Veiligheidskastjes in cleanrooms

Veiligheidskastjes in cleanrooms

Een elementaire beschermingsvoorziening

Thomas Hinrichs, Berner International GmbH

Veiligheidswerkbanken zijn in veel biotechnologische en farmaceutische laboratoria een belangrijke beschermingsvoorziening. Bij het omgaan met gevaarlijke biologische arbeidsstoffen resp. gevaarstoffen is het essentieel om mensen en het milieu te beschermen met behulp van veiligheidswerkbanken. Aan de andere kant zijn aseptische en stofvrije productie- en experimenteeromstandigheden eveneens van groot belang [1?3]. De onderstaande uitwerking presenteert de stand van de techniek, de werking van veiligheidswerkbanken en belangrijke varianten voor gebruik in cleanrooms.

Toepassing in biotechnologische en farmaceutische laboratoria
Relevante voorschriften op Europees en nationaal niveau verplichten het gebruik van veiligheidswerkbanken (afb. 1) [4?19]. De werkgever is verantwoordelijk voor het uitvoeren van een risicoanalyse en het treffen van de benodigde beschermingsmaatregelen voordat de werkzaamheden worden gestart [20?21].
Een veelgebruikte beschermingsmaatregel is het gebruik van veiligheidswerkbanken (SWB). Voor fabrikanten en exploitanten van SWB is de technologische stand van de techniek bij het in de handel brengen bepalend. Deze wordt onder andere gedefinieerd door richtlijnen, wetten en normen [22?25]. Bij aseptische productie van toxische parenteralia, de zogenaamde CMR1-geneesmiddelen, moeten veiligheidswerkbanken voor cytostatica (SFZ) worden ingezet [26?30]. Bij het omgaan met biologische arbeidsstoffen met infectieus, toxisch of allergeen gevaarpotentieel, moeten microbiologische veiligheidswerkbanken (MSW) van klasse I, II of III worden gebruikt [31?33].

Beschermingsfuncties: Elementaire eigenschappen
De elementairste eigenschappen van een SWB zijn de beschermingsfuncties in de vorm van bescherming van personen, producten en het voorkomen van besmetting. De bescherming van personen of het terughoudingsvermogen bij de werkopening is de eigenschap van een SWB om de gebruiker en het milieu te beschermen tegen biologische arbeidsstoffen en/of gevaarstoffen uit de werkruimte. De productbescherming is de eigenschap van een SWB om het in de werkruimte gebruikte product te beschermen tegen contaminaties uit de omgeving. De besmettingsbescherming is de eigenschap van een SWB om het in de werkruimte gebruikte product te beschermen tegen biologische arbeidsstoffen en/of gevaarstoffen uit de werkruimte.

Stromingsmechaniek: Daar komt het op aan
De juiste combinatie van turbulentiearme verdringingsstroom in de werkruimte en luchtinlaatstroom bij de werkopening (afb. 2) garandeert in combinatie met filtratie van deeltjes in principe de beschermingsfuncties. Stromingsmechanisch van groot belang is een doordachte luchtgeleiding, dat wil zeggen terugstroomvrije en optimale afstemming tussen de luchtinlaat- en verdringingsstroom. Het doel is een snelle en veilige verwijdering van contaminaties, zonder dat mensen, het milieu of het product worden bedreigd. De fabrikant van een SWB moet tijdens de ontwikkeling de optimale stromingsverhoudingen bepalen. Onder deze omstandigheden moeten de beschermingsfuncties worden aangetoond met microbiologische methoden (afb. 3) tijdens de typegoedkeuring.
Elke SWB heeft, vanwege de constructie, een eigen optimaal ‘bedrijfspunt’. Een intensieve controle van de beschermingsfuncties, vooral in de grensgebieden, is uiterst belangrijk.
De vastgestelde nominale stromingssnelheden moeten in de documentatie worden vastgelegd [34?35]. Deze moeten tijdens de productie door de fabrikant en regelmatig in het laboratorium door de exploitant worden geverifieerd.
Als de kinetische energie van de verdringingsstroom aanzienlijk groter is dan die van de luchtinlaatstroom, kan de bescherming van personen niet meer worden gegarandeerd (afb. 4, links). Als daarentegen de luchtinlaatstroom overheersend is, moet de productbescherming in twijfel worden getrokken (afb. 4, rechts). Deze wisselwerking is een bekende feit en moet bij de ontwikkeling adequaat worden meegenomen [36]. In de VS is al jaren de variatie in stromingsverhoudingen, de ‘Performance Envelope Testing’, normatief voorgeschreven [37].

