In-Process Bioburden Testing Of Pharmaceuticals: Die Geschichte hinter den Daten

Von Crystal M. Booth, PSC Biotech

In-Prozess-Bioburden-Tests werden durchgeführt, um die Mengen und Arten von Mikroorganismen im Herstellungsprozess zu analysieren. Damit die Daten genau sind, muss die Methode ordnungsgemäß entwickelt und validiert werden. Die Trendaufzeichnung der Daten ist nützlich, da sie zur Überwachung negativer Trends, saisonaler Schwankungen und sogar der mikrobiellen Belastung von Sterilisationsfiltern verwendet werden kann. Aber das ist noch nicht alles. Hinter den Daten verbirgt sich oft eine Geschichte – eine Geschichte, die bei einer Untersuchung von Abweichungen von der Spezifikation die wahrscheinlichste Ursache aufzeigen und Beweise für eine unbeabsichtigte Kontamination oder unentdeckte eiternde Biofilme offenbaren könnte.

Dieser Artikel befasst sich mit prozessinternen Bioburden-Tests und der Bedeutung der Erstellung genauer Daten und der routinemäßigen Überwachung der Daten auf negative Trends. Er erörtert auch die Bedeutung der Auswertung regelmäßiger Datenspitzen und eine hypothetische Fallstudie, bei der die Auswertung solcher Datenspitzen einen vollständigen Produktionsstillstand hätte verhindern können.

Übersicht über den prozessinternen Bioburden-Test

Der Bioburden-Test für prozessinterne Tests von Arzneimitteln ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Arten und Mengen von Mikroorganismen im Produkt während des Herstellungsprozesses. Der Test sucht nach aeroben mesophilen Bakterien und Pilzen, und die resultierenden Daten geben einen ersten Hinweis auf die Qualität des Endprodukts. Aus den gewonnenen Daten lässt sich beispielsweise ableiten, dass das Endprodukt nicht mit fremdem mikrobiellem Material verunreinigt und für den Verbraucher sicher ist und dass das Produkt möglicherweise so reagiert, wie es beabsichtigt ist.

Bestimmte Mikroorganismen können die Aktivität von Produkten beeinträchtigen (d. h. reduzieren oder inaktivieren) und die Gesundheit von Patienten beeinträchtigen.2 „Die Überwachung der prozessinternen Bioburden von pharmazeutischen Komponenten und Produkten ist ein wesentliches Element des gesamten Kontaminationskontrollprogramms für eine angemessene Kontrolle des Sterilisationsprozesses. „3

Der Bioburden-Assay ähnelt der Methodik, die im mikrobiellen Auszählungstest verwendet wird, der in United States Pharmacopeia (USP) <61>, Microbiological Examination of Nonsterile Products: Mikrobielle Auszählungstests. Die Methodik für den Bioburden-Test wird üblicherweise von USP <61>, USP <71> Sterilitätstests und Wasserprüfungsrichtlinien, wie USP <1231> Wasser für pharmazeutische Zwecke, modifiziert. Der Test ist eine behördliche Erwartung, die schon seit einiger Zeit besteht und in Warnschreiben der FDA erwähnt wird. Einige anwendbare regulatorische und allgemeine Leitlinien sind wie folgt:

• Code of Federal Regulations (CFR) 21 CFR 211.113
• 21 CFR 211.165 (b)
• 21 CFR 211.84 (d)(6)
• USP Chapter <1111> Microbiological Examination of Nonsterile Products: Acceptance Criteria for Pharmaceutical Preparations and Substances for Pharmaceutical Use
• USP Chapter <1115> Bioburden Control of Nonsterile Drug Substances and Products
• Guidance for Industry — Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing — Current Good Manufacturing Practice (Food and Drug Administration )
• Anhang 1: EudraLex – The Rules Governing Medicinal Products in the European Union, Volume 4, Good Manufacturing Practice, Medicinal Products for Human and Veterinary Use, Part II: Basic Requirements for Active Substances used as Starting Materials
• FDA Compliance Program Guidance Manual 7356.002A, Chapter 56- Drug Quality Assurance, Sterile Drug Process Inspections, November 5, 2015
• Pharmaceutical Microbiology Manual, 2014- „ANSI/AAMI/ISO 11737-1:2006/(R)2011 sterilization of health care products – Microbiological methods – Part 1“

Die Reduzierung der Bioburden sollte während des gesamten Herstellungsprozesses steriler Produkte erfolgen.1 Die Kenntnis der prozessbegleitenden Bioburden-Spezifikation ermöglicht eine Rationalisierung des Verfahrensentwicklungs- und Validierungsprozesses. Je nach Produkt können einige Bioburden-Spezifikationen in Leitfäden festgelegt sein, während andere auf der Grundlage des Herstellungsprozesses oder historischer Daten berechnet oder wissenschaftlich begründet werden müssen. USP <1111> führt einige Akzeptanzkriterien für nicht sterile Produkte auf, einschließlich der empfohlenen Gesamtkeimzahl (TAMC) und der kombinierten Gesamtkeimzahl für Hefe und Schimmel (TYMC).

