Die Verwendung von Single-Use Technologie in der biopharmazeutischen Fertigung ist in den letzten Jahren zunehmend ins Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt.

Die Technologie beinhaltet eine Vielzahl von Polymer-basierten Single-Use Komponenten für die Handhabung von Flüssigkeiten (meistens bestehend aus Schläuchen, Beuteln, Flaschen, Filtern, Sensoren, Verbindern und andere Komponenten), die vorgefertigt sind und Anwendungen, vom vorgelagerten Bioprocessing bis zur endgültigen Formulierung und Befüllung, unterstützen. Diese Produkte werden einmal im Arzneimittelherstellungsprozess oder -vorgang verwendet und dann entfernt, entsorgt und ausgetauscht.
In der Regel werden kundenspezifische Einwegkomponentengruppen von Single-Use Produzenten in Absprache mit den Technik- und Compliance-Abteilungen der Arzneimittelhersteller entwickelt und hergestellt, die vorgeben, dass diese Komponentengruppen vorsterilisiert – häufig gammastrahlensterilisiert – ausgeliefert werden müssen. Somit trägt der Single-Use Produzent nicht nur die Verantwortung für die Umsetzung und Anwendung der aktuellen ‚Guten Herstellungspraxis‘ (cGMP, Current Good Manufacturing Practices) im Herstellungsprozess, sondern auch für die Einhaltung eines konformen Sterilitäts-Validierungsprogramms.
Daher gibt es mehrere signifikante und einzigartige Aspekte bei der Qualitätssicherung und der Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen für die Qualitätsabteilungen der Hersteller von Single-Use Produkten. Hierbei geht es um inhärente Risiken im Zusammenhang mit der Herstellung steriler Komponentengruppen, die in direkten Kontakt mit Arzneimittelwirkstoffen kommen.
Diese Aspekte sind u. a.:

• Reinraum-Zertifizierung und Kontaminationskontrolle
• Umgebungsüberwachung
• Validierung der Sterilität und Sterilbarriere der Verpackung
• VWR-Hersteller von Single-Use Lösungen, als Teil der Bioprocessing-Organisation von VWR, unterstützen biopharmazeutische Unternehmen bei der Implementierung von Single-Use Technologien, um das Kontaminationsrisiko zu reduzieren, die Ressourceneffizienz zu verbessern und die Arbeits- und Energiekosten zu senken.
• Reinraumzertifizierung und
• Kontaminationskontrolle

Da Single-Use Produkte häufig ohne Reinigung oder Sterilisation durch den Endbenutzer verwendet werden, sind Kontaminationskontrollen bei der Fertigung von Single-Use Produkten unverzichtbar. Produktionsumgebungen werden gemäß ISO 14644 für Reinräume entwickelt und gewartet. ISO 14644 bestimmt die Normung von Equipment, Einrichtungen und betrieblichen Methoden für Reinräume und andere kontrollierte Umgebungen. Insbesondere die ISO 14644-1 definiert „Klassen“ von Reinraumumgebungen basierend auf der Luftreinheit durch Partikelkonzentration.
Die Einhaltung einer bestimmten ISO-Klassifizierung wird durch einen definierten Zertifizierungsprozess belegt, durch routinemäßige Überwachungen (gemäß ISO 14644-2) gepflegt und mindestens einmal pro Jahr neu zertifiziert. Reinraum-Zertifizierungen, die normalerweise durch unabhängige Spezialisten ausgestellt werden, umfassen u. a. die Messung und Auswertung von Daten zur Partikelkonzentration, Luftstromvolumen, Berechnung der Luftveränderungen pro Stunde und Differenzdrücke von Raum zu Raum anhand definierter Abnahmekriterien.
Zurzeit entsprechen die Produktionseinrichtungen für Single-Use Produkte den Spezifikationen der ISO-Klasse 7, wobei die Partikelkonzentrationen die folgenden Anforderungen erfüllen müssen.
ISO-Klasse 7
Maximal zulässige Konzentrationen Partikel/m³ ≥ als die unten angegebenen Größen

