Wie führt man eine Validierung steriler/aseptischer Prozesse in der pharmazeutischen Industrie durch?

Regulatorische Grundlagen

Grundsätzlich sind die Anforderungen an die Validierung steriler/aseptischer Prozesse vergleichbar mit einer allgemeinen Prozessvalidierung (s. Q&A Prozessvalidierung). Besonderheiten ergeben sich aufgrund der hohen hygienischen Anforderungen und sind im EU-GMP-Leitfaden Annex 1 beschrieben. In ihm werden die Rahmenbedingungen für eine sterile/aseptische Fertigung beschrieben:

• Das notwendige Qualitätsmanagementsystem mit Angaben zur Kontaminations-Kontroll-Strategie ("Contamination Control Strategy", CCS)
• Anforderungen an Räumlichkeiten (Design, Qualifizierung, Details zu Restricted Access Barrier Systems" (RABS) und Isolatoren, Reinraumklassen (A-D), Requalifizierungszyklen)
• Anforderungen an die Ausrüstung (Design)
• Personalhygiene (u.a. Bekleidungsregime)
• Anforderungen an die Sterilisation (feuchte/trockene Hitze, Bestrahlung, Ethylenoxid (E(T)O, Revalidierungszyklen)
• Anforderungen an die Steril-Filtration
• Hinweise zu Produktions-Technologien ("Form-Fill-Seal" (FFS), "Blow Fill Seal" (BFS), Gefriertrocknung)
• Angaben zum Monitoring

Ganz wichtig für die Validierung eines aseptischen Prozesses ist die Aseptische Prozess Simulation (APS), die in einem Unterkapitel (9.32 - 9.49) des EU-GMP-Leitfaden Annex 1 beschrieben wird. Kapitel 9.46 formuliert eindeutig: Das Ziel ist Nullwachstum.

In den USA ist die Basis für die GMP-Regeln der 21 Code of Federal Regulation (CFR) 210/211. Wobei es nur in einem Paragrafen im 21 CFR 211.113 "Control of microbiological contamination" einen Hinweis zur Validierung des aseptischen Prozesses gibt.

Konkretisierungen zur Validierung eines aseptischen Prozesses finden sich in der FDA Leitlinie "Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing - Current Good Manufacturing Practice einer Leitlinie für die Industrie in der im Kapitel IX die APS relativ detailliert beschrieben ist.

Es gibt noch hilfreiche Informationen vom Pharmaceutical Inspection Cooperation Scheme (PIC/S), einem internationalen Zusammenschluss von Inspektionsbehörden. Ein Aide memoire des PIC/S Dokumentes PI 007-6 gibt relativ detaillierte Empfehlung von/für (europäische) Inspektoren zur Validierung des aseptischen Prozesses.

Weitere Informationen kann man ebenfalls in dem Technical Report 22 der PDA sowie in der USP <797>/<1116> "Pharmaceutical Compounding - Sterile / Microbiologial Evaluation of Clean Rooms" finden.

Umsetzung der regulatorischen Anforderungen in der Praxis

Die regulatorischen Anforderungen an die Aseptische Prozesssimulation (APS) sind zwar detailliert formuliert, ihre praktische Umsetzung erfordert jedoch ein strukturiertes, risikobasiertes und in das pharmazeutische Qualitätssystem integriertes Vorgehen. Ziel ist es, unter Verwendung eines Nährmediums die mikrobiologische Qualität eines aseptischen Prozesses zu überprüfen. Daher wird diese Methode auch als aseptische Prozesssimulation oder Nährmedienabfüllung ("Media Fill") bezeichnet. Die APS soll den jeweiligen aseptischen Prozess so genau wie möglich simulieren.

Voraussetzung für jede APS ist die erfolgreiche Qualifizierung von Räumen und Anlagen. Reinräume inklusive RABS oder Isolatoren müssen technisch qualifiziert und mikrobiologisch entsprechend ihrer Reinraumklasse eingestuft sein. Ebenso erforderlich sind ein etabliertes mikrobiologisches Monitoring-Programm sowie validierte Sterilisations- und Dekontaminationsprozesse. Vor der Erstvalidierung muss zudem ein detaillierter APS-Plan vorliegen, der die Frequenz, die Parameter, die Eingriffe sowie die zugrunde liegende wissenschaftliche Begründung definiert.

Die APS muss den aseptischen Routineprozess so genau wie möglich simulieren. Die Produktionsbedingungen, das Anlagen-Setup sowie die Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen dürfen nicht von der Routine abweichen ("not cleaner than"). Die Abfüllgeschwindigkeit und die Abfülldauer müssen repräsentativ sein. Falls unterschiedliche Geschwindigkeiten existieren, sind diese risikobasiert abzudecken. Eine hohe Geschwindigkeit kann häufigere Eingriffe bedeuten, während eine niedrige Geschwindigkeit zu längeren Expositionszeiten führt. Die gewählte Geschwindigkeit muss daher begründet werden.

Die Abfülldauer muss ausreichend sein, um alle im Routinebetrieb vorkommenden Eingriffe, einschließlich Schichtwechsel, zu simulieren. Sie orientiert sich an der maximalen Dauer regulärer Abfüllungen. Eine Überschreitung dieser Dauer gilt als Abweichung. Gleichzeitig fordert die FDA-Leitlinie, dass auch Aspekte wie mögliche Mitarbeiterermüdung berücksichtigt werden. Ein zentraler Bestandteil der Umsetzung ist die Definition und Simulation von Eingriffen. Gemäß Annex 1 müssen alle bekannten Routine- und Worst-Case-Eingriffe in die Prozesssimulation integriert werden. In der Praxis werden Eingriffe hinsichtlich ihrer Kritikalität (z. B. Kategorie A/B) sowie ihres Prozessbezugs (inhärent oder korrektiv) klassifiziert. Für jede Eingriffsart ist eine maximale bzw. Worst-Case-Anzahl festzulegen, die im Rahmen der APS durchgeführt werden muss. Dabei müssen alle Personen, die im Routinebetrieb eingreifen dürfen, einschließlich Mechaniker und Techniker, entsprechend beteiligt sein. Die Eingriffsjustifikation ist regelmäßig zu überprüfen und anzupassen.

