器在灭菌及后续处理过程中未发生损坏，确保其除菌性能符合要求。作为除菌过滤质量风险管理的重要组成部分，PUPSIT与灭菌前使用前测试、使用后测试共同构成了过滤器完整性监控的全流程体系。
除菌级过滤器的核心定义源于ASTM F838-15标准，要求在 30 psig（2 barg）压差下，每平方厘米过滤面积能截留10⁷菌落形成单位（CFU）的缺陷短波单胞菌（Brevundimonas diminuta）。而过滤器完整性测试则通过非破坏性方法（如气泡点测试、扩散流测试），关联破坏性细菌挑战试验的结果，间接验证过滤器的截留能力。传统上，行业普遍依赖使用后完整性测试，但随着对“缺陷掩盖”风险的认知加深，PUPSIT的重要性日益凸显——部分工艺流体可能在过滤过程中堵塞过滤器缺陷，导致使用后测试无法检出已发生的微生物穿透，而PUPSIT通过在过滤前验证过滤器完整性，可有效规避这一风险。
近年来，全球监管机构对无菌生产的要求持续收紧，欧盟 GMP 附录 1《无菌药品生产》明确提出 “最终除菌过滤应尽可能靠近灌装点”，并强调需通过风险评估确定适当的完整性测试策略。在此背景下，PUPSIT作为降低无菌风险的关键控制措施，逐渐成为无菌制剂生产企业的重要合规要求。但由于过滤系统设计、工艺流体特性、生产操作理念等存在差异，PUPSIT 的实施并无“一刀切”的解决方案，需结合具体应用场景进行个性化设计。
二、PUPSIT 实施的风险驱动因素
PUPSIT的核心价值在于风险减缓，其实施主要基于两大核心风险驱动因素：患者无菌风险与产品报废风险。
（一）患者无菌风险
除菌过滤器的核心功能是确保过滤后流体无菌。使用后完整性测试虽能验证过滤器在过滤过程中的完整性，但无法排除“缺陷掩盖”风险——若工艺流体中的污染物（如蛋白质、多糖）堵塞了过滤器的微小缺陷，可能导致使用后测试结果合格，但实际过滤过程中已发生微生物穿透。此外，过滤器可能在灭菌过程中或灭菌后处理、安装环节出现损坏，此类缺陷若未被及时发现，将直接导致产品无菌性受损。PUPSIT通过在过滤前验证过滤器完整性，可在缺陷被掩盖前及时检出，显著降低患者使用非无菌产品的风险。
需注意的是，PUPSIT的实施本身也存在潜在风险。由于测试过程需对过滤器下游（无菌侧）进行操作（如排气、冲洗），若设计不当或操作失误，可能破坏无菌边界，引入微生物污染。因此，PUPSIT的实施必须以“不影响系统无菌性”为前提，尽可能简化操作步骤，减少无菌侧的人为干预。
（二）产品报废风险
仅依赖使用后完整性测试时，过滤器缺陷需在整个过滤过程完成后才能被发现，此时整批产品可能因无菌性无法保证而报废，造成重大经济损失。PUPSIT 可在过滤前检出非完整过滤器，便于及时更换，避免将大量工艺流体通入存在缺陷的过滤器，从而降低产品报废风险，保障供应链稳定性。
但 PUPSIT的风险收益需综合权衡：只有当“使用非完整过滤器的概率”大于“PUPSIT 实施导致产品报废的概率” 时，其实施才具有经济合理性。因此，企业需通过历史数据统计、风险评估等方式，确定是否需要实施PUPSIT及具体实施方案。
三、PUPSIT实施的关键环节与核心考量
PUPSIT的有效实施需统筹考虑系统设计、润湿流体选择、测试方法确定、无菌性维护等多个环节，每个环节的决策均需基于风险评估与工艺特性。
（一）完整性测试方法的选择
常用的过滤器完整性测试方法包括气泡点测试与扩散 / 前进流测试，两者的选择需结合过滤器有效过滤面积（EFA）及系统压力耐受能力。
