Zapobieganie mikrobiologicznej kontaminacji w obszarach produkcji farmaceutycznej i biotechnologicznej: holistyczne podejście do wdrażania solidnych środków kontrolnych.

Obraz 1: Ściana z uszkodzeniami wodnymi i pleśnią (zdjęcie: Jim Polarine) / Obraz 1: Ściana uszkodzona wodą pokryta pleśnią. (zdjęcie autorstwa Jim Polarine)

Bild 2: Biofilmbildung in Rohren (Foto: MSU) / Obraz 2: Tworzenie się biofilmu w rurach. (zdjęcie dzięki uprzejmości MSU)

Obraz 3 (pozostałości po środku dezynfekującym na podłodze z żywicy epoksydowej)

Obraz 4 (pozostałości po środku dezynfekującym na podłodze winylowej)

Ostatnio opublikowana bestseller1 zajmuje się pytaniem, dlaczego cała narodowość jest gotowa pomóc kilku osobom w sytuacjach zagrożenia życia (np. chilijskim górnikom), ale wykazuje niewielką gotowość do niesienia pomocy milionom znajdującym się w podobnej lub nawet większej potrzebie (np. ofiarom tsunami). Może to być irracjonalne, ale trafnie opisