乾熱脱パイロジェンとFH値とは？トンネル検証の落とし穴

蒸気滅菌なら121℃で菌を殺せるのに、注射剤のガラスバイアルは、なぜ250℃を超える熱風のトンネルに通すのでしょうか。

菌が死んでも、その細胞壁のかけらであるエンドトキシン（発熱を起こすパイロジェンの代表）は壊れずに残るからです。そこでバイアルは洗浄のあと、乾いた高温の熱でパイロジェンを壊す脱パイロジェン（depyrogenation器材や製品からエンドトキシンなどの発熱性物質を除去・不活化する処理で、乾熱処理が代表的な方法。詳しく →）を経て充填に回ります。求められる効き目は、エンドトキシングラム陰性菌の外膜由来の発熱性物質（LPS）で、注射剤では厳しく管理し、LAL試験などで測定します。詳しく →を1,000分の1以下にすることです。FDA は2004年の無菌操作外部から微生物を入れずに工程を進める操作。最終滅菌できない細胞治療では全工程で無菌性を維持する。詳しく →のガイダンスで、これを検証のデータで示すよう求めています。

その効き目を温度と時間から1つの数字にまとめたのが FH 値です。ただし蒸気滅菌の F0 値ほど決まりきった数字ではなく、報告書の値をそのまま信じると判断を誤ります。

滅菌と脱パイロジェンは、相手が違うから条件も違うのか？

滅菌の相手は生きた菌で、脱パイロジェンの相手は菌の死骸に残る分子です。相手が違えば、効く条件も違います。

エンドトキシンは、グラム陰性菌外膜をもつ細菌の分類。大腸菌が代表で、比較的壊しやすく外膜にエンドトキシンをもつ。詳しく →の細胞壁にあるリポ多糖（LPS）です。熱にとても強く、蒸気滅菌の条件ではほとんど壊れません。体に入ると発熱を起こすので、注射剤では容器に残る量まで管理します。容器が完全に無菌でも、内側にエンドトキシンが残っていれば、製品の規格は守れません。

乾熱でも、温度が下がると効き目は急に落ちます。1978年の研究では、大腸菌のエンドトキシンを同じ割合だけ減らすのに、170℃では250℃のおよそ50倍の時間がかかりました。温度を数十度下げるだけで、待ち時間はけた違いに延びます。USP米国で医薬品・原料・試験法の公式基準を定める公定書で、製薬用水に関する規格も収載されている。詳しく → の一般情報〈1228.1〉も、効き目は温度と時間の2つで決まるとしています。実際の工程は、およそ170℃から400℃までの幅で運転されています。

重要：エンドトキシン3対数減少の基準は「250℃で30分」で満たせるのか？

1,000分の1（3対数の減少）という基準は、もとは USP の旧〈1211〉にあった考え方です。FDA の2004年のガイダンスと、PDA の Technical Report No. 3（2013年改訂、乾熱工程のバリデーション）が引き継ぎました。欧州薬局方欧州医薬品品質局（EDQM）が発行する、医薬品の品質基準を定めた公定書で、署名国・加盟国の規制に法的効力を持つ。詳しく →も、注射剤の製造に使う物の脱パイロジェンを扱う章（5.1.12）を設けました。2018年に公開された草案では、最も脱パイロジェンしにくい位置にエンドトキシンの指標を置いて検証するとしています。

よくある誤解は、「250℃で30分焼けば合格」という読み方です。欧州薬局方の発熱性物質体内に入ると発熱反応を起こす物質。パイロジェンとも呼び、エンドトキシンが代表格。詳しく →試験の章には、試験に使うガラス器具の条件として、250℃で30分と200℃で60分が並んでいます。ところが1994年の論文でエンドトキシンを乾熱オーブンで焼き比べると、結果は分かれました。250℃で30分なら1,000分の1まで減り、200℃で60分では届いていません。温度と時間の組み合わせは出発点にすぎません。

規格が求めているのは「何度で何分」ではなく「どれだけ減ったか」で、その証明は自社のトンネルで取ります。

FH値は、基準温度とz値を確かめずに比べられるのか？

FH 値は、トンネルの中で容器が受けた温度の履歴を、基準の温度で何分焼いたのに相当するかへ置き換えた数字です。脱パイロジェンを指すときは FD 値と書く資料もあります。

発想は蒸気滅菌の F0 値と同じです。違うのは、F0 値の基準温度と換算のしかた（z 値、効き目が10倍変わる温度の幅）が世界共通に決まっているのに対し、FH 値ではそろっていない点です。1978年の Tsuji と Harrison の研究は、250℃を基準にした換算を示しました。1982年の Akers らは、170℃を基準に別の z 値を使っています。1990年の Ludwig と Avis の研究では、付けたエンドトキシンの量で減り方の値そのものが変わりました。170℃から250℃までを一つの式で表すのは、もともと難しいのです。

たとえるなら、通貨の違う値札を、為替の相場を確かめずに比べるようなものです。装置メーカーの資料や他の工場の報告書に「FH 何分」とあっても、そのままでは比べられません。基準温度と z 値が自社と同じかを、先に確かめます。