0,5 µm        1 µm       5 µm
352.000    83.200     2.930

Reinraum-Kontaminationskontrollen gehen jedoch über die einfache Messung und Überwachung der Partikelkonzentration in den Fertigungsbereichen hinaus. Die Beste Industriepraxis für die Herstellung von Single-Use Produkten basiert auf Reinraumumgebungen, umfassen die folgenden Kriterien:
Separate, angrenzende Umkleideräume gemäß ISO-Klasse 8 mit festgelegten Umkleidevorschriften, die im Rahmen von Mitarbeiterschulungen vermittelt werden und von Reinraumtechnikern konsequent eingehalten werden. Bei ISO-Klasse 7 sind Haarbedeckungen (Kopf und Bart), Kittel oder Overalls, Überschuhe oder spezielle Reinraum- Schuhe und Handschuhe vorgeschrieben.
Separate, angrenzende Räume für Materialtransfer oder Luftschleusen, gemäß ISO-Klasse 8. Materialtransfer mit minimierter Wahrscheinlichkeit der Einschleppung von Kontaminanten, die sich auf den Oberflächen von eingehenden Materialien oder auf der Materialverpackungen befinden könnten, in die Reinraum-Fertigungsbereiche.
Ein detailliertes Reinigungsprogramm für alle klassifizierten Bereiche, das die routinemäßige Reinigung aller Oberflächen mit abwechselnder Verwendung von zwei oder mehreren keimtötenden Reinigungsmitteln und einem oder mehreren sporiziden Reinigungsmitteln vorsieht. Das Reinigungsprogramm sollte zur Feststellung der Wirksamkeit validiert werden.
Verfahren zur Linienabnahme für die Vorgehensweise bei der Materialbeseitigung zwischen zwei Chargen oder Aufträgen und Reinigung von Umgebung/Geräten, um das Risiko von Kreuzkontamination oder Verwechslungen bei Materialien bei aufeinanderfolgenden Chargen/Aufträgen zu verringern.

Überwachung von Umgebungs­bedingungen
Wir haben die Messung und Überwachung von nicht lebensfähigen Partikeln, worauf die Reinraum-Zertifizierung und Klassifizierung basiert, diskutiert. Allerdings gibt es vier weitere Aspekte der Umgebungsüberwachung, die ausschlaggebend für Umgebungen sind, in denen Single-Use Produkte für die Herstellung von Arzneimitteln produziert werden. Diese sind die Differenzdrucküberwachung, die Überwachung nicht lebensfähiger Partikel, die Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung sowie die Überwachung lebensfähiger Mikroorganismen.

Differenzdrucküberwachung
Die Überwachung der Sauberkeit und Kontrolle der luftgetragenen Schadstoffe in Reinräumen von Fertigungseinrichtungen für Single-Use Produkte wird durch eine spezielle Luftstrom-Bauweise unterstützt, die stetigen Luftstrom gewährleistet; (a) von klassifizierten Räumen in angrenzende nicht klassifizierte Räume, und (b) von niedriger klassifizierten Räumen in angrenzende höher klassifizierte Räume (z. B. von einem Bereich der ISO-Klasse 7 in einen Bereich der ISO-Klasse 8). Für das Aufrechterhalten dieser positiven Differenzialluftdrücke ist eine kontinuierliche Überwachung erforderlich.
Die Differenzdrucküberwachung wird normalerweise mit Magnahelic-Differenzdruckmessgeräten durchgeführt. Diese Messgeräte haben eine empfindliche Membran, die auf Druckveränderungen von einem Punkt zu einem anderen reagiert.
Die Überwachung von Differenzdrücken in Reinräumen kann entweder durch regelmäßige, manuelle Messungen mit Magnahelic-Differenzdruckmessgeräten erfolgen oder durch ein automatisiertes Überwachungssystem, das die Messwerte aufzeichnet und übermittelt.
Werden Messwerte ermittelt, die außerhalb der festgelegten Grenzwerte liegen, ist eine CAPA- Untersuchung erforderlich sowie die Korrektur und eine Risikobewertung in Bezug auf die möglichen Auswirkungen einer Kontamination auf den Reinraum und das hergestellte Produkt.