Filtertechniek
Filters in SWB vormen het veiligheidskritische onderdeel bij uitstek. De ingebouwde HEPA2-filters moeten contaminaties veilig afschermen en minimaal voldoen aan klasse H 14 [38?39]. De filters moeten zodanig worden geplaatst en gedimensioneerd dat een betrouwbare en duurzame werking wordt gewaarborgd. Elk filterelement moet individueel worden gecontroleerd op eventuele lekkages en de afdichting [40?41]. Met een doordachte opstelling van de filterelementen en testopeningen moet het mogelijk zijn om de aerosolen aan de ruwe luchtzijde te belasten en deeltjesmetingen aan de schone luchtzijde uit te voeren [42?43].
Alle HEPA-filters, vooral de hoofdfilters onder het werkblad, moeten worden beschermd tegen mechanische beschadigingen en ongeschikte belasting [44?45]. Bij gebruik van gesegmenteerde of geperforeerde werkbladen moeten gemorste vloeistoffen zodanig worden opgevangen dat ze niet in het hoofdfilter kunnen druppelen. 2- en 3-filter systemen (afb. 5) verschillen in het aantal geïntegreerde HEPA-filters. De basisonderdelen en werking zijn zeer vergelijkbaar. Het belangrijkste verschil is de extra HEPA-filterstap, het zogenaamde hoofdfilter, dat zich meestal direct onder het werkblad bevindt. Een hoog gevaarpotentieel vereist bijna altijd het gebruik van 3-filter systemen [46]. Het gebruik van 3-filter systemen verhoogt de arbeidsveiligheid in laboratoria aanzienlijk, vooral bij werkzaamheden met hoog of zeer hoog gevaarpotentieel [47].

Directe filtratie van contaminaties
Een belangrijk argument voor het gebruik van een 3-filter systeem is het direct afvangen van deeltjesvormige contaminaties onder het werkblad. Het belangrijkste veiligheidskritische onderdeel, het HEPA-hoofdfilter, bevindt zich zo dicht mogelijk bij de potentiële ‘contaminatiebron’ – de werkruimte. Dit betekent dat de omvang van de besmette gebieden aanzienlijk kleiner is dan bij een 2-filter systeem (afb. 5). Alle potentieel besmette gebieden zijn toegankelijk voor reiniging en desinfectie. Kostbare en uitgebreide vervanging van de af- en toevoerfilters kan meestal worden vermeden. In veel gevallen kan worden afgezien van gevaarlijke formaldehyde-behandeling voor inactivatie van biologische arbeidsstoffen. Het HEPA-hoofdfilter verwijdert minimaal 99,995% van alle deeltjes, waardoor de daaropvolgende filters onder stofvrije omstandigheden worden gebruikt [48].
Volgens DIN EN 12469 moeten luchtkanalen die besmette lucht voeren zo kort mogelijk zijn [49]. Een eis die alleen bij gebruik van een 3-filter systeem met een HEPA-filterstap direct onder het werkblad consequent kan worden nageleefd [50].

Contaminatiearme filterwissel
De hoofdfilterstap wordt idealiter contaminatiearm vervangen. Een contaminatiearm filterwissel wordt gedefinieerd als een gesegmenteerde HEPA-filterstap die tijdens bedrijf kan worden vervangen, zodat het personenbeschermingsniveau niet wordt onderbroken. Een alternatief is de in de kerntechniek gevestigde Oelmeyer-methode [51], beter bekend als de ‘zakwisseltechniek’. Cruciaal is, naast een veilige vervanging, uiteindelijk de afmeting van de individuele filterelementen [52?55].
In SWB zijn besmette af- en toevoerfilters (afb. 5, links) meestal niet geschikt voor veilige vervanging, transport en daaropvolgende decontaminatie. Ervaring leert dat dergelijke filters meestal tot 1,8 x 0,6 meter groot zijn. Nieuw ontwikkelde gesegmenteerde recirculatiefilters vormen hier een echte alternatief. De te inactiveren filterelementen uit een HEPA-hoofdfilter mogen een bepaalde grootte, volgens de definitie van contaminatiearme filterwissel, niet overschrijden. Een maximale grootte is expliciet niet vastgesteld. Het bepalen dat de filterelementen in gangbare afvalbakken (meestal 60 of 90 liter volume) passen, helpt hierbij. Een gesegmenteerd hoofdfilter bestaat bij conventionele systemen uit tot 18 wigfilters of bij meer innovatieve systemen uit tot 9 compacte patronenfilters (afb. 6). In principe geldt: hoe kleiner het filterelement, des te beter. De beschreven HEPA-patronenfilters passen voor thermische en/of chemische decontaminatie in veel kleine laboratoriumautoclaven, desinfectie- en afvalverwerkers [56].

