Prevenzione della contaminazione microbica nei reparti di produzione farmaceutica e biotecnologica: un approccio olistico per l'introduzione di misure di controllo robuste.

Immagine 1: Muro danneggiato dall'acqua con presenza di muffa. (foto di Jim Polarine)

Immagine 2: Formazione di biofilm nei tubi. (foto a cura di MSU)

Immagine 3 (Residui di disinfettante sul pavimento in resina epossidica)

Immagine 4 (Residui di disinfettante sul pavimento in vinile)

Un recente bestseller1 si occupa della domanda, perché un'intera nazione è disposta ad aiutare alcune poche persone in situazioni di pericolo di vita (ad esempio, i minatori cileni), ma mostra poca disponibilità ad aiutare milioni di persone che si trovano in condizioni di bisogno simili o addirittura maggiori (ad esempio, le vittime dello tsunami). Questo può essere irrazionale, ma descrive accuratamente le difficoltà delle persone nel lavorare verso un obiettivo astratto, che si basa su concetti e relazioni quasi impossibili da comprendere. La salvezza di una singola persona, che si trova proprio davanti a noi, è molto più facile da realizzare rispetto a salvare milioni che soffrono in un paese lontano. In tali situazioni tendiamo a distogliere lo sguardo, perché non sappiamo come cambiare qualcosa che non comprendiamo o non riusciamo a vedere. Questo fenomeno gioca anche un ruolo nel controllo delle aree di produzione farmaceutica: chiediamo alle persone che lavorano in questi settori di essere estremamente caute e di seguire rigorose procedure, progettate per evitare che un medicinale venga contaminato da organismi invisibili e presenti in milioni di esemplari. Per semplificare: le persone che lavorano in ambienti di produzione delicati tendono a sottovalutare l'influenza che, come singoli, possono avere sulla gestione di un sistema grande e complesso. Oppure su concetti ancora più astratti come la salute pubblica, che può essere compromessa da controlli di produzione insufficienti, come dimostrato dalla recente scarsità di vaccini antinfluenzali2 e dai richiami di prodotti3.

Il controllo efficace delle aree di produzione farmaceutica richiede un approccio olistico, che identifichi e monitori le componenti più importanti per il risultato produttivo di successo. Un concetto olistico considera il comportamento di sistemi complessi e si basa su un approccio interdisciplinare, fortemente focalizzato sui dati di misurazione, per comprendere il comportamento del sistema. Le componenti critiche da esaminare e monitorare per garantire il risultato della produzione sono l'impianto di produzione (costruzione e stato), il personale (formazione e gestione) e i programmi di controllo microbiologico (prodotti e applicazioni). In questo articolo vengono trattati tutti e tre gli aspetti.

Il detto "l'attacco è la migliore difesa", soprattutto quando sono in gioco grandi somme di denaro e la salute pubblica, non è esagerato quando si tratta di vaccini e altri principi attivi ottenuti tramite biotecnologia. In questi casi, la sterilizzazione finale di solito non è un'opzione. Pertanto, un approccio forte e offensivo inizia con una pianificazione robusta dell'impianto, in cui le componenti attive e di confezionamento sono isolate da fonti di contaminazione. Ciò include, tra l'altro, barriere adeguate (ad esempio, porte a flusso laminare, delimitazione chiara delle aree), capacità HVAC (ad esempio, per gestire variazioni stagionali di temperatura e umidità), controlli sull'acqua (ad esempio, posizionamento di scarichi e punti di prelievo/prova di acqua per uso iniettabile, WFI), design facile da pulire (ad esempio, superfici lisce, pochi ostacoli) e l'uso di materiali resistenti a sostanze chimiche e umidità (ad esempio, acciaio inossidabile 316L/1.4404, pavimenti in resina epossidica o polimerica). Quando si dispone di tempo, risorse e competenze illimitate, è facile progettare un impianto farmaceutico ottimizzato per prevenire contaminazioni di prodotto. Tuttavia, di solito le condizioni sono meno ideali, e la disposizione e lo stato dell'impianto contribuiscono spesso a deviazioni microbiologiche e, in alcuni casi, alla contaminazione del prodotto.