Auch die Anzahl der abgefüllten Einheiten ist risikobasiert festzulegen. Laut FDA sollten Simulationen typischerweise 5.000 bis 10.000 Einheiten umfassen. Annex 1 verlangt eine ausreichende Anzahl zur gültigen Bewertung, bei kleinen Chargen mindestens die Größe der Produktcharge. In der Praxis bedeutet dies, dass bei Produktchargen von über 10.000 Einheiten mindestens 10 % der Batchgröße abgefüllt werden, jedoch nicht weniger als 10.000 Einheiten. Zusätzlich müssen alle vorgesehenen Eingriffe sowie gegebenenfalls die Mindestbeladung eines Lyophilisators berücksichtigt werden.

Die Auswahl des Nährmediums erfolgt gemäß Annex 1 unter Berücksichtigung von Darreichungsform, Selektivität, Klarheit, Konzentration und Sterilisierbarkeit. In der Regel wird Tryptic Soy Broth (TSB) verwendet. Bei Hinweisen auf anaerobe Keime oder Prozessen unter Schutzgas kann Fluid Thioglycollate Medium in Betracht gezogen werden. Die Zubereitung des Mediums erfolgt gemäß Master Batch Record. Die Sterilfiltration ist Teil der Simulation, ersetzt jedoch nicht die eigenständige Filtervalidierung.

Das abgefüllte Volumen muss ausreichend sein, um alle produktberührenden Oberflächen zu benetzen und mikrobielles Wachstum erkennen zu können. Gleichzeitig darf die Einheit nicht vollständig gefüllt sein, damit genügend Sauerstoff für aerobes Wachstum verbleibt. Besondere Anforderungen bestehen bei Lyophilisationsprozessen. Die Simulation muss alle prozessrelevanten Schritte abbilden, jedoch keine Bedingungen enthalten, die die Lebensfähigkeit potenzieller Kontaminanten beeinträchtigen. Daher werden Zyklen häufig verkürzt durchgeführt und das Einfrieren der Einheiten vermieden. Kritische Schritte wie Beladung, Vakuumbrechen oder Entladen sind besonders zu berücksichtigen.
Standzeiten sind ein weiterer validierungspflichtiger Aspekt. Für jede Phase der aseptischen Verarbeitung sind maximale Zeiten festzulegen, die mindestens einmal jährlich revalidiert werden müssen. Dies umfasst beispielsweise die Zeit zwischen Beginn der Sterilfiltration und dem Verschluss der Behältnisse sowie spezifische Zeiten bei Lyophilisationsprozessen oder Isolatorstandzeiten.

Nach der Abfüllung werden alle intakten Einheiten inkubiert. In der Praxis erfolgt in der Regel eine zweistufige Inkubation: Zunächst erfolgt eine Inkubation bei 20-25 °C (mesophil) für mindestens sieben Tage, gefolgt von einer Inkubation bei 30-35 °C (thermophil) für ebenfalls mindestens sieben Tage.
Eine Temperaturüberwachung sowie klare Regelungen bei Temperaturabweichungen sind erforderlich. Die visuelle Auswertung wird durch qualifiziertes Personal in mehreren Stufen durchgeführt. 

• vor der Inkubation (Ausschluss nicht integrer Einheiten)
• nach der ersten Inkubationsphase.
• nach Abschluss der Gesamtinkubation

Die QA-Oversight ist hierbei ausdrücklich vorgesehen.

Die Wachstumskontrolle des Mediums ist verpflichtend. Vor der Verwendung ist dessen wachstumsfördernde Eigenschaft mit Referenzorganismen, gemäß Arzneibüchern (Pharm.Eur./USP) sowie repräsentativen lokalen Isolaten zu prüfen. Nach Abschluss der Inkubation werden Einheiten von Beginn, Mitte und Ende der Abfüllung beimpft und erneut inkubiert, um die Eignung des Mediums zu bestätigen.

Ein vollständiges Bilanzierungskonzept ist umzusetzen. Alle Einheiten - abgefüllte, inkubierte, verworfene oder kontaminierte - müssen dokumentiert werden. Die regulatorische Erwartung ist ein Nullwachstum. Wird eine Aktionsgrenze erreicht oder überschritten, ist eine umfassende Ursachenanalyse durchzuführen, einschließlich Korrelation mit Monitoringdaten, Personalinterviews und mikrobiologischer Identifizierung mindestens bis zur Speziesebene. Abhängig vom Ergebnis kann eine erneute Validierung mit einer oder drei APS erforderlich sein. Gegebenenfalls ist die Abfülllinie zu sperren.

Die Qualitätssicherung spielt eine zentrale Rolle bei der Genehmigung der Dokumente, der Überwachung der Durchführung, der Bewertung der Ergebnisse, der Bearbeitung von Abweichungen und der Freigabe des APS-Berichts.

Zusammenfassend zeigt sich, dass die Umsetzung der regulatorischen Anforderungen an die APS nur durch ein strukturiertes, vollständig dokumentiertes und risikobasiertes Vorgehen möglich ist. Die APS ist dabei kein isolierter Test, sondern ein integraler Bestandteil der aseptischen Herstellung.