Ein paar Überlegungen bei der Festlegung von Bioburden-Tests sollten das Risiko für die Produktqualität, den Ort im Herstellungsprozess, das Risiko für den Patienten und die mögliche Belastung von Sterilisationsfiltern einschließen. In USP <1229.3>, Monitoring of Bioburden, werden weitere Überlegungen angestellt, darunter die bekannte Variabilität des Tests, frühere Daten, Chargengröße, Materialien, Herstellungsprozess und Umwelteinflüsse.3 Diese Überlegungen sollten bei der Entwicklung der Methode für den Bioburden-Test berücksichtigt werden.

Eine ordnungsgemäße Validierung des Bioburden-Tests ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse genau sind. Darüber hinaus können unerwünschte Mikroorganismen unentdeckt bleiben, wenn die Tests nicht durchgeführt oder nicht ordnungsgemäß validiert werden oder wenn die gewonnenen Daten nicht ordnungsgemäß überprüft werden. Wenn die Daten nicht ordnungsgemäß geprüft werden, besteht die Gefahr, dass sich Mikroorganismen in den Produktionsanlagen vermehren.

Die Geschichte hinter den Daten

Das frühzeitige Erkennen abnormaler Trends und die Korrektur des mikrobiellen Wachstums können möglicherweise Geld für Sanierungsmaßnahmen sparen und Produktrückrufe verhindern. Bioburden-Daten und -Trends sollten ausgewertet werden, um festzustellen, ob die Werte im Laufe der Zeit angemessen bleiben, und periodische Spitzen in den Daten sollten ausgewertet werden, selbst wenn sie innerhalb der Grenzwerte bleiben.1

Es gibt mehrere Beispiele von Fallstudien, die die Bedeutung einer korrekten Überwachung von Trends und prozessinternen Bioburden-Daten erklären. In der folgenden hypothetischen Fallstudie wird das Unternehmen 1X dabei begleitet, wie es die Geschichte hinter seinen Bioburden-Daten entdeckt.

Hypothetische Fallstudie

Viele Produktionsstätten erhalten gelegentlich eine Alarmstufenspitze. Das war bei Unternehmen 1X nicht anders. Die prozessinternen Daten zur Bioburdenbelastung wiesen einen Trend zu einer niedrigen Bioburdenbelastung auf (meistens <5 KBE/100 ml). Gelegentlich kam es zu einem Anstieg über die Alarmschwelle. Aufgrund der Herstellungsgeschwindigkeit und der Inkubationszeit korrigierten sich die Warnmeldungen in der Regel von selbst, bevor das mikrobiologische Labor reagieren konnte. Die Alarme erreichten nie die Definition des Unternehmens für einen „ungünstigen Trend“, d. h. drei aufeinanderfolgende Alarmausschläge. Dies hielt viele Jahre lang an, ohne dass größere Untersuchungen oder Bedenken auftraten.

Ein Jahr, nach einem langen Wochenende, lasen die Mikrobiologen mehrere tägliche Proben auf einmal, wie sie es schon viele Male zuvor ohne Probleme getan hatten. Doch dieses Mal gerieten die Werte außer Kontrolle, und es wurde Alarm geschlagen. Als eine Probe nach der anderen aus dem Test genommen wurde, wurden die Werte aufgezeichnet und ein Trend festgestellt. Der Trend war nicht nur ungünstig und korrigierte sich nicht von selbst, sondern es handelte sich auch um einen gramnegativen, endotoxinbildenden Mikroorganismus. Die Produktion wurde gestoppt und eine umfangreiche Untersuchung eingeleitet.

Alle Daten und möglichen Ursachen, einschließlich jährlicher Trends und Wartungspläne, wurden untersucht. Die Untersuchung ergab, dass das Labor keine SOPs verletzt hatte. Alle Laborkontrollen wurden beibehalten, die Mitarbeiter waren ordnungsgemäß geschult, und das Personal meldete keine ungewöhnlichen Vorkommnisse während der Probenentnahme oder des Analyseprozesses. Auch das Produktions- und Wartungspersonal wurde ordnungsgemäß geschult und hielt sich an die entsprechenden Verfahren. Alle Geräte waren ordnungsgemäß kalibriert und funktionierten einwandfrei. Die Produktionsausrüstung wurde sogar vor kurzem von einem vom Hersteller der Ausrüstung beauftragten Unternehmen gewartet. Nichts schien ungewöhnlich zu sein.

Es stellte sich heraus, dass die Antwort in den Daten zur biologischen Belastung versteckt war. Die Überlagerung des routinemäßigen Wartungsplans der Ausrüstung mit den Trends der Bioburden ergab, dass jedes Mal, wenn ein Wartungsereignis eintrat, ein Ausschlag der Alarmstufe dicht auf die Wartung folgte. Bei der Befragung des Auftragnehmers stellte sich heraus, dass er die Geräte gemäß der Standardarbeitsanweisung kalibrierte, wozu auch eine letzte Wasserspülung gehörte. Der Auftragnehmer ließ das Wasser in den Geräteschläuchen, da die SOP keine Anweisung enthielt, das Wasser zu entfernen.

