Monitorización continua de la calidad del aire en entornos críticos

Imagen 1: Fórmula

Tabla 2

Imagen 2: Fórmula

Figura 1: Modelo de flujo de aire de un colector de aire activo

Figura 2: Geometría del colector activo de aire

Tabla 3

Gilberto Dalmaso, PhD.

Anna Campanella, PhD.

Paola Lazzeri

Resumen

Durante más de 10 años, las directrices cGMP han destacado las expectativas respecto a la monitorización microbiológica continua del aire en procesos en áreas de Clase A (ISO 5) y Clase B (ISO 7), haciendo referencia al método de placas de sedimentación. Sin embargo, dado que este método se basa en la caída por gravedad de partículas sobre una superficie, las placas de sedimentación se consideran un método no validable.

Introducción

Los salas limpias son áreas controladas en las que el nivel de contaminación debe ajustarse a un grado de pureza definido. En salas limpias definidas por GMP, la contaminación microbiológica es un parámetro crítico que debe ser controlado. La seguridad de esterilidad para productos etiquetados como estériles puede lograrse mediante una esterilización final del producto final. Estos productos incluyen, entre otros, una gran parte de medicamentos estériles, que sin embargo, son inestables en los procesos de esterilización convencionales y, por lo tanto, requieren procesamiento aséptico. Las autoridades reconocen que la fabricación aséptica del producto final conlleva un riesgo de contaminación mayor que el proceso de esterilización final.

Para reducir este riesgo, las autoridades han recomendado encarecidamente a las empresas farmacéuticas implementar una solución que permita separar los productos estériles del personal. Esto ha llevado a los sistemas de barreras, como los que hoy en día son ampliamente utilizados en la fabricación farmacéutica estéril.

Con nuevas tecnologías, es posible monitorizar de forma continua y fiable el grado de contaminación microbiológica en la sala limpia. Sin embargo, las directrices GMP habituales para definir los límites de contaminación microbiológica siguen refiriéndose a la placa de sedimentación con toma de muestras de 4 horas y las soluciones microbiológicas tradicionales basadas en el crecimiento siguen siendo el enfoque más utilizado para la monitorización del aire. Los fabricantes farmacéuticos suelen emplear placas de sedimentación para la detección continua de contaminación microbiológica, incluso cuando la recolección "continua" de un metro cúbico de aire, la variante más frecuente, a menudo no dura más de 40 minutos. Además, las limitaciones naturales de los medios de crecimiento permiten solo monitoreos microbiológicos breves.

Distribución del tamaño de partículas en el aire y eficacia de las placas de sedimentación

Las partículas transportadas por el aire, orgánicas y no orgánicas, varían en tamaño, forma y densidad. Sin una referencia estándar para partículas en el aire, se utilizan aproximaciones generales como el diámetro equivalente geométrico para obtener valores de tamaño, forma y densidad de una partícula.
El diámetro equivalente en este caso corresponde al diámetro de una esfera con la misma propiedad geométrica, que se asienta en el aire con la misma velocidad que la partícula considerada. Con esta estimación, se determina la eficacia de los métodos de monitorización microbiológica, es decir, la recuperación de microorganismos. Por ejemplo, hace algunos años, la eficiencia de la placa de sedimentación se estimó en base a parámetros estandarizados para condiciones estáticas del aire ambiente. Estos parámetros ofrecen una representación insuficiente de entornos críticos en salas limpias farmacéuticas, donde predominan condiciones dinámicas (por ejemplo, múltiples cambios de aire por hora, según la clasificación).

Cálculo de la velocidad de sedimentación de partículas en el aire

Una partícula esférica, no cargada, sin sedimentos de turbidez y con velocidad constante, se calcula mediante la siguiente fórmula (1): ver Imagen 1.

Donde Vc es la velocidad de contaminación (es decir, la velocidad de sedimentación de una KbE), r es el radio de la partícula, g es la aceleración debido a la gravedad, ρ es la densidad de la partícula, pa es la densidad del aire y É› la viscosidad del aire.

