In-Process Bioburden Testing Of Pharmaceuticals: The Story Behind The Data

Door Crystal M. Booth, PSC Biotech

In-process bioburden tests worden uitgevoerd om de hoeveelheden en soorten micro-organismen in het fabricageproces te analyseren. Om nauwkeurige gegevens te verkrijgen, moet de methode goed ontwikkeld en gevalideerd zijn. Trending van de gegevens is nuttig omdat het kan worden gebruikt om ongunstige trends, seizoensgebonden schommelingen en zelfs de microbiële belasting van sterilisatiefilters te controleren. Maar dat is niet alles. Er zit vaak een verhaal in de gegevens – een verhaal dat het verhaal kan vertellen van de meest waarschijnlijke hoofdoorzaak tijdens een onderzoek naar een afwijking van de specificatie en dat bewijsmateriaal kan onthullen van onopzettelijke besmetting of onopgemerkte etterende biofilms.

Dit artikel gaat over in-proces bioburden testen en het belang van het vaststellen van nauwkeurige gegevens en het routinematig monitoren van de gegevens op nadelige trends. Het bespreekt ook het belang van het evalueren van periodieke gegevenspieken en een hypothetische casestudy waar de evaluatie van dergelijke gegevenspieken een volledige productiestop had kunnen voorkomen.

Overzicht van de In-Process Bioburden Test

De bioburden assay voor in-process testen van farmaceutische producten is van centraal belang voor het begrijpen van de soorten en hoeveelheden micro-organismen in het product tijdens het productieproces. De assay screent op aerobe mesofiele bacteriën en schimmels, en de resulterende gegevens geven een voorlopige indicatie van de kwaliteit van het eindproduct. Uit de resulterende gegevens kan bijvoorbeeld worden afgeleid dat het eindproduct niet zal zijn verontreinigd met vreemd microbieel materiaal, veilig zal zijn voor de consument en, mogelijk, dat het product zal reageren zoals het is bedoeld.

Zekere micro-organismen kunnen de activiteit van producten ongunstig beïnvloeden (d.w.z. verminderen of inactiveren) en de gezondheid van patiënten aantasten.2 “Het monitoren van de bioburden van farmaceutische componenten en producten tijdens het proces is een essentieel onderdeel van het totale contaminatiecontroleprogramma voor een adequate beheersing van het sterilisatieproces. “3

De bioburdenbepaling is vergelijkbaar met de methodologie die wordt gebruikt in de microbiële tellingstest die wordt besproken in United States Pharmacopeia (USP) <61>, Microbiological Examination of Nonsterile Products: Microbial Enumeration Tests. De methodologie voor de bioburdentest wordt gewoonlijk aangepast aan USP <61>, USP <71> Steriliteitstests, en richtlijnen voor het testen van water, zoals USP <1231> Water voor farmaceutische doeleinden. De test is een wettelijke verwachting die al enige tijd bestaat en wordt genoemd in waarschuwingsbrieven van de FDA. Enkele toepasselijke regelgevingsdocumenten en algemene richtsnoeren zijn:

• 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 )
• Annex 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, Hoofdstuk 56- Kwaliteitsborging geneesmiddelen, Steriele procesinspecties geneesmiddelen, 5 november 2015
• Pharmaceutical Microbiology Manual, 2014- “ANSI/AAMI/ISO 11737-1:2006/(R)2011 sterilisatie van producten voor de gezondheidszorg – Microbiologische methoden – Deel 1”

Bioburdenreductie moet plaatsvinden tijdens het hele productieproces van steriele producten.1 Als de specificatie van de bioburden tijdens het proces bekend is, kan het proces van methodeontwikkeling en -validering worden gestroomlijnd. Afhankelijk van het product kunnen sommige bioburdenspecificaties in richtsnoeren zijn vastgesteld, terwijl andere moeten worden berekend of wetenschappelijk verantwoord op basis van het fabricageproces of historische gegevens. USP <1111> noemt enkele acceptatiecriteria voor niet-steriele producten, waaronder de aanbevolen totale aerobe microbiële telling (TAMC) en totale gecombineerde gist- en schimmeltelling (TYMC).