Die Mikrobiologen hatten endlich ihre wahrscheinliche Ursache! In der Zeit, in der die Qualitätssicherung die Kalibrierungsdaten überprüfte und die Produktion wieder anlief, vermehrten sich die Mikroorganismen in der kleinen Menge Wasser, die in den Schläuchen der Geräte verblieben war. Die Mikroorganismen wurden dann in den stromaufwärts gelegenen Produktstrom gespült und verursachten eine gelegentliche Abweichung des Alarmpegels, die sich selbst korrigierte, da die Schläuche durch den turbulenten Produktstrom weiter ausgespült wurden. Die nachgeschaltete Verarbeitung würde die geringen Mengen an Mikroorganismen entfernen und/oder zerstören. Das Endprodukt erfüllte stets alle Spezifikationen der Endproduktprüfung. Die routinemäßige Überwachung ergab keine Anzeichen für die Bildung eines Biofilms in den Ausrüstungsschläuchen.

Während des Stillstands wurde die Produktionsanlage vollständig gereinigt, die Ausrüstung abgebaut, Ausrüstungsschläuche ersetzt und mehrere Produktchargen zurückgewiesen. Obwohl das Unternehmen 1X auf Endotoxine, Sterilität und andere Tests zur Freigabe getestet hat, um sicherzustellen, dass das Produkt sicher und wirksam ist, hat es nicht auf alle potenziellen Nebenprodukte des nicht spezifizierten Mikroorganismus getestet. Für die Verbraucher war es sicherer, wenn das Unternehmen 1X das Produkt zurückwies, als ein Produkt freizugeben, das als mit unbekannten Substanzen verfälscht hätte gelten können.

Wären die periodischen Spitzen ausgewertet worden, hätte die wahrscheinliche Ursache früher erkannt und der anschließende Produktverlust und die vollständige Stilllegung der Produktion verhindert werden können.

Schlussfolgerung

Der Bioburden-Test für die prozessbegleitende Prüfung von Arzneimitteln ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Arten und Mengen von Mikroorganismen im Produkt während des Herstellungsprozesses. Der Test ist eine behördliche Anforderung und wird in Warnschreiben, Leitfäden und Verordnungen erwähnt.

Die Reduzierung der Bioburden sollte während des gesamten Prozesses der Herstellung steriler Produkte erfolgen.1 Die Spezifikationen des Assays können zur Rationalisierung von Methodenentwicklung und Validierungsstudien verwendet werden. Bioburden-Spezifikationen können aus Leitfäden abgeleitet oder anhand wissenschaftlicher Begründungen oder historischer Daten berechnet werden. Eine ordnungsgemäße Validierung des Bioburden-Assays ist wichtig, um sicherzustellen, dass die erzeugten Daten korrekt sind.

Bioburden-Daten und -Trends sollten ausgewertet werden, um festzustellen, ob die Werte im Laufe der Zeit angemessen bleiben, und periodische Spitzen in den Daten sollten ausgewertet werden, selbst wenn sie innerhalb der Grenzwerte bleiben.1 Die Daten werden nicht nur erhoben, weil es sich um eine behördliche Anforderung handelt, sondern in den Daten kann eine Geschichte verborgen sein, die dem Unternehmen Zeit und Geld sparen und letztlich den Patienten schützen könnte.

1. Sandle, T. (2015) Assessing Process Hold Times for Microbial Risks: Bioburden und Endotoxin. Institute of Validation Technology. September 30, 2015.
2. United States Pharmacopeia (USP) <1111> Microbiological Examination of Nonsterile Products: Acceptance Criteria for Pharmaceutical Preparations and Substances for Pharmaceutical Use
3. United States Pharmacopeia (USP) <1229.3> Monitoring of Bioburden

Über den Autor:

Crystal M. Booth, M.M., verfügt über mehr als 19 Jahre Erfahrung in der pharmazeutischen Mikrobiologie, wo sie in der Qualitätssicherung, bei CDMOs, in der Forschung und Entwicklung und in Qualitätskontrolllabors, einschließlich Start-up-Unternehmen, tätig war. Im Laufe ihrer Karriere hat sie Methoden für Antibiotika, Otika, topische Cremes, topische Salben, orale Feststoffpräparate, orale Flüssigpräparate, veterinärmedizinische Produkte, Parenteralia für den Menschen, Impfstoffe, Biologika, aseptisch abgefüllte Produkte und sterilisierte Produkte entwickelt und validiert. Zu diesen Methoden gehören Tests auf mikrobielle Grenzwerte, bakterielle Endotoxine, Partikeltests, Sterilitätstests, Validierungen pharmazeutischer Wassersysteme, Umweltüberwachungsprogramme, Validierungen der Oberflächenwiederherstellung, Studien zur Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln, Tests auf minimale Hemmkonzentration, Tests zur antimikrobiellen Wirksamkeit, Haltezeitstudien und verschiedene Gerätevalidierungen. Crystal erwarb ihren Bachelor-Abschluss in Biologie an der Old Dominion University und ihren Master-Abschluss in Mikrobiologie an der North Carolina State University.