- 气泡点测试：通过逐步升高压力，检测湿膜中最大孔径被气体突破时的压力值，适用于有效过滤面积较小（<0.03 m²）的过滤器。该方法对小面积过滤器的缺陷检出灵敏度更高，且不依赖绝对流量测量，受系统体积影响较小。
- 扩散 / 前进流测试：在固定压力下（通常为验证最低气泡点的80%），测量气体通过湿膜的扩散流量，适用于有效过滤面积较大（>2.2 m²）的过滤器。对于中等面积（0.03-2.2 m²）的过滤器，两种方法均可使用。
此外，系统压力耐受能力也需纳入考量。气泡点测试的最高压力通常高于扩散流测试，对于含柔性管路或一次性组件的系统，需确认组件能承受测试压力，避免因管路膨胀导致测试结果失真。
（二）润湿流体的选择与考量
润湿流体的选择是PUPSIT设计的核心决策之一，直接影响测试准确性、工艺复杂性及产品质量，常用选项包括水 / 缓冲液与工艺流体。
1. 水 / 缓冲液作为润湿流体
水 / 缓冲液（如注射用水 WFI）是最常用的PUPSIT润湿流体，其核心优势包括：
- 质量标准明确，过滤器供应商提供的完整性测试限值基于水相体系，无需额外验证；
- 成本低于工艺流体，尤其适用于高价产品，可降低测试过程中的物料损耗；
- 无缺陷掩盖风险，不会因流体成分堵塞过滤器缺陷；
- 可与浸出物冲洗步骤结合，减少额外操作。
但该选择也存在潜在劣势：
- 残留水 / 缓冲液可能稀释工艺流体，需通过吹干或产品冲洗等方式去除，增加工艺复杂性；
- 需额外设置水 / 缓冲液供应系统及连接点，可能增加污染风险；
- 吹干过程需施加高于气泡点的压力，可能对过滤器或系统造成损伤；
- 水 / 缓冲液冲洗无法饱和过滤器的吸附位点，可能导致后续产品吸附损失。
若采用水 / 缓冲液作为润湿流体，需通过实验确定残留液体量对产品质量的影响，并优化吹干或冲洗参数 —— 吹干过程应确保管路无死角，可通过倾斜管路、脉冲排气等方式提高干燥效率；产品冲洗需验证冲洗体积，确保残留液稀释影响在可接受范围。
2. 工艺流体作为润湿流体
当工艺流体特性适宜时，也可直接作为润湿流体，其核心优势包括：
- 无需额外设置水 / 缓冲液系统，简化工艺流程，缩短周期；
- 无残留液稀释风险，无需吹干或冲洗步骤；
- 可同时完成过滤器吸附饱和，减少产品损失。
但该选择的局限性同样显著：
- 需针对工艺流体验证专属的完整性测试限值，且流体特性（如表面张力、粘度）变化可能影响测试结果；
- 工艺流体可能存在缺陷掩盖风险，尤其含表面活性剂或生物大分子的体系；
- 测试无法提前进行，需在工艺流体引入后实施，可能影响生产调度；
- 若测试失败，将导致部分工艺流体报废，增加物料损耗。
采用工艺流体作为润湿流体时，需满足以下条件：工艺配方稳定、流体特性对测试结果影响可量化、无显著缺陷掩盖风险。同时，需建立温度补偿机制 —— 温度升高会导致气泡点降低、扩散流增大，需根据测试时的实际温度调整接受标准。
（三）系统设计与无菌性维护
PUPSIT 的系统设计需以 “最小化无菌风险” 为核心原则，关键考量包括排气 / 冲洗设计、背压控制、温度控制及无菌边界维护。
1. 排气 / 冲洗设计
完整性测试过程中，需将过滤器上游的空气及润湿流体排出，同时确保下游无菌侧不被污染。常用设计方案包括：
- 带排气袋的系统：在过滤器下游设置无菌排气袋，收集排出的液体与气体，适用于一次性系统。该方案成本低、结构简单，但排气袋容量需满足完全润湿过滤器的需求，且排气过滤器需能承受测试气体流量。