Perfino l'acciaio inossidabile può subire danni a causa dell'esposizione eccessiva a sostanze chimiche, iniziando a rugginire. In particolare, ruggine e fori rappresentano un danno significativo alla superficie e costituiscono una sfida per un efficace controllo microbiologico: da un lato, ospitano microorganismi, dall'altro impediscono ai detergenti e ai disinfettanti di raggiungere i microbi e i residui, e di avere il tempo di agire adeguatamente. L'acciaio inossidabile non è l'unica superficie suscettibile: anche pavimenti in resina epossidica e polimerici possono essere danneggiati da un uso intensivo o dal trascinamento di oggetti pesanti, e in tal caso non sono più resistenti agli effetti di un'esposizione chimica intensa. Entrambi i casi possono portare all'accumulo di acqua e a problemi microbiologici come muffe e proliferazione di batteri. Danni significativi alla struttura, ad esempio a causa di tetti che perdono o problemi di drenaggio, possono causare muffe endemiche (vedi immagine 1) e infezioni da batteri. Problemi di drenaggio possono portare alla formazione di biofilm (vedi immagine 2), che può causare infestazioni ricorrenti di batteri e altri microbi, grazie alla loro elevata resistenza a sostanze antimicrobiche4. Un altro aspetto nel progetto riguarda l'inclusione di barriere sufficienti per isolare il processo di produzione farmaceutica. Impianti più vecchi o non progettati originariamente per questo scopo potrebbero non avere un design barriera ottimale. Ad esempio, il magazzino o l'area di preparazione delle componenti potrebbero non essere posizionati in modo ideale per prevenire la fuoriuscita di particelle indesiderate. In alcuni casi, a causa di limitazioni strutturali, non è possibile implementare un flusso unidirezionale. Entrambe le situazioni complicano il controllo della contaminazione e, di conseguenza, anche il controllo del processo di produzione farmaceutica.

Il metodo più comune per contenere problemi microbiologici derivanti da errori di progettazione o danni all'impianto consiste nell'aumentare l'uso di prodotti antimicrobici in concentrazione, frequenza di applicazione o entrambi. In alcuni casi, possono essere utilizzate anche sostanze chimiche estremamente aggressive, come candeggina acida, a breve termine. Queste misure portano a un miglioramento immediato dei dati di monitoraggio, ma a lungo termine possono causare ulteriori danni e complicare il controllo dell'ambiente dell'impianto. La soluzione migliore per un controllo efficace è la riparazione o l'upgrade dell'impianto, che ovviamente comporta costi elevati. Tuttavia, è sempre più conveniente rispetto alle alternative di indagare le cause di deviazioni microbiologiche o contaminazioni di prodotto e di dover ritirare prodotti.

Il rischio maggiore nella produzione di medicinali deriva dal personale che lavora nelle aree di produzione asettica. Ciò non significa che i lavoratori non siano impegnati, poiché la maggior parte delle persone desidera svolgere bene il proprio lavoro, ma piuttosto che questa tendenza sia insita nella natura umana. Gli esseri umani sono incredibili bioreattori: si stima5 che il 90% delle cellule nel corpo umano siano di natura microbiologica. Anche con programmi di formazione compatti, spesso non si riesce a garantire che il personale nelle camere bianche segua sempre le buone pratiche asettiche. Gli errori più comuni sono più legati a negligenza che a una volontaria disattenzione alle norme asettiche. Può facilmente capitare che qualcuno si graffi una ferita, si passi la fronte sudata o starnutisca. Deviations volontarie dalle procedure standard possono verificarsi talvolta, ad esempio, per ridurre il rischio di ottenere dati ambientali inaccettabili. Per esempio, spruzzare le mani guantate con alcool isopropilico sterile o indossare tute Tyvek immediatamente prima di rivestire può evitare risultati scadenti, ma questa pratica non viene mai tollerata. Talvolta, la non osservanza volontaria delle procedure standard e delle pratiche asettiche è più difficile da interpretare. Durante una formazione alcuni anni fa, un'operatrice ha dichiarato di mescolare un detergente domestico non autorizzato con la soluzione di pulizia approvata per la camera bianca, perché il prodotto autorizzato produceva poca schiuma, ritenendo che fosse essenziale per una pulizia accurata (un'errata convinzione facilmente chiarita durante la formazione). In questo esempio, le intenzioni erano buone, ma il comportamento non era conforme alle normative di buona pratica di produzione (cGMP). Ciò ha messo i suoi superiori in una posizione difficile dal punto di vista legale e, nel peggiore dei casi, avrebbe potuto compromettere l'efficacia del disinfettante e quindi mettere a rischio il medicinale.

