《Sustainable Chemistry and Pharmacy》：Life cycle assessment of insulin products: Hotspots identification and opportunities for sustainable pharmacy
编辑推荐：
制药工业对全球健康至关重要，但其产品与生产过程产生了可观的环境负担。随着该行业面临的可持续性压力日益加剧，生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）已成为识别环境热点和引导更绿色实践的关键工具，然而该方法在胰岛素等复杂生物制药产品中的
制药工业对全球健康至关重要，但其产品与生产过程产生了可观的环境负担。随着该行业面临的可持续性压力日益加剧，生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）已成为识别环境热点和引导更绿色实践的关键工具，然而该方法在胰岛素等复杂生物制药产品中的应用仍十分有限，涵盖从摇篮到坟墓的全生命周期评估迄今仍属稀缺。本研究针对这一空白，对赛诺菲（Sanofi）产品组合中的六种胰岛素产品开展了比较性LCA，量化了其在整个生命周期中的环境影响。研究采用基于产品组合（portfolio-based）的方法，以简化数据收集、提升跨产品可比性，并支持在多种产品间同步开展热点识别。器械生产、原料药（Active Pharmaceutical Ingredient, API）制造和初级包装被一致识别为最主要贡献环节，合计占生命周期影响的80%以上，其中仅器械生产即占44%–56%，具体比例因指标而异。研究将改进机遇置于绿色化学与绿色工程原则的框架下进行解读，并通过基于指标的映射将其与相关可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）相关联，表明针对性的制造改进具有差异化的可持续性含义。研究还提出了在制药情境中实施基于产品组合的LCA策略，为将系统性环境评估嵌入可持续药学发展提供了实践指导。
胰岛素产品全生命周期评价研究解读
一、研究背景与问题
制药工业在支撑全球健康的同时，其生产活动也带来了日益严峻的环境负担。胰岛素作为糖尿病治疗的核心药物，其需求正随着全球糖尿病患病率的持续上升而不断增长。然而，胰岛素产品必须通过注射给药，这意味着针头和注射器械的使用不可避免，进一步加重了其环境足迹。尽管生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）已被广泛认可为评估产品环境影响的标准化方法，但在制药领域，尤其是复杂生物制药产品如胰岛素方面，其应用仍存在明显空白。现有研究大多聚焦于小分子药物或口服制剂，采用摇篮到大门（cradle-to-gate）的边界，未覆盖使用和废弃阶段；迄今尚无针对胰岛素产品的完整的摇篮到坟墓（cradle-to-grave）LCA研究发表。此外，制药LCA长期面临数据可得性差、供应链复杂、产品间可比性不足等 methodological 障碍。本研究正是在这一背景下展开，旨在填补胰岛素产品全生命周期环境评估的空白，并探索适用于制药情境的组合式LCA方法。
二、研究内容与主要结论
研究人员对赛诺菲（Sanofi）产品组合中的六种胰岛素产品开展了比较性全生命周期评价，覆盖原料药（Active Pharmaceutical Ingredient, API）生产、制剂、灌装、各级包装生产、分销、使用阶段和废弃处理。研究以糖尿病患者每日维持血糖控制的平均胰岛素剂量为功能单位（Functional Unit, FU），参考流量（Reference Flow, RF）基于内部原始数据确定。研究一致识别出三个主导性生命周期阶段——器械生产、API制造和初级包装，三者合计占各指标生命周期影响的80%以上，其中器械生产单独贡献44%–56%。这一发现表明，改进措施若针对这些共享环节，可在整个产品组合中产生广泛的环境收益。研究同时发现，产品间环境表现的差异主要由API制造环节驱动，而初级包装和器械组件在各产品间具有较高相似性。研究将改进机遇与绿色化学（Green Chemistry, GC）和绿色工程（Green Engineering, GE）原则进行系统映射，并通过指标到可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）的关联框架，揭示了不同环节的改进对不同SDGs具有差异化的贡献强度。此外，研究还提出了一套在制药情境中实施组合式LCA的实用策略。
三、关键技术方法
本研究采用的主要技术方法包括：基于ISO 14044标准框架的全生命周期评价方法；采用环境足迹（Environmental Footprint, EF）3.0作为生命周期影响评价（Life Cycle Impact Assessment, LCIA）方法，评估全部16项指标并重点聚焦其中6项（气候变化、非可再生能源资源消耗、金属/矿物资源消耗、水资源消耗、淡水富营养化、颗粒物形成）；使用Ecoinvent v3.8背景数据库、Biosphere3数据库及赛诺菲自有的制药过程数据库构建生命周期清单（Life Cycle Inventory, LCI）；在Brightway2平台中建模并以Activity Browser作为图形界面；采用循环足迹公式（Circular Footprint Formula, CFF）对废弃阶段进行建模。研究采用基于产品组合（portfolio-based）的评估策略，对共享制造环节的数据进行标准化采集与聚合处理。