Ergonomie: Preventieve arbeidshygiëne
De ergonomische vormgeving van het ‘Mens-Machine-systeem’ is preventieve arbeidshygiëne. Het hoogste doel is het bevorderen van het welzijn van de mens en de prestaties van het gehele systeem. Voor werkplekken met machines bestaan al uitgebreide antropometrische eisen, die bij de constructie van een SWB in acht moeten worden genomen [57]. Elementair is de afstemming van de SWB op verschillende lichaamsmaten en -houdingen. Vooral SWB met 3-filter systemen moeten voldoende beenruimte bieden om verschillende zithoudingen mogelijk te maken (afb. 7). Een in hoogte verstelbaar onderstel van de SWB maakt niet alleen wisselen tussen zittende en staande werkposities mogelijk, maar ook de aanpassing aan verschillende lichaamsmaten (afb. 8) [58].

Computerondersteund werken
Veel gebruikers van SFZ werken tegenwoordig met computerondersteunde systemen (bijv. Cypro, cato®) om het geneesmiddelenproductieproces veilig te maken. Alle benodigde componenten, zoals beeldscherm, interface(n), kabels, PC, eventueel weegschaal en toetsenbord, moeten zodanig worden geïntegreerd dat de veilige werking van de SWB wordt gewaarborgd. Belangrijke informatie moet binnen het gezichtsveld aanwezig zijn, en toetsen, weegschaal en interfaces moeten gemakkelijk bereikbaar zijn (zie afb. 9).

Testen
Alleen een regelmatig geteste SWB biedt optimale werking en bescherming [59]. De uit te voeren tests liggen, afhankelijk van het type, in de verantwoordelijkheid van de fabrikant of de exploitant. De basis voor prestatiecontroles is de stand van de techniek, d.w.z. DIN 12980, DIN EN 12469 en gedetailleerde fabrikantinformatie (technische documentatie, etc.). Arbeidsveiligheidsmiddelen moeten regelmatig worden getest, minimaal jaarlijks. Bij verhoogd gevaarpotentieel, volgens risicoanalyse of specifieke fabrikantadviezen, in kortere intervallen. De tests moeten worden uitgevoerd onder referentiewaarden voor de stromingssnelheden met gekalibreerde meetmiddelen. Alle gebruikte meetmiddelen moeten duidelijk worden gedocumenteerd in het testprotocol. Het is essentieel dat de tests worden uitgevoerd door personen met de juiste vakbekwaamheid, dat wil zeggen geautoriseerde servicetechnici. Alle uitgevoerde tests moeten reproduceerbaar worden vastgelegd in een testprotocol en in het apparaatboek [60].

Cleanroom
In de werkruimte van een SWB is doorgaans klasse A of ISO 5 aanwezig [61?62]. Dit is vooral essentieel voor aseptische geneesmiddelenproductie. Exploitanten met een productievergunning volgens §13 AMG moeten beschikken over geschikte ruimten en faciliteiten voor de beoogde productie [63]. SWB die worden gebruikt voor de productie van geneesmiddelen en die van cruciaal belang zijn voor de kwaliteit van de geneesmiddelen, moeten worden gekwalificeerd en gevalideerd [64]. Dit gebeurt via kwalificatie en validatie [65]. Met een risicoanalyse en daaropvolgende beoordeling wordt de omvang van de validatie vastgesteld.
De documentatie speelt een zeer belangrijke rol bij de GMP-conforme productie van geneesmiddelen.
Alle relevante gegevens en informatie moeten volgens de EG GMP-richtlijn bijlage 15 uitgebreid en reproduceerbaar worden gedocumenteerd:
- Validatiehoofdlijn (VMP)
- Design Qualification (DQ)
- Installatiekwalificatie (IQ)
- Operationele kwalificatie (OQ)
- Prestatiekwalificatie (PQ)
Hierbij hoort bijvoorbeeld het bepalen van deeltjesreinheidsklasse in de werkruimte en microbiologische onderzoeken van oppervlakken en zones tot en met continue deeltjesmonitoring in de werkruimte. Moderne SWB bieden hiervoor de mogelijkheid om een mobiele of vaste isokinetische monstersonde aan te sluiten in de werkruimte (afb. 9). De laminariteit van de verdringingsstroom in een cleanroom van klasse ‘A’ moet worden aangetoond met gevalideerde methoden (afb. 2). Alle technische parameters en omstandigheden van de geneesmiddelenproductie moeten voortdurend worden gedocumenteerd. Moderne softwaresystemen, zoals de BFM – BERNER FlowSafe® Monitoring Software, zorgen voor volledige bewaking, visualisatie en archivering van alle relevante gegevens van SWB. Hier horen onder andere stromingssnelheden, temperatuur en vochtigheid, filterstatus, uitgevoerde servicewerkzaamheden, gedetailleerde foutprotocollen en het overschrijden van individuele waarschuwings- en grenswaarden. Dit alles voor een volledige documentatie van het gehele productieproces in SWB.

Glossarium
1 Carcinogeen, mutageen, reproductietoxisch: onder andere cytostatica, virusstatica
2 High Efficiency Particulate Air

Afbeelding: Werkplek veiligheidswerkbank