Die Sterilitätsprüfung ist ein Verfahren, das im Rahmen der Herstellung steriler Produkte durchgeführt werden muss, um sicherzustellen, dass sie frei von lebensfähigen Mikroorganismen sind, die Patienten schaden könnten. Da es nicht möglich ist, jedes einzelne Fläschchen oder jede einzelne Ampulle des hergestellten Produkts zu untersuchen, werden der Charge zu verschiedenen Zeitpunkten während des Abfüllvorgangs mehrere Stichproben entnommen und auf mikrobiologische Kontamination untersucht.

Die Weltgesundheitsorganisation hat im Jahr 1973 Anforderungen für Sterilitätsprüfungen festgelegt, und heute sind Richtlinien für die Durchführung von Sterilitätsprüfungen in verschiedenen Arzneibüchern weltweit enthalten, einschließlich der United States Pharmacopeia (USP) und des Europäischen Arzneibuchs (EP).

Insourcing oder Outsourcing

Hersteller von sterilen Produkten haben zwei Möglichkeiten, diesen vorgeschriebenen Prozess durchzuführen. Sie können den Prozess entweder intern in einem speziellen Labor für Sterilitätsprüfungen durchführen oder ihn an einen externen Dienstleister auslagern.

Das Outsourcing bietet in der Regel insbesondere für kleinere Hersteller Vorteile, da die Einrichtung eines Labors für Sterilitätsprüfungen mit hohen Anfangs- und Betriebskosten verbunden sein kann.

Die Auslagerung hat jedoch auch Nachteile, wie z. B. längere Wartezeiten auf Testergebnisse, was – insbesondere bei Produkten, die kühl gelagert werden müssen – zu höheren Lagerkosten führt. Außerdem berechnen viele Prüfdienste pro individueller Prüfung, was – insbesondere für größere Hersteller, die viele Produkte herstellen und daher viele Prüfungen benötigen – schnell teuer werden kann.

Schließlich führt die Auslagerung der Sterilitätsprüfungen an einen Dritten dazu, dass man selbst weniger Kontrolle über den Prozess hat, was letztlich zu unnötiger Entsorgung brauchbarer Produkte führen kann, was im weiteren Verlauf dieses Artikels erläutert wird.

Methoden

Es gibt zwei Methoden, um die Sterilität von Produkten zu prüfen: Membranfiltration und direkte Inokulation.​​​​​​​ Die bei weitem gebräuchlichste Methode ist die Membranfiltration, bei der das flüssige Produkt durch zwei Behälter geleitet wird, die jeweils einen Filter enthalten, der lebensfähige Mikroorganismen zurückhalten kann. Anschließend werden die Behälter mit verschiedenen Arten von Wachstumsmedien gefüllt – eines für das Wachstum aerober Organismen und eines für das Wachstum anaerober Organismen. Im Gegensatz dazu wird das Produkt bei der direkten Inokulation direkt in die beiden Behälter gegeben. Sie wird normalerweise für Produkte verwendet, die nicht gefiltert werden können, wie z. B. medizinische Geräte. Bei beiden Methoden werden die Kanister anschließend 14 Tage bei der entsprechenden Temperatur inkubiert. Zeigt sich nach dieser Zeit kein Wachstum, gilt die Prüfung als bestanden und das Produkt kann zur Abgabe an Patienten freigegeben werden.​​​​​​​ Zeigt einer der Behälter Anzeichen von Wachstum (Trübung), gilt die Prüfung als nicht bestanden.

Nichtbestehen der Prüfung​​​​​​​

Die Auswirkungen einer nicht bestandenen Prüfung können für einen Arzneimittelhersteller erheblich sein und bringt üblicherweise folgende Konsequenzen mit sich:

• Zurückhaltung der Freigabe und möglicherweise Entsorgung der Charge des Produkts, die die Prüfung nicht bestanden hat
• Behördliche Intervention
• Zeitnahe Durchführung von Untersuchungen
• Einstellung der Produktion weiterer Produkte während der Durchführung von Untersuchungen
• Zusätzliche Reinigung und Desinfektion der Produktionsbereiche

Letztendlich führt eine nicht bestandene Sterilitätsprüfung zu finanziellen Verlusten für den Hersteller und möglicherweise zu einem Mangel an Medikamenten für die Patienten. Durch eine echte nicht bestandene Prüfung kann verhindert werden, dass ein kontaminiertes Produkt einem Patienten verabreicht wird und diesem möglicherweise Schaden zufügt.