Entre 2015 y 2016, Whyte et al. publicaron una serie de artículos que abordaron la deposición de partículas transportadas por el aire en superficies críticas en salas limpias [1-4]. Como mecanismos importantes de deposición se identificaron la sedimentación gravitatoria, la turbulencia, la atracción electrostática y, en partículas menores de 0,5 µm, el movimiento browniano. Las partículas más pequeñas tienen mayor probabilidad de ser transportadas fuera de la sala limpia y apenas tienen tiempo para depositarse, mientras que las partículas mayores continúan sedimentando por gravedad. Un aumento en la intensidad de la turbulencia del aire puede contribuir a ello. Para partículas entre 5 y 30 µm y en aplicaciones en ISO Clase 5, se estimó un incremento de la velocidad de deposición hasta cinco veces. Para partículas de 0,3 o 0,5 µm, se esperaba una menor influencia de la gravedad.

Se ha observado que la velocidad de deposición aumenta con la mayor pureza de la sala limpia [4]. Los resultados del estudio se muestran en la Tabla 2.

Eficiencia de los colectores activos de microorganismos en el aire

En el Anexo B de ISO 14698:2003 se describe un método para determinar la eficiencia de recolección de los colectores de microorganismos en el aire en dos aspectos: eficiencia física y eficiencia biológica.

- La eficiencia física es la capacidad de captar partículas de diferentes tamaños durante la toma de muestras.

- La eficiencia biológica es la eficacia en la recuperación de partículas portadoras de microorganismos (MCP).

La eficiencia física es igual para partículas no microbianas, partículas portadoras de microorganismos y microorganismos transportados por el aire. La eficiencia biológica se considera menor que la física, ya que depende de la supervivencia de los microorganismos recolectados y del medio de recolección en el que crecen posteriormente. El método de prueba descrito en el Anexo B se centra principalmente en la eficiencia física.

El método experimental para determinar la eficiencia física consiste en generar un aerosol de prueba en una cámara de prueba y dispersarlo (bajo condiciones de humedad relativa y temperatura definidas). El aerosol de prueba puede generarse con espora de Bacillus subtilis var. niger (NCTC 10073), bolas de poliestireno u otras partículas no orgánicas. Aunque los resultados son similares, se debe tener en cuenta que algunos colectores no detectan todas las partículas inorgánicas. En cambio, los microorganismos crecen en colonias visibles e identificables.

Para determinar la eficiencia biológica, se puede usar Staphylococcus epidermidis (NCTC11047 – ATCC 14990), que representa una cepa humana de contaminación. Debido a las variaciones en la eficiencia de recolección, causadas por la pulverización de soluciones y las condiciones de muestreo, este método se considera menos fiable que el método para eficiencia física.

Cada prueba debe realizarse en paralelo con un sistema de referencia (filtro de membrana y colector de microorganismos en el aire) para determinar la eficiencia del colector (5): ver Imagen 2.

En el Anexo A de ISO 14698:2003, la selección del colector de microorganismos en el aire en zonas de riesgo depende del propósito de la toma de muestras. Además, el equipo debe tener una velocidad de impacto (velocidad del aire que impacta en el medio de cultivo) que represente un compromiso entre:

1. una velocidad suficientemente alta para captar partículas orgánicas de aproximadamente 1 µm, y
2. una velocidad no demasiado alta que garantice la viabilidad de las partículas, evitando daños mecánicos o la ruptura de grupos de bacterias o micromicetos.

En la industria de ciencias de la vida, la recomendación general del estándar ISO es un colector con una eficiencia física de aproximadamente el 50 % o cercana a ella, para partículas de unos 1 µm (valor d50 de 1 µm). Los colectores con un valor d50 de aproximadamente 1 µm son ampliamente aceptados. Si se sabe que las partículas portadoras de microorganismos en aerosoles miden entre 10 y 20 µm, ¿por qué es importante un buen rendimiento hasta 1 µm? Las partículas pequeñas son más difíciles de captar que las partículas mayores (más de 5 µm), y las partículas de 1 a 3 µm corresponden al tamaño de las bacterias individuales más frecuentes.

¿Cómo se capturan las partículas con colectores activos de microorganismos?

Cuando un flujo de gas pasa por un cambio brusco de dirección, las partículas transportadas, en función de la relación entre su masa y sus dimensiones lineales, tienden a seguir moviéndose en su dirección original. Las partículas de diferentes tamaños y densidades siguen trayectorias distintas y pueden ser recolectadas por separado. Cuando un chorro de aire se acelera en una boquilla, las partículas que transporta se desplazan con la misma velocidad que el medio circundante (el aire) y siguen la línea de flujo. Si las líneas de flujo cambian rápidamente en la salida de la boquilla, las trayectorias de las partículas se separan claramente de las líneas de flujo debido a su inercia. En otras palabras, las partículas siguen una línea recta y, al encontrarse con una superficie en su camino, pueden adherirse y ser atrapadas.