Überwachung nicht lebensfähiger ­Partikel
ISO 14644-1 für Reinraumumgebungen basiert, wie bereits erwähnt, teilweise auf der Luftreinheit gemessen an der Partikelkonzentration. Die Partikel, die für die Reinraum-Zertifizierung gemessen werden, werden meistens als nicht lebensfähige Partikel bezeichnet. Um die Anforderungen der ISO- Klassifizierung zu erfüllen, muss mehr jedoch getan werden als nur der anfängliche Nachweis darüber, dass die Partikelkonzen­trationen innerhalb definierter Grenzwerte liegen.
Die Anforderungen erstrecken sich auch auf die routinemäßige Überwachung, um sicherzustellen, dass die Partikelkonzentrationen an den festgelegten Orten innerhalb des Reinraums auch weiterhin innerhalb dieser Grenzwerte liegen.
Die Überwachung nicht lebender Partikel erfolgt manchmal durch Messgeräte, die sich innerhalb des Reinraumbereichs befinden und an ein Softwaresystem angeschlossen sind, das automatische Benachrichtigung anzeigt, wenn der Partikelgehalt die von der ISO vorgeschriebenen Grenzwerte überschreitet.
Bei der routinemäßigen Überwachung kommen auch tragbare, in der Hand zu haltende Partikelzähler zum Einsatz. Das Endergebnis für den Hersteller von Single-Use Produkten muss ein kontinuierliches Programm zur Überprüfung sein, damit die Zahl nicht lebender Partikel die von der ISO vorgegebenen Grenzwerte für die Partikelkonzentrationen nicht überschreitet.

Temperatur- und Feuchtigkeits­überwachung
Es mag zunächst unnötig erscheinen, die Temperatur und Feuchtigkeit in Reinräumen für die Herstellung von Single-Use Produkten zu überwachen. In Bezug auf eine mögliche Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften der Single-Use Komponenten auf Polymer-Basis mögen die Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile einer Fertigungsumgebung mit einer betrieblichen HLK-Anlage kein entscheidender Faktor sein. Jedoch können die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsprofile im Fertigungsbereich möglicherweise erhebliche Auswirkungen auf das Wachstum und die Verbreitung von Mikroorganismen in der Luft und auf den Oberflächen der Reinraum-Fertigungsbereiche haben.
Aus diesem Grund haben die meisten Reinräume zur Herstellung von Single-Use Komponenten Systeme für die kontinuierliche Überwachung von Temperatur und Feuchtigkeit. Diese Systeme besitzen kalibrierte Sensoren, die an den wichtigsten Punkten in der Fertigung, in den Umkleideräumen und Bereichen des Materialtransfers angebracht sind und regelmäßig Temperatur und Feuchtigkeit messen und sie an ein softwarebasiertes System übertragen. Das Überwachungssystem ist so programmiert, dass es die Daten erfasst, sie mit vordefinierten Alarm- und Eingriffs- Grenzwerten abgleicht, und eine automatische Benachrichtigung an die entsprechenden Mitarbeiter übersendet, wenn diese Alarm- oder Eingriffs-Grenzwerte überschritten werden. Dann wird normalerweise eine CAPA- Maßnahme zur Untersuchung und Behebung der Ursache der Abweichung eingeleitet.
Da Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachungssysteme generell für die Überwachung des mikrobiellen Wachstums eingesetzt werden, ist die Erstellung der Grenzwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit häufig an eine andere Umgebungsaktivität gebunden – die Überwachung lebensfähiger Mikroorganismen.

Überwachung lebensfähiger Mikro­organismen
Die Gesamtkeimzahl – definiert als die Population lebensfähiger Mikroorganismen auf einem Produkt und/oder der Produktverpackung – ist für die Herstellung von Single-Use Produkten entscheidend, besonders wenn die Sterilitätsvalidierung ein Faktor ist (siehe nachfolgenden Abschnitt zur Sterilitätsvalidierung). Deshalb ist die routinemäßige Überwachung von lebenden (d. h. lebensfähigen) Mikroorganismen in Reinraumbereichen ein wesentlicher Bestandteil der Kontaminationskontrolle für Hersteller von Single-Use Produkten. Zur Überwachung lebensfähiger Mikroorganismen werden regelmäßig Proben aus der Luft, von Oberflächen (wie Wänden, Böden, Decken, Tischen, Regalen) und manchmal auch vom Personal (z. B. von der Bekleidung und den Handschuhen) entnommen. Die Proben werden an zuvor festgelegten Plätzen entnommen und auf Abklatsch- und/oder Sedimentationsplatten mit Agarnährböden gebracht. Diese Platten werden dann in einem Labor inkubiert und schließlich durch einen qualifizierten Mitarbeiter im Labor ausgewertet, der die mikrobiellen koloniebildenden Einheiten (KBE) identifiziert und zählt.
Die Ergebnisse der Überwachung von lebensfähigen Mikroorganismen werden meistens in Form der Gesamtkeimzahl an Bakterien und Pilzen in KBE dokumentiert. Genauere Berichte können außerdem durch die Zählung der Hefe- und Schimmelpilzen und anderer Formen von mikrobiellem Wachstum erzielt werden. Alarm- und Eingriffs-Grenzwerte sind vorgegeben und Überschreitungen werden durch das CAPA-System untersucht und korrigiert.