トンネル検証でつまずくのは、コールドスポット・ベルト速度・高温HEPAのどこか？

連続式のトンネルは、予熱・加熱・冷却のゾーンを、HEPA フィルターでろ過した熱風の中で容器が順に通る装置です。

図をダウンロード（会員・無料）

容器が熱を受ける時間を決めるのは、トンネルの長さ、温度、ベルトの速さです。設定温度が同じでも、ベルトを速めればその分だけ熱は足りません。容器の大きさや肉厚が変われば、温まり方も変わります。だから検証は、バイアルの種類ごとに、いちばん温まりにくい場所（コールドスポット）を熱電対で探すところから始めます。平均の温度では足りません。

そこへ置くのが、既知の量のエンドトキシンを付けたチャレンジバイアルです。市販品には1,000から1万エンドトキシン単位を付けたものがあり、これを通して減った量を確かめます。トンネルを通さない同じ指標も測ります。付けた量がそもそも回収できなければ、減少率は信用できません。残ったエンドトキシンを測る試験そのものの組み方は、エンドトキシン試験の実務で解説しています。

見落としやすいのが、加熱ゾーンの高温用 HEPA フィルターです。ISPE は、温度を急に上げ下げするとフィルターから粒子が出ることがあると注意しています。危ないのは、立ち上げや停止、停電のような急な温度変化です。新品のフィルターには、使う前に接着材などを焼き切るならし運転も要ります。トンネルの出口はグレード A の充填区域につながるので、ここから出た粒子はそのまま製品のそばに届きます。

チャレンジバイアルの合格は、検証したときの容器・位置・ベルト速度に限った結果です。どれかを変えたら、もう一度確かめます。

明日から確かめられること

トンネルの検証報告書や、装置メーカーの提案書を読むときは、次の点を確かめると、数字の読み違いを防げます。

• FH 値の前提⁠：基準温度・z 値・呼び名（FH か FD か）が書いてあるか
• 指標の置き場所⁠：エンドトキシンの減少は、コールドスポットに置いた指標で示されているか
• 対照の回収⁠：トンネルを通さない対照で、付けた量が回収できることを確かめているか
• 指標の容器⁠：材質と形が、実際に使うバイアルを代表しているか
• 検証の範囲⁠：バイアルの種類ごと、ベルト速度ごとに検証してあるか。変更したときに再検証する決まりがあるか
• 高温 HEPA の扱い⁠：昇温・降温の速さ、停電や緊急停止のあとの扱い、新品フィルターのならし運転
• 出口の監視⁠：トンネル出口の微粒子と、ゾーンのあいだの差圧をどう監視しているか

バッチ式オーブンか連続式トンネルかは乾熱滅菌・脱パイロジェン装置で、つながる充填処方済みの溶液をバイアルやシリンジなどの容器へ無菌的に充填し、封止する製造工程。詳しく →機はバイアル充填装置で比べられます。

脱パイロジェンは、容器の洗浄から搬送までを一続きで見る汚染管理戦略（CCS）の一部です。EU GMP Annex 1の考え方とも重なります。熱風のもとになる空気や蒸気の品質はクリーンユーティリティで解説しています。充填機側の新しい動きは、Syntegon の高速無菌充填ライン「SynTiso」のニュースで読めます。

参考文献

• FDA, Guidance for Industry: Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing — Current Good Manufacturing Practice（2004年9月、エンドトキシンを3対数以上減らす検証）
• PDA, Technical Report No. 3 (Revised 2013): Validation of Dry Heat Processes Used for Sterilization and Depyrogenation（目次。本文は有償）
• USP General Chapter〈1228.1〉Dry Heat Depyrogenation, USP-NF（温度と時間、運転温度の幅。本文は有償）
• EDQM, Ph. Eur. seeks feedback on general chapter covering depyrogenation in parenteral preparations（5.1.12 草案、2018年）
• Nakata T. Destruction of Challenged Endotoxin in a Dry Heat Oven. PDA J Pharm Sci Technol. 1994;48(2):59-63.（250℃・30分と200℃・60分での減り方の違い）
• Hecker W, Witthauer D, Staerk A. Validation of Dry Heat Inactivation of Bacterial Endotoxins. PDA J Pharm Sci Technol. 1994;48(4):197-204.（USP・FDA の3対数の要求と、欧州に最終容器の脱パイロジェンの規定がなかったこと）
• Tsuji K, Harrison SJ. Dry-heat destruction of lipopolysaccharide: dry-heat destruction kinetics. Appl Environ Microbiol. 1978;36(5):710-714.（170〜250℃での減り方）
• Akers MJ, Ketron KM, Thompson BR. F value requirements for the destruction of endotoxin in the validation of dry heat sterilization/depyrogenation cycles. J Parenter Sci Technol. 1982;36(1):23-27.（170℃基準の換算）
• Ludwig JD, Avis KE. Dry heat inactivation of endotoxin on the surface of glass. J Parenter Sci Technol. 1990;44(1):4-12.（付着量で減り方が変わること）
• ISPE, Validation of a Depyrogenation Tunnel（チャレンジ試験の例、コールドスポット）
• ISPE, Air Filtration Challenges & Answers for Dry-Heat Sterilization Tunnels Part 1（急な温度変化による高温 HEPA からの粒子）
• Camfil, White paper: Absolute D-PYRO high temperature HEPA filters（新品フィルターのならし運転）