Los colectores activos de microorganismos en el aire (impactores) están diseñados para captar partículas en el aire mediante colisiones con una superficie fija. La geometría del impactor (W, T, S) está diseñada para que el flujo laminar pase por la boquilla (Re < 2300), con la velocidad lo más alta posible y el valor d50 lo más bajo posible.

Placas de sedimentación y la alternativa

Las placas de sedimentación proporcionan indicios sobre partículas portadoras de microorganismos, cuyo diámetro medio puede considerarse superior a 10 µm. En el Anexo C de ISO 14698-1:2003, la definición de placa de sedimentación indica que los colectores pasivos de microorganismos en el aire, como las placas de sedimentación, no miden el número total de partículas orgánicas en el aire, sino la tasa a la que estas partículas se depositan en superficies.

Se recomiendan placas de sedimentación para la monitorización continua del aire en áreas críticas, ya que requieren una manipulación limitada en comparación con los colectores activos. Para simplificar y reducir la manipulación, minimizando el riesgo de contaminación para el operador, los impactores de un solo uso constituyen una alternativa ideal. Siempre que el fabricante cumpla con los requisitos ISO y las mejores prácticas para laboratorios, también pueden ser una solución fiable para muestreos a largo plazo.

Placas de sedimentación frente a la monitorización activa continua del aire

Debido a su baja sensibilidad y a la cuestionable importancia de los datos resultantes, no se recomiendan placas de sedimentación en áreas de Clase A. Estas placas solo son permitidas en áreas de clases B, C y D, donde el movimiento del aire (turbulencias) favorece una mayor deposición de partículas portadoras de microorganismos.

En el uso de equipos modernos de salas limpias para el personal en áreas asépticas, se espera que las partículas portadoras de microorganismos tengan un tamaño entre 0,5 y 5 µm. La monitorización activa continua del aire reemplaza el uso de placas de sedimentación y la monitorización activa puntual o intermitente en áreas de Clase A. La comparación de métodos se muestra en la Tabla 3.

Razones para monitorizar diferentes grados de pureza

La calificación de salas limpias farmacéuticas es fundamental para la producción de medicamentos en los que la seguridad del paciente es prioritaria. La calificación microbiológica determina si el aire está limpio durante la fabricación. Tras la calificación y un resultado positivo, las empresas farmacéuticas deben elaborar un plan de monitorización que documente y demuestre la calidad del aire durante la producción de lotes, conforme a las especificaciones establecidas durante la validación.

En el análisis de riesgos para la monitorización en áreas de Clase A (ISO 5) y Clase B (ISO 7) en producción aséptica, se consideran los siguientes aspectos:

- Las áreas de Clase A incluyen el producto, los materiales en contacto con el producto y las superficies de contacto con el entorno. Las áreas especialmente críticas se monitorizan de forma continua en todas las fases de producción con altas frecuencias de muestreo.
- El área de Clase B protege las áreas de Clase A y requiere presencia de personal. En este caso, la monitorización microbiológica tiene un significado diferente en cuanto a la frecuencia y los límites de las mediciones. El objetivo de la monitorización en estas áreas es controlar la contaminación microbiológica conforme a las especificaciones y resultados de calificación. La tendencia microbiológica en estas áreas debe mantenerse constante o disminuir ligeramente si la flora microbiana es conocida y previsible.

La monitorización microbiológica continua del aire en Clase A ya es requerida por las directrices cGMP y se implementa en la monitorización global de partículas. Proporciona información importante sobre la cantidad y tamaño de las partículas totales presentes en un punto de muestreo determinado. Las partículas totales incluyen:

- Partículas inertes
- Partículas con microorganismos en sus superficies (sin contar su cantidad conocida)
- Microorganismos que son partículas en sí mismas y pueden ser detectados por el contador de partículas

La seguridad de la calidad debe incluir una estrategia para ambos aspectos, con métodos validados (según Farmacopea o estándares internacionales), para apoyar las investigaciones y facilitar la identificación de posibles correlaciones entre eventos.

Conclusiones

En áreas de ISO 5 / Clase A, donde el flujo de aire está definido y el riesgo de contaminación es mayor, el uso de una placa de sedimentación, debido a su baja sensibilidad, representa una estrategia de monitorización insuficiente. Las placas de sedimentación tienen mayor utilidad en entornos estáticos con cambios de aire mínimos, donde la deposición de partículas y microorganismos es más probable.