Validierung der Sterilität und Steril­barriere der Bepackung
Die vielleicht größte Herausforderung für die Qualitäts- und Rechtsabteilungen der Hersteller für Single-Use Produkte ist der Validierungsprozess, besonders spezielle Validierungen, die bei der Bereitstellung von sterilen Produkten für ihre biopharmazeutischen Kunden entscheidend sind.
In der biopharmazeutischen Industrie werden die Single-Use Komponentengruppen heute meistens „vorsterilisiert“ angeboten – das heißt, es hat eine Endsterilisation, bspw. durch Gammastrahlung, stattgefunden. Es liegt in der Verantwortung der Hersteller von Single-Use Produkten, das Produkt einem Sterilisierungsprozess (entweder intern oder, was wahrscheinlicher ist, extern in einer zugelassenen Sterilisierungseinrichtung) zu unterziehen. Unabhängig davon, wo die Sterilisation erfolgt, liegt es immer in der Verantwortung des Herstellers der Single-Use Produkte, den Sterilisierungsprozessen seiner Produkte zu validieren.

Sterilitätsvalidierung
Sterilisation ist definiert als ein validierter Prozess, um Produkte frei von lebensfähigen Mikroorganismen zu machen. Es ist jedoch zu beachten, dass das Abtöten von Mikroorganismen im Sterilisationsprozess exponentiell ist und somit das Überleben eines Mikroorganismus auf einem einzelnen Gegenstand als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden muss. Die Wahrscheinlichkeit kann zwar extrem minimiert, jedoch niemals auf Null reduziert werden.
Diese Tatsache hat zu dem Begriff Sterility Assurance Level (SAL) geführt, der definiert ist als die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner, lebensfähiger Mikroorganismus nach der Sterilisation auf einem Gegenstand nachzuweisen ist. SAL gibt einen quantitativen Wert wieder, im Allgemeinen 10-6 oder 10-3. Wendet man diesen quantitativen Wert auf die Qualitätssicherung der Sterilität an, so hat ein SAL-Wert von 10^-6 zwar einen geringeren Wert, bietet jedoch höhere Zuverlässigkeit bei der Sterilität als ein SAL-Wert von 10^-3. Einfach ausgedrückt: Ein SAL-Wert von 10^-6 bedeutet, dass es ein Risiko von eins zu einer Million gibt, dass ein hergestelltes Produkt nach der Sterilisation noch einen lebenden Mikroorganismus enthält.
Heutzutage wird bei der Herstellung von Single-Use Produkten für die Arzneimittelherstellung meist ein SAL von 10^-6 verlangt. Um durch Gammastrahlung einen SAL-Wert von 10^-6 zu erreichen, müssen Hersteller von Single-Use Produkten ein Validierungsprotokoll auf der Grundlage von ANSI/AAMI/ISO 11137- 1:2006, „Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge – Strahlen – Teil 1: Anforderungen an die Entwicklung, Validierung und Lenkung der Anwendung eines Sterilisationsverfahrens für Medizinprodukte“ und ANSI/AAMI/ISO 11137-2:2006, „Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge – Strahlen – Teil 2: Festlegung der Sterilisationsdosis“ durchführen.
Für Organisationen (z. B. diejenigen, die VWR- Produktionsstandorte für Single-Use Lösungen umfassen), die kundenspezifische, integrierte, gammabestrahlte Produkte zur Herstellung von Arzneimitteln herstellen, spezifiziert der ANSI/ AAMI/ISO 11137 Standard die Verwendung eines simulierten Produkts. Dieses simulierte Produkt ist eine Worst-Case-Probe, die speziell für die Festlegung und Aufrechterhaltung der Sterilisationsdosis entwickelt und hergestellt wurden. Die Produktionsstandorte für Single-Use Lösungen von VWR verfügen jeweils über ein vorgegebenes simuliertes Produkt, das die jeweilige Produktfamilie von gammabestrahlten Komponentengruppen repräsentiert und auf folgenden Kriterien gemäß ANSI/AAMI/ISO 11137 basiert:
Das simulierte Produkt ist ähnlich zur tatsächlichen Produktreihe in Bezug auf Material und Größe, und wird den Herstellungsverfahren des Standortes unterzogen.
Das simulierte Produkt stellt eine gleichwertige oder größere Herausforderung an den Sterilisationsprozess als die einzelnen Komponenten der Produktfamilie.