四、研究结果
4.1 胰岛素产品组合的环境影响
研究对六种胰岛素产品的环境影响进行了比较分析。结果显示，各产品间每日剂量的微小差异导致了环境影响的较小波动。API制造是产品间环境影响差异的主要驱动因素，其中胰岛素甘精胰岛素（insulin glargine）因生产工艺近年已优化，成为单位剂量影响最低的胰岛素。组合分析的关键发现是三个主导生命周期阶段——API制造、初级包装和器械生产——在所有产品中一致性地贡献了超过80%的环境影响；次级和三级包装合计约5%，储存与分销贡献3%–8%，使用阶段不足1%–3%，废弃阶段为2%–5%。
4.2 Toujeo?的整体环境影响
以Toujeo?（SoloStar? 1.5 mL，法国市场）为例，API制造、初级包装和注射器械三个阶段合计占各指标总环境影响的81%–93%。器械是最大的单一贡献者（44%–56%），其次为API制造（18%–34%）和初级包装（10%–21%）。废弃阶段在非可再生能源消耗（?4%）、金属/矿物资源消耗（?1%）、淡水富营养化（?8%）和颗粒物形成（?7%）指标上呈现小幅负贡献，反映焚烧产能回收和再生材料替代原生材料所产生的环境信用。
4.3 Toujeo? API制造的影响
API制造的影响被分为能源消耗和化学投入两类。能源消耗在气候变化（64%）和非可再生能源资源消耗（65%）指标中占主导，主要源于生产现场加压蒸汽所需的热能，热能以废弃物焚烧为主、天然气为辅。其余指标以化学投入为主导贡献，其中葡萄糖、变性剂、氢氧化钠和还原剂四种化学品合计占化学相关影响的64%–77%。葡萄糖是多数指标的首要贡献者（29%–42%），主要源于玉米淀粉生产和制造过程中的电力消耗。氢氧化钠除生产用途外，还大量用于批次间设备清洁的在线清洗（Cleaning-in-Place, CIP）工艺，清洁化学品与废水处理的联合贡献表明清洁过程是重要且可改进的环境环节。
4.4 初级包装的影响
Toujeo?的初级包装由硼硅酸盐玻璃药筒和铝盖组成。硼硅酸盐玻璃在材料资源消耗（80%）和颗粒物形成（46%）指标中占主导，源于其生产中硼酸钙的提取和玻璃制造的高热需求。能源消耗在气候变化、能源资源消耗、水资源消耗和淡水富营养化指标中为首要贡献者，主要由药筒灭菌所需蒸汽驱动。铝盖为第三大贡献者（4%–15%），反映铝土矿开采和铝加工的高环境强度。
4.5 器械的影响
以Toujeo SoloStar?器械为例，原材料生产在所有六项指标中占主导（57%–81%），其中聚碳酸酯对气候变化和能源资源消耗的贡献与其质量占比不成比例地偏高，聚甲醛则对水资源消耗尤为显著。子装配制造是多数指标的第二大贡献者，在材料资源消耗和水资源消耗指标中可达40%。对Toujeo?两种规格的比较分析显示，Toujeo DoubleStar?（3 mL药筒）相比Toujeo SoloStar?（1.5 mL药筒），在每日剂量基础上实现各指标24%–42%的环境影响降低，仅器械层面即降低51%–59%，这源于更大药筒容量使每器械输送的胰岛素量翻倍，从而将每剂量的材料和能源需求减半。
五、讨论与结论
5.1 可持续药学的改进机遇
讨论部分将识别出的热点环节与绿色化学和绿色工程原则进行系统映射。在API制造方面，向低碳能源转型是最直接的杠杆；连续制造和过程强化可降低能源强度和废物产生；溶剂管理策略应结合源头预防（绿色溶剂替代）与回收再利用；CIP相关废水应优先通过优化清洁方案实现源头减量，而非依赖末端处理技术；数字化技术如过程分析技术（Process Analytical Technology, PAT）、人工智能驱动的过程优化和数字孪生可作为赋能手段。在初级包装方面，近期机遇集中在通过优化药筒几何结构降低单位玻璃质量、在法规允许范围内增加再生玻璃含量；长期则需探索低影响玻璃配方或替代材料，但须通过药典认可和性能验证。在器械方面，提高药筒容量被证明可显著降低每剂量环境影响；可重复使用器械格式和回收计划是进一步的设计层面杠杆。
5.2 组合式LCA方法
讨论部分总结了组合式LCA方法在制药情境中的驱动因素与障碍。该方法有效应对了数据复杂性、跨产品可比性和多重独立评估的实践负担三大挑战。标准化数据收集协议、共享环节的聚合建模、迭代验证机制以及跨职能参与是成功实施的关键策略。该方法使共享热点得以跨产品同步识别，为战略性的环境决策提供了更稳健的基础。
5.3 结论
本研究采用基于组合的全生命周期评价方法评估了赛诺菲开发的六种胰岛素产品的环境足迹，填补了文献中尚无胰岛素产品摇篮到坟墓LCA的空白。器械生产、API制造和初级包装被一致识别为所有产品和指标中的主导贡献者，合计占生命周期影响的80%以上。组合式方法被证明能有效应对制药LCA特有的挑战，特别是在降低数据收集复杂性和提升共享制造环节的一致性方面。通过指标到SDG的映射框架，研究结果表明不同热点对不同可持续发展目标具有差异化的贡献强度，制药制造中的可持续性改进并非环境等效，而是具有差异化的社会含义。未来工作应改善原始数据获取渠道、扩展至其他市场和产品组合，并正式化组合定义标准以支持更广泛的行业采纳。