La monitorización continua del aire mediante métodos validados, como los colectores activos de microorganismos, debe ser la estrategia en áreas críticas. Esta estrategia cumple con los requisitos de las autoridades regulatorias respecto a un mejor conocimiento del proceso, una estrategia de control de contaminación más fiable y una seguridad de esterilidad mucho mayor para el producto liberado.

Autores

Gilberto Dalmaso, PhD
Global Life Science, Director Científico
Gilberto Dalmaso cuenta con más de 25 años de experiencia en microbiología farmacéutica y seguridad de esterilidad, principalmente en GlaxoSmithKline (GSK). En 2003, su laboratorio fue la primera en obtener una aprobación mundial de la FDA en el marco de la iniciativa PAT para métodos microbiológicos rápidos (RMM). Actualmente, Gilberto es director científico de Global Life Science para sistemas de medición de partículas; es miembro del Comité Europeo PDA, ponente en numerosos simposios sobre microbiología e industria farmacéutica en Europa, Asia y EE.UU., y auditor de sistemas de calidad según ISO 9001 y HACCP.

Anna Campanella, PhD.
Seguridad de esterilidad global y consultoría, sistemas de medición de partículas
Anna Campanella, PhD, es responsable de la seguridad de esterilidad global y consultoría en sistemas de medición de partículas. En esta función, utiliza su experiencia en la industria para colaborar y asesorar a empresas farmacéuticas, desarrollando e implementando estrategias científicas, principios de monitorización, control y mejora del estado químico, físico y microbiológico de diversos procesos de producción. Tiene amplia experiencia en el sector farmacéutico, incluyendo un doctorado en medicina molecular, conocimientos en QA/QC, validación de métodos químicos y microbiológicos, validación de procesos de producción estéril y experiencia en aspectos microbiológicos de procesos de producción aséptica.

Paola Lazzeri
Especialista GMP en el equipo de Seguridad de Esterilidad, área Ciencias de la Vida
Paola Lazzeri tiene experiencia en apoyar a empresas farmacéuticas en el control de contaminación, incluyendo estrategias de limpieza y desinfección. Comenzó en 2005 en una empresa de distribución de sistemas de control de contaminación en salas limpias.
Actualmente, Paola es especialista GMP en el equipo de Seguridad de Esterilidad en sistemas de medición de partículas. En este rol, colabora y asesora a empresas farmacéuticas en el desarrollo e implementación de principios para monitorizar y controlar la contaminación microbiológica mediante la mejora de estrategias científicas de limpieza y desinfección.

Bibliografía

[1] W. Whyte, K. Agricola y M. Derks (Escuela de Ingeniería, Universidad de Glasgow, Reino Unido; VCCN, Sociedad de Control de Contaminación de los Países Bajos, Leusden, Países Bajos; Lighthouse Benelux BV, Boven-Leeuwen, Países Bajos) 'Depósito de partículas en el aire en salas limpias: cálculo de la contaminación del producto y clase de sala limpia requerida' - Revisión de Aire Limpio y Contención, número 26, abril de 2016.

[2] W. Whyte, K. Agricola y M. Derks 'Depósito de partículas en el aire en salas limpias: mecanismos de deposición' - Revisión de Aire Limpio y Contención – (2015) número 24, pp. 4-9.

[3] W. Whyte, K. Agricola y M. Derks 'Depósito de partículas en el aire en salas limpias: relación entre tasa de deposición y concentración en el aire' - Revisión de Aire Limpio y Contención - (2016) número 25, pp. 4-10.

[4] W Whyte (Escuela de Ingeniería, Universidad de Glasgow, Glasgow G12 8QQ) y T Eaton (AstraZeneca, Macclesfield, Cheshire, SK10 2NA) 'Velocidades de deposición de partículas portadoras de microbios en el aire' - Revista Europea de Ciencias Parenterales y Farmacéuticas 2016; 21(2): 45-49.

Términos y definiciones

Colector activo de microorganismos en el aire (Impactor): Dispositivo para capturar partículas en el aire mediante colisiones con una superficie fija.

Monitorización activa del aire: Vigilancia del aire ambiente con un colector activo de microorganismos (impactor).

Monitorización pasiva del aire: Vigilancia del aire ambiente mediante placas de sedimentación. Las partículas siguen el flujo de aire y caen sobre las placas de agar.

Partículas orgánicas: Partículas compuestas por uno o más microorganismos vivos o que los sustentan. [21]