Das simulierte Produkt wird auf die Gesamtkeimzahl und Sterilität gemäß ANSI/ AAMI/ISO 11137-2 untersucht, um eine Erstvalidierung der Bestrahlungssterilisation von medizinischen Produkten zu erhalten. Der Bestrahlungssterilisationsprozess wird durch vierteljährliche Dosisüberprüfungen erneut validiert. Diese Validierung stellt sicher, dass der SAL-Wert von 10-6 für die Produktfamilie des Standorts eingehalten wird, wenn eine Gamma-Bestrahlungsdosis von mindestens 25 kGy vorliegt.

Validierung der Sterilbarriere der Verpackung
Hersteller von Single-Use Produkten sind für die Validierung der anfänglichen Sterilität durch Methoden, wie die oben beschriebenen, gemäß ANSI/AAMI/ISO 11137 verantwortlich. Doch folgende Frage ergibt sich für Anwender, die ein steriles Produkt eines Herstellers von Einwegprodukten erhalten: „Wie lange bleiben die gelieferten Produkten steril, wenn sie in der Originalverpackung gemäß den angegebenen Aufbewahrungsbedingungen gelagert werden?“. Zur Beantwortung dieser Frage muss der Hersteller von Einwegprodukten eine andere Validierungsnorm heranziehen, nämlich die ANSI/AAMI/ISO 11607 für Verpackungen für endständig sterilisierte Medizinprodukte.

• Teil 1: Anforderungen an Materialien, Sterilbarrieresysteme und Verpackungssysteme
• Teil 2: Validierungsanforderungen für die Formgebung, Abdichtung und Montage­prozesse

Viele Single-Use Komponentengruppen sind in einer doppelten Schicht aus nicht porösem Polyethylen-Beutelmaterial verpackt, wobei sowohl der innere und als auch der äußere Beutel durch Hitzeversiegelung verschlossen sind. Der Arzneimittelhersteller entfernt in der Regel den äußeren Beutel, bevor das Produkt in die Fertigungsumgebung gelangt. Somit verbleibt das Produkt im Innenbeutel, der (meistens) die „Sterilbarriere“ für das Produkt ist. Mit anderen Worten: Wenn die Sterilbarriere (also der Innenbeutel) intakt ist, kann das Produkt als steril bleibend bezeichnet werden.
Die Validierung der Sterilbarriere der Verpackung gemäß ANSI/AAMI/ISO 11607 unterstützt die Hersteller von Single-Use Produkten beim Festlegen der sterilen Haltbarkeit für die gammabestrahlten Produkte. Die Hersteller von Single-Use Produkten verpacken eine festgelegte Anzahl von Proben ihrer Produkte (oder Testproben zur Simulation von Worst-Case-Fällen bei der Verpackung), unterwirft die Proben einer Gamma Bestrahlung am oberen Ende ihres Dosisbereichs und unterziehen die Proben dann einer Reihe von Labortests zur Validierung der sterilen Haltbarkeit. Diese Tests sind u. a.:

• Beschleunigte Alterung – zur Simulation der Zersetzung der Verpackung im Laufe der Zeit (entsprechend der gewünschten Haltbarkeitsdauer) unter festgelegten Lagerungsbedingungen
• Farbeindringung – zur Prüfung der Dichtheit der Heißversiegelung nach Alterung
• Seal-Peel-Test – zur Prüfung der Siegelnahtfestigkeit der Heißversiegelung nach Alterung
• Sterilitätstests – zur Demonstration der Sterilität der Inhalte des verpackten Produkts nach Alterung

Bei positiven Ergebnissen kann der Hersteller von Single-Use Produkten eine sterile Haltbarkeit der in Übereinstimmung mit dem Validierungsprotokoll verpackten Produkte angeben, die in einer zugelassenen Einrichtung für Bestrahlung mit einem festgelegten Dosisbereich gammabestrahlt wurden.

Fazit
Heutzutage stehen die Hersteller von Single-Use Produkten vor besonderen Herausforderungen bei der Erfüllung der Erwartungen ihrer biopharmazeutischen Kunden und der Aufsichtsbehörden, die ständig wachsende Kontrollen für diese neue Industrie einführen. Viele dieser Herausforderungen wirken sich direkt auf die Qualitäts- und Compliance-Organisationen im Single-Use Fertigungsprozess aus. Nur durch die sorgsame Einhaltung der hier diskutierten Normen und Methoden, können die Hersteller den Grundstein für die fortgesetzte Bereitstellung von sicheren und effektiven Single-Use Lösungen für die Branche legen.