Esistono centinaia di modi in cui un ambiente asettico può essere compromesso da sforzi benevoli di personale non sufficientemente formato e monitorato. La miglior strategia per ridurre i rischi operativi derivanti dal personale in questi ambienti consiste in una piattaforma cGMP robusta nel programma di formazione. Questa piattaforma dovrebbe illustrare la storia della produzione farmaceutica e usare esempi reali per mostrare i danni che i medicinali contaminati possono arrecare alla salute. Tutti conoscono qualcuno che, almeno temporaneamente, utilizza farmaci (ad esempio, vaccini, chemioterapici). Quando si vede cosa può fare una cattiva gestione della produzione a un amico, a una persona cara o a se stessi, il messaggio diventa più personale e aumenta la motivazione a comportarsi in modo responsabile. Una formazione di base in microbiologia, chimica antimicrobica e tecniche di pulizia favorisce un migliore rispetto delle norme, creando consapevolezza sul perché si usano determinati prodotti e condizioni. In altre parole, attraverso l'educazione si riduce un sistema complesso e grande, costituito da milioni di oggetti invisibili, a un livello comprensibile e interiorizzabile dal personale di sala bianca. Queste formazioni devono essere rafforzate da controlli di gestione regolari. Purtroppo, la direzione opera sempre meno nelle aree di produzione e ha quindi meno opportunità di osservare i comportamenti, promuovere buone pratiche e correggere quelli scorretti. Inoltre, man mano che la direzione assume più compiti al di fuori delle funzioni fondamentali — formazione e gestione del personale — possono sorgere problemi di supervisione. "In particolare, non esiste un controllo che assicuri che i capi turno verificano che ogni dipendente abbia completato la formazione richiesta. Sono state assunte due persone di supporto che però non hanno ricevuto la formazione obbligatoria — introduzione alle procedure standard e alle buone pratiche di produzione (GMP) — come previsto dalle procedure di formazione aziendali." (GMP Trends, Inc., 01.12.2010)

La pulizia è un requisito cGMP. L'ambiente deve essere controllato per prevenire contaminazioni particellari o microbiologiche del medicinale, dei componenti di confezionamento e delle superfici a contatto con il prodotto. La modalità di esecuzione della pulizia e del controllo microbiologico (ad esempio, prodotti, metodi e frequenza) varia da stabilimento a stabilimento, in parte a causa delle diverse attrezzature e esigenze di produzione. Tuttavia, esistono linee guida6,7 e pratiche migliori che dovrebbero essere integrate nella strategia di pulizia e controllo microbiologico. Ci sono anche pratiche non applicate universalmente o talvolta fraintese. Una di queste è la rotazione di disinfettanti/sporicidi. Anche il termine è cambiato nell'ultimo decennio. Prima, rotazione significava l'uso alternato di due disinfettanti a largo spettro con composizione chimica simile (ad esempio, due fenoli o due ammoni quaternari). La rotazione di due formulazioni diverse con principi attivi simili e caratteristiche chimiche o fisiche differenti (ad esempio, pH, alcalinità) permette di combattere un più ampio spettro di microorganismi (batteri, funghi, virus). Allo stesso tempo, si minimizza lo sviluppo di residui problematici derivanti dall'interazione di due diverse e potenzialmente incompatibili sostanze chimiche (ad esempio, fenoli e ammoni quaternari). Attualmente, il metodo descritto sopra di rotazione è ancora predominante, come evidenziato da 483 osservazioni recenti: "L'azienda non ha seguito le istruzioni scritte per la pulizia e disinfezione di ambienti di classe 10.000 (ISO 7), in quanto il personale di produzione non ha utilizzato disinfettanti e sporicidi alternativi come previsto dalle procedure standard." (GMP Trends, 15.08.2007) Poiché è sempre più importante combattere organismi resistenti come spore fungine e batteriche, i programmi di rotazione vengono spesso integrati con uno sporicida. Alternare un disinfettante di routine con uno sporicida si sta rapidamente affermando come modello preferito ed è sancito da vari documenti e raccomandazioni di autorità di vigilanza, tra cui le norme 1072 (Disinfettanti e Antisettici) e 32-NF27 della US Pharmacopeial Convention (USP): "È consigliabile integrare l'uso quotidiano di disinfettanti batterici con un'applicazione settimanale (o mensile) di uno sporicida. L'uso quotidiano di sporicidi generalmente non è raccomandato, poiché può danneggiare le apparecchiature e comportare rischi di sicurezza per il personale a causa di un'esposizione prolungata. Altri schemi di rotazione dei disinfettanti possono essere raccomandati sulla base di un'analisi dei dati storici di monitoraggio ambientale."