Een paar overwegingen bij het vaststellen van bioburden testregimes moeten het risico voor de productkwaliteit, de plaats in het fabricageproces, het risico voor de patiënt, en de potentiële belasting van eventuele sterilisatiefilters omvatten. USP <1229.3>, Monitoring of Bioburden, bespreekt andere overwegingen, waaronder de bekende variabiliteit van de assay, eerdere gegevens, batchgrootte, materialen, productieproces en omgevingsinvloeden.3 Deze overwegingen moeten worden meegenomen bij het ontwikkelen van de methode voor de bioburden-assay.

De juiste validatie van de bioburden-test is essentieel om ervoor te zorgen dat de resultaten accuraat zijn. Bovendien kunnen bezwaarlijke micro-organismen onopgemerkt blijven als de tests niet worden uitgevoerd of niet naar behoren worden gevalideerd, of als de verkregen gegevens niet naar behoren worden doorgelicht. Indien de gegevens niet naar behoren worden onderzocht, bestaat het risico dat de micro-organismen zich in de fabricage-uitrusting kunnen verspreiden.

The Story Behind The Data

Detecting abnormal trends early and correcting microbial growth could potentially save money on remediation efforts and prevent product recalls. Bioburdengegevens en trends moeten worden geëvalueerd om te bepalen of de niveaus in de loop van de tijd geschikt blijven, en periodieke pieken in de gegevens moeten worden geëvalueerd, zelfs als ze binnen de grenzen blijven.1

Er zijn meerdere voorbeelden van casestudies die het belang van het correct monitoren van trends en in-process bioburdengegevens uitleggen. De volgende hypothetische casestudy volgt bedrijf 1X bij het ontdekken van het verhaal achter zijn bioburdengegevens.

Hypothetische casestudy

Veel productiefaciliteiten krijgen af en toe een piek in het waarschuwingsniveau. Bedrijf 1X was niet anders. De in-proces upstream bioburden gegevens hadden een trend van laag niveau bioburden (meestal <5 CFU/100 mL). Af en toe was er een piek boven het alarmniveau. Door de productiesnelheid en de incubatietijd corrigeerden de waarschuwingen zich meestal zelf voordat het microbiologisch laboratorium kon reageren. De waarschuwingen bereikten nooit de door het bedrijf gehanteerde definitie van een “ongunstige trend”, namelijk drie opeenvolgende overschrijdingen van het alarmniveau. Dit ging vele jaren zo door, zonder grote onderzoeken of zorgen.

Een jaar, na een lang weekend, lazen de microbiologen meerdere dagmonsters tegelijk, zoals ze al vele malen eerder zonder problemen hadden gedaan. Maar deze keer liepen de tellingen uit de hand, en werd er alarm geslagen. Terwijl monster na monster van de test kwam, werden de tellingen uitgezet en in een trend gezet. De trend was niet alleen ongunstig en corrigeerde zichzelf niet, het micro-organisme was ook nog eens een Gram-negatief endotoxineproducerend micro-organisme. De productie werd stopgezet en er volgde een groot onderzoek.

Alle gegevens en mogelijke oorzaken, waaronder jaarlijkse trends en onderhoudsschema’s, werden onderzocht. Tijdens het onderzoek werd geconcludeerd dat het laboratorium geen SOP’s had overtreden. Alle laboratoriumcontroles bleven van kracht, de werknemers waren naar behoren opgeleid, en het personeel meldde geen ongewone voorvallen tijdens de monsterneming of het analyseproces. Ook het productie- en onderhoudspersoneel was naar behoren opgeleid en volgde zijn procedures. Alle apparatuur was naar behoren gekalibreerd en functioneerde naar behoren. De productieapparatuur was zelfs onlangs onderhouden door een aannemer die door de fabrikant van de apparatuur was ingehuurd. Niets leek ongewoon.

Het antwoord bleek verborgen te zitten in de bioburdengegevens. Uit de overlay van het schema voor het routineonderhoud van de apparatuur en de bioburden-trends bleek dat telkens wanneer er onderhoud werd gepleegd, er een overschrijding van het alarmniveau volgde, vlak na het onderhoud. Uit een gesprek met de contractant bleek dat hij de apparatuur volgens het SOP zou kalibreren, hetgeen een eindspoeling met water inhield. De contractant liet het water in de buizen van de apparatuur zitten omdat de SOP hem niet opdroeg het water te verwijderen.