- 混合屏障过滤器：在过滤器下游安装同时具备亲水与疏水膜的混合过滤器，可同时排出液体与气体，且能通过完整性测试验证其自身完整性。该方案无排气容量限制，可支持吹干操作，但需额外验证混合过滤器的完整性，且需使用溶剂润湿以同时激活两种膜。
无论采用哪种设计，排气 / 冲洗过程中均需确保下游系统保持无菌，排气过滤器需定期进行完整性测试，若测试失败需开展风险评估。
2. 背压控制
测试过程中，过滤器下游压力需保持稳定（通常为大气压），否则会影响测试准确性。若下游管路存在液柱高度差，会产生背压，导致气泡点测试结果偏高或扩散流测试结果失真。此时需在完整性测试仪中输入背压值进行补偿，或重新设计管路布局，避免液柱背压。
3. 温度控制
温度对完整性测试结果影响显著：润湿流体温度升高会降低表面张力，导致气泡点下降、扩散流增大。因此，测试过程中需控制润湿流体温度在接受标准的适用范围内，若温度波动超出范围，需重新验证对应温度下的测试限值。此外，测试气体温度也需保持稳定，避免因温度变化导致压力波动，被误判为过滤器缺陷。
4. 无菌边界维护
PUPSIT 过程中，无菌边界的维护至关重要，核心措施包括：
- 系统保持正压，确保泄漏时无菌侧气体向外流动，而非外界污染物向内侵入；
- 最小化无菌侧的手动操作，优先采用自动化控制，减少人为干预风险；
- 简化系统设计，减少阀门、连接点数量，降低泄漏风险；
- 测试完成后尽快启动过滤操作，缩短系统无菌保持时间；
- 测试相关的管路、组件需经过灭菌验证，确保无菌性。
（四）PUPSIT 的典型操作步骤
PUPSIT 的操作流程需根据润湿流体、系统设计等因素调整，典型步骤包括：
- 排气与润湿：将润湿流体通入过滤器，排出系统内空气，确保过滤器膜完全润湿 —— 空气残留会导致测试结果失真，需通过高点排气阀充分排气，直至排出液体无气泡。
- 完整性测试：启动完整性测试仪，按照预设方法（气泡点或扩散流）进行测试，记录测试结果并与接受标准比对。
- 残留液去除（若使用水 / 缓冲液）：通过无菌空气吹干或产品冲洗去除残留水 / 缓冲液，吹干压力需高于气泡点，冲洗体积需经过验证。
- 排气与准备：若进行了吹干操作，需用工艺流体重新润湿过滤器并排出空气，准备过滤。
- 辅助过滤器完整性测试：对PUPSIT相关的排气过滤器等辅助组件进行完整性测试，确保其无菌屏障功能有效。
操作过程中需注意：过滤器润湿需遵循供应商推荐的参数（流量、压力、时间）；不同制造商的过滤器润湿特性可能存在差异，需分别验证；自动化系统需设置故障安全模式，避免阀门误操作导致无菌边界破坏。
（五）变更控制与系统维护
PUPSIT 实施后，任何可能影响测试结果的变更均需纳入变更控制体系，包括：
- 润湿流体配方或温度变化；
- 测试气体种类或温度变化；
- 过滤器制造商、型号变更；
- 系统管路布局、背压条件变化；
- 一次性组件供应商变更；
- 完整性测试仪程序或参数变更。
变更实施前需评估对测试准确性、无菌性的影响，必要时重新验证完整性测试限值及操作参数。同时，需建立定期维护计划，包括过滤器组件检查、完整性测试仪校准、管路密封性验证等，确保PUPSIT系统长期稳定运行。
四、PUPSIT 的典型应用场景与实施案例
PUPSIT 的实施方案需结合系统类型（硬管系统 vs 一次性系统）、自动化水平等因素设计，报告提供了两个典型应用案例，覆盖主流应用场景。
（一）案例 1：硬管自动化系统
该系统为不锈钢硬管设计，高度自动化，采用蒸汽灭菌（SIP），以水作为润湿流体，需进行吹干步骤，无冗余过滤。