Allerding sind nicht bestandene Sterilitätsprüfungen nicht immer auf eine Kontamination des Produkts zurückzuführen.​​​​​​​

Falsch positive Ergebnisse

Ein falsch positives Ergebnis liegt vor, wenn eine Verunreinigung aus einer produktfremden Quelle, z. B. aus der Umgebung oder von einer an der Prüfung beteiligten Person in den Test gelangt und einen Fehler verursacht. Infolgedessen geht man von einer Kontamination des Produkts aus, obwohl es frei von Mikroorganismen sein kann. Bei nicht bestandenen Sterilitätsprüfungen liegt die Beweislast beim Hersteller. Dieser muss nachweisen, dass das Versagen auf eine Kontamination durch einen Mitarbeiter und/oder die Laborumgebung zurückzuführen ist. In der Praxis ist es sehr schwierig, dies nachzuweisen. Daher führ ein falsch positives Ergebnis häufig dazu, dass vollkommen sichere und wirksame Produkte unnötigerweise entsorgt werden.

Umwelt

Um das Risiko falsch positiver Ergebnisse zu verringern, sollte die Sterilitätsprüfung in einer aseptischen Umgebung durchgeführt werden. In der Vergangenheit war es üblich, den Prozess in einer biologischen Sicherheitswerkbank (BSC) oder unter einem Abzug mit laminarer Luftströmung (LAF) durchzuführen. Dabei ist der Prozess jedoch nach wie vor der Umwelt und dem Bediener ausgesetzt, und somit besteht weiterhin ein Risiko für falsch positive Ergebnisse.

In jüngster Zeit geht die Industrie dazu über, Isolatoren zu verwenden, die eine physische Barriere zwischen dem Bediener bzw. der Umgebung und dem Test bilden, wodurch das Risiko falsch positiver Ergebnisse erheblich verringert wird.

In diesem Zusammenhang ist wichtig zu beachten, dass Aufsichtsbehörden und pharmazeutische Beratungsgremien auf der ganzen Welt verschiedene Anforderungen und Empfehlungen für die Umgebung haben, in der Sterilitätsprüfungen durchgeführt werden sollten.

Vorschriften

Im EU-GMP-Anhang 1: Herstellung steriler Arzneimittel, Abschnitt 10.6 heißt es „Die Sterilitätsprüfung sollte unter aseptischen Bedingungen durchgeführt werden.“ Die Leitfaden für aseptisch hergestellte sterile Arzneimittel der FDA geht noch einen Schritt weiter und erklärt in Abschnitt XI „Die Verwendung von Isolatoren für Sterilitätsprüfungen minimiert das Risiko falsch positiver Ergebnisse.​​​​​​​“

Darüber hinaus bietet das Kooperationsprogramm für pharmazeutische Inspektionen (PIC/S) einen umfassenden Leitfaden (PI 014-3) zu Isolatoren für die aseptische Verarbeitung und Sterilitätsprüfung.

Obwohl die Durchführung von Sterilitätsprüfungen in Isolatoren nicht zwingend vorgeschrieben ist, bietet sie große Vorteile bei der Reduktion des Risikos falsch positiver Testergebnisse, die zu finanziellen Verlusten für die Hersteller und zu einem Mangel an Arzneimitteln für die Patienten führen können.

Was ist ein Isolator?

Gemäß EU-GMP Anhang 1 ist ein Isolator „ein Gehäuse, das einer reproduzierbaren inneren Biodekontamination unterzogen werden kann, mit einem inneren Arbeitsbereich, der die Bedingungen der Klasse A erfüllt und eine kompromisslose und kontinuierliche Isolierung seines Inneren von der äußeren Umgebung bietet“.​​​​​​​ Die Isolatoren zeichnen sich durch verschiedene Merkmale aus, um die Bedingungen der Klasse A und die Isolierung von der äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten, wie z. B:

• luftdichte/aufblasbare Dichtungen an allen Türen
• Verriegelungen, die das Öffnen der Türen nach Erreichen der aseptischen Bedingungen (nach der Biodekontamination) verhindern
• unidirektionale Luftströmung zwischen 0,36 und 0,45 m/s (zur Einhaltung der Richtwerte des EU-GMP Anhangs 1)
• HEPA-Filter zur Reinigung der einströmenden Luft
• Überdruck
• separate Dichtheits-/Druckprüfungen für Gehäuse und Handschuhe
• Systeme für die Umgebungsüberwachung zur Gewährleistung, dass die Umgebung während der Verwendung aseptisch bleibt
• Luftstrom- und Druckalarme
• Biodekontaminationssysteme mit Wasserstoffperoxid zur Inaktivierung von Mikroorganismen auf den Gehäuseoberflächen und den für den Prüfprozess benötigten Eingangsmaterialien​​​​​​​