De microbiologen hadden eindelijk hun waarschijnlijke oorzaak! Gedurende de tijd die QA nodig had om de kalibratiegegevens te controleren en de productie om de productieactiviteiten te hervatten, vermeerderden de micro-organismen zich in de kleine hoeveelheid water die in de buizen van de apparatuur was achtergebleven. De micro-organismen spoelden dan in de stroomopwaartse productstroom, wat af en toe een overschrijding van het alarmniveau veroorzaakte dat zichzelf corrigeerde omdat de buizen door de turbulente productstroom bleven uitgespoeld worden. Stroomafwaartse verwerking zou de lage niveaus van micro-organismen verwijderen en/of vernietigen. Het eindproduct voldeed altijd aan alle specificaties voor het testen van het eindproduct. Routinematige monitoring wees niet op de vorming van een biofilm in de buizen van de apparatuur.

Tijdens de stillegging werd de productieruimte volledig gereinigd, de apparatuur werd afgebroken, buizen van de apparatuur werden vervangen, en verschillende partijen product werden afgekeurd. Hoewel bedrijf 1X testte op endotoxinen, steriliteit en andere tests voor vrijgave om ervoor te zorgen dat het product veilig en effectief was, testte het niet op elk potentieel bijproduct van het buiten de specificatie vallende micro-organisme. Het was veiliger voor de consument voor bedrijf 1X om het product af te keuren in plaats van een product vrij te geven dat als vervuild met onbekende stoffen had kunnen worden beschouwd.

Als de periodieke pieken waren geëvalueerd, had de waarschijnlijke oorzaak eerder kunnen worden vastgesteld en hadden het daaropvolgende productverlies en de volledige productiestop kunnen worden voorkomen.

Conclusie

De bioburden-test voor in-proces testen van farmaceutische producten is van centraal belang om de soorten en hoeveelheden micro-organismen in het product tijdens het productieproces te begrijpen. De test is een wettelijke vereiste en wordt vermeld in waarschuwingsbrieven, compendiale richtsnoeren en verordeningen.

Bioburdenreductie moet gedurende het hele fabricageproces van steriele producten plaatsvinden.1 De specificaties van de assay kunnen worden gebruikt om methodeontwikkeling en validatiestudies te stroomlijnen. Bioburdenspecificaties kunnen worden vastgesteld aan de hand van richtsnoeren of worden berekend met behulp van wetenschappelijke motivering of historische gegevens. Een juiste validatie van de bioburden assay is essentieel om ervoor te zorgen dat de gegenereerde gegevens accuraat zijn.

Bioburdengegevens en trends moeten worden geëvalueerd om te bepalen of de niveaus in de loop van de tijd geschikt blijven, en periodieke pieken in de gegevens moeten worden geëvalueerd, zelfs als ze binnen de grenzen blijven.1 De gegevens worden niet alleen verzameld omdat het een wettelijke vereiste is, maar er kan een verhaal in de gegevens verborgen zijn dat het bedrijf tijd en geld kan besparen en uiteindelijk de patiënt kan beschermen.

1. Sandle, T. (2015) Assessing Process Hold Times for Microbial Risks: Bioburden en Endotoxine. Instituut voor Validatie Technologie. 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

Over de auteur:

Crystal M. Booth, M.M., heeft meer dan 19 jaar ervaring op het gebied van farmaceutische microbiologie en heeft gewerkt in laboratoria voor kwaliteitsborging, CDMO’s, O&D en kwaliteitscontrole, waaronder startende bedrijven. Tijdens haar loopbaan heeft zij methoden ontwikkeld en gevalideerd voor antibiotica, otopische producten, lokale crèmes, lokale zalven, producten voor orale toediening in vaste doses, producten voor orale toediening in vloeibare doses, veterinaire producten, parenterale geneesmiddelen voor menselijk gebruik, vaccins, biologische geneesmiddelen, aseptisch gevulde producten en terminaal gesteriliseerde producten. Deze methoden omvatten microbiële limiettests, bacteriële endotoxinetests, deeltjestests, steriliteitstests, validaties van farmaceutische watersystemen, milieubewakingsprogramma’s, validaties van oppervlakteterugwinning, onderzoeken naar de doeltreffendheid van ontsmettingsmiddelen, tests van de minimale remmende concentratie, tests naar de doeltreffendheid van antimicrobiële stoffen, onderzoeken naar de bewaartijd en diverse apparatuurvalidaties. Crystal behaalde haar bachelor in biologie aan de Old Dominion University en haar master in microbiologie aan de North Carolina State University.