La scelta di disinfettanti e sporicidi dovrebbe basarsi sull'efficacia scientificamente comprovata contro lo spettro di organismi desiderato, nonché su altre considerazioni importanti come la compatibilità con i substrati e la sicurezza del personale. Esistono innumerevoli riferimenti8 che forniscono informazioni sui meccanismi di azione di diverse sostanze chimiche contro le strutture di vari microorganismi. Questi documenti possono aiutare nella selezione di disinfettanti e sporicidi. Tuttavia, le referenze scientifiche e le opinioni tradizionali non escludono l'obbligo per i produttori di validare i propri disinfettanti e sporicidi — e persino l'uso di alcool isopropilico — per l'impiego nei propri stabilimenti, contro isolati ambientali e in condizioni di reale utilizzo. "I disinfettanti usati per la pulizia delle superfici nelle aree di lavorazione asettica non sono stati sufficientemente testati per garantire che raggiungano la decontaminazione microbiologica desiderata secondo le procedure operative standard (SOP): a) Durante lo studio di qualificazione, sono state valutate solo superfici in acciaio inossidabile e nessun altro materiale come vetro, plastica o superfici verniciate con epoxylack; b) Durante lo studio di qualificazione, sono stati usati tempi di contatto più lunghi di quelli previsti dalle SOP; c) Nel test di qualificazione, si è lasciato agire il disinfettante ... minuti sulla superficie di prova, anziché pulire la superficie come previsto dalle SOP." (GMP Trends, 01.05.2003)

Oltre alla efficacia microbiologica, il ruolo dei residui di disinfettanti e detergenti nel controllo ambientale è diventato un problema urgente. La maggior parte di questi prodotti contiene sostanze non volatili che rimangono sulla superficie dopo che la componente volatile si è evaporata. Spesso si tratta di sostanze inerti, che però possono alterare l'aspetto e le funzioni della superficie stessa (vedi immagine 3). Pertanto, bisogna valutare gli effetti di questi residui sulle attività di pulizia e monitoraggio ambientale successive. "Non è stata condotta alcuna valutazione per assicurarsi che i residui dei detergenti non influenzino negativamente i test ambientali e il prelievo di campioni." (Warning Letter, 02.07.2008) Per questo motivo, si consiglia di integrare nei protocolli di controllo delle camere bianche un passaggio di risciacquo o di lavaggio supplementare. In questa fase, devono essere definiti il detergente da usare, la frequenza di risciacquo e le modalità di applicazione. Se si utilizza qualcosa di diverso dall'acqua distillata o dall'alcool isopropilico (che non lasciano residui), bisogna considerare la natura dei residui che questa sostanza può introdurre. La frequenza di applicazione deve essere stabilita sulla base di un'analisi rischio-beneficio. Un risciacquo troppo frequente con acqua o altri detergenti, soprattutto dopo la disinfezione, può complicare ulteriormente il controllo microbiologico: da un lato, la diluizione del disinfettante prima che abbia agito a sufficienza può ridurne l'efficacia, dall'altro, un eccesso di acqua favorisce la crescita di microrganismi.

I produttori di medicinali devono affrontare molte sfide. Devono garantire che i dati di monitoraggio ambientale offrano un controllo sufficiente per prevenire modifiche al prodotto, in un ambiente in cui la pianificazione degli spazi, il personale e le pratiche di controllo della contaminazione possono contribuire ai problemi di controllo. Un approccio olistico, che consideri tutte le parti necessarie al funzionamento di un sistema complesso, è la strategia migliore per ottenere il controllo richiesto dai produttori di farmaci e che i consumatori meritano.

Riferimenti bibliografici:
1. Ariely, Dan 2010. The Upside of Irrationality, HarperCollins Publishers p237-256.
2. Roumeliotis, Gregory, 05 Jul 2006, FDA report sheds light on Chiron's problems. Outsourcing-Pharma.com
3. George, John, 17 January 2011, Another Johnson and Johnson Recall. Philadelphia Business Journal.
4. Donlan, Rodney M. Biofilms and Device-Associated Infections. Emerging Infectious Diseases Vol.7, No. 2, March-April 2001
5. Glausiusz, Josie, Your body is a Planet. Discover Magazine June 2007
6. United States Pharmacopeia, USP Disinfectants and Antiseptics, USP 32-NF27
7. EC Guidelines to Good Manufacturing Practice, Medicinal Products for Human and Veterinary Use, Annex 1, Manufacture of Sterile Medicinal Products, 25 November 2008 (rev.)
8. Block, Seymour S. 2001. Disinfection, Sterilization, and Preservation. 5th ed. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins p. 31-79.