系统构成
- 除菌过滤器（FLT-01）：安装于不锈钢壳体，用于工艺流体除菌；
- 混合屏障排气过滤器（FLT-02）：含亲水 / 疏水双膜，用于PUPSIT过程排气与排液；
- 测试气体过滤器（FLT-03）：疏水除菌级过滤器，确保测试气体无菌；
- 自动化阀门与完整性测试仪：实现测试流程自动化控制。
实施步骤
- 系统蒸汽灭菌后，通入注射用水，排出系统空气，润湿 FLT-01；
- 启动完整性测试仪，对 FLT-01 进行扩散流测试，测试通过后排出残留水；
- 通入无菌空气吹干 FLT-01 及管路，压力高于气泡点，确保残留水去除；
- 对 FLT-02 进行离线完整性测试，验证其无菌屏障功能；
- 通入工艺流体，排出系统内空气，准备过滤。
该方案的核心优势是自动化程度高，人为干预少，无菌风险低；但系统复杂度高，初期投资较大，适用于大规模商业化生产。
（二）案例 2：一次性手动系统
该系统为预组装一次性组件，经伽马射线灭菌，以工艺流体作为润湿流体，无需吹干步骤，无冗余过滤。
系统构成
- 一次性除菌过滤器胶囊（FLT-01）：集成过滤膜与壳体，预灭菌；
- 混合屏障排气过滤器（FLT-02）：一次性胶囊式，用于排气与排液；
- 测试气体过滤器（FLT-03/FLT-04）：一次性疏水除菌过滤器，保障测试气体无菌；
- 夹管阀与无菌连接器：手动控制流体路径，通过无菌连接器与下游工艺连接。
实施步骤
- 将一次性组件通过无菌连接器与工艺系统对接；
- 通入工艺流体，排出系统空气，润湿 FLT-01；
- 启动完整性测试仪，对 FLT-01 进行气泡点测试，测试通过后保留工艺流体；
- 对 FLT-02 进行离线完整性测试；
- 直接启动过滤操作，无需额外冲洗或吹干步骤。
该方案的核心优势是系统简单、灵活性高，适用于多产品、小批量生产；但手动操作较多，需加强人员培训，确保操作一致性。
五、PUPSIT实施的关键结论与展望
PUPSIT作为无菌制剂生产中降低无菌风险的关键措施，其有效实施的核心在于“风险导向的个性化设计”—— 企业需基于产品特性、工艺流体属性、系统设计及监管要求，通过风险评估确定是否实施PUPSIT及具体方案，而非盲目遵循统一标准。
核心结论：
- PUPSIT 的核心价值在于降低 “缺陷掩盖” 导致的无菌风险与产品报废风险，但其实施需权衡收益与潜在风险（如无菌边界破坏）；
- 完整性测试方法、润湿流体、系统设计等关键决策需基于过滤器面积、系统压力耐受能力、工艺流体特性等因素；
- 无菌性维护是PUPSIT实施的重中之重，需通过正压控制、最小化人为干预、简化系统设计等方式降低污染风险；
- 变更控制与定期维护是保障PUPSIT长期有效性的关键，需建立完善的管理体系；
- 硬管自动化系统与一次性手动系统的PUPSIT方案需差异化设计，匹配其应用场景特性。
随着无菌制药技术的不断发展，PUPSIT的实施将更加智能化、精准化——未来，结合过程分析技术（PAT）的实时监控、一次性技术的广泛应用、数字化风险评估工具的普及，将进一步提升PUPSIT的有效性与效率。但无论技术如何发展，“基于科学与风险的合规设计”始终是PUPSIT实施的核心原则，只有将技术要求与实际生产场景深度融合，才能真正实现其风险控制价值，保障无菌药品的质量与患者安全。
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