Vorteile von Isolatoren

In erster Linie reduzieren Isolatoren das Risiko falsch positiver Ergebnisse bei Sterilitätsprüfungen, wodurch die Hersteller steriler Produkte Millionen von Dollar einsparen können, da die unnötige Vernichtung von Produkten minimiert wird. Als Nebeneffekt können Isolatoren auch zu erheblichen Einsparungen bei den Betriebskosten führen. Im Gegensatz zu einem BSC/LAF, der in einem Reinraum der Klasse B installiert werden muss, können die Isolatoren für Sterilitätsprüfungen in einem Reinraum der niedrigeren Klasse D aufgestellt werden, da sie von ihrer Umgebung isoliert sind. Dies kann zu erheblichen Einsparungen führen:

• niedrigere Stromkosten aufgrund geringerer Kapazität des HLK-Systems​​​​​​​
• geringere Kosten für Reinigungs- und Desinfektionsmittel​​​​​​​
• geringerer Arbeitsaufwand (für Reinigung und Desinfektion)​​​​​​​
• geringerer Bedarf an Spezialkleidung
• weniger Wartung des Reinraums
• erhöhte Effizienz der Bediener, die aufgrund des reduzierten Aufwands bei der Bekleidung länger arbeiten können

Eine Studie¹ hat gezeigt, dass Isolatoren die Betriebskosten von Reinräumen um bis zu 72 % senken können. Trotz der zuvor genannten Vorteile müssen bei Isolatoren im Vergleich zu offenen LAF/BSC-Umgebungen auch einige Nachteile berücksichtigt werden:

• Sie haben in der Regel höhere Anschaffungs-/Ausrüstungskosten. Diese können jedoch durch die Einsparungen aufgrund der niedrigeren Reinraumklasse und des geringeren Risikos einer Vernichtung von Produkten ausgeglichen werden.
• Die Bediener müssen ihre Aufgaben mit Handschuhen ausführen, die mit Ärmeln verbunden sind. Dies kann schwieriger sein als das Arbeiten mit Handschuhen in einem BSC/LAF, was die Effizienz der Arbeit reduzieren und den Prozess verlangsamen kann. In Reinräumen der Klasse D müssen die Bediener jedoch keine so restriktive Kleidung tragen. Daher können sie über einen längeren Zeitraum unter angenehmeren Bedingungen arbeiten.
• Obwohl die automatisierte Biodekontamination eines Isolators weniger Arbeitsaufwand für den Bediener erfordert als die manuelle Desinfektion von Gegenständen in einem BSC/LAF, dauert der Vorgang des Beladens und der Biodekontamination in der Regel länger, in einigen Fällen sogar mehrere Stunden. Dies kann den Prüfprozess erheblich verlängern oder eine Anpassung der Arbeitsabläufe erfordern, wenn der Isolator beispielsweise über Nacht beladen und biologisch dekontaminiert wird, um am nächsten Morgen mit dem Prüfprozess zu beginnen. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, das Problem der langen Zykluszeiten zu überwinden …

Modulare Isolatoren

Eine der größten Hürden bei der Umstellung von einem BSC/LAF zu einem Isolator ist die Aufrechterhaltung des gleichen Durchsatzes, also trotz des langen Biodekontaminationszyklus die gleiche Anzahl von Prüfungen durchzuführen. Der Isolator Bioquell Qube von Ecolab löst dieses Problem durch einen modularen Ansatz für Isolatorsysteme.​​​​​​​ Statt einer großen Isolatorkammer, die mit allen Materialien für einen ganzen Arbeitstag befüllt wird und anschließend einen langen Biodekontaminationszyklus durchläuft, verwendet der Bioquell Qube ein Mehrkammerprinzip, bei dem eine kleine Kammer mit einer geringen Menge an Materialien für mehrere Sterilitätsprüfungen befüllt und biologisch dekontaminiert wird. Diese Materialien werden dann in eine benachbarte Kammer übertragen, in der sich die Pumpe befindet. Die Verbindungstür wird geschlossen, und während in der einen Kammer die Prüfungen durchgeführt werden, können in der benachbarten Kammer bereits die Materialien für die nächsten Prüfungen biologisch dekontaminiert werden. Mit einer kleinen Biodekontaminationskammer und einer relativ leichten Beladung können Zykluszeiten von nur 30 Minuten erreicht werden (abhängig von Menge und Absorptionsfähigkeit der Beladung).​​​​​​​

¹Kosten für einen Reinraum pro Quadratfuß, Cleanroom Technology, 28. Februar 2018, https://www.cleanroomtechnology.com/news/article_page/Costing_a cleanroom_per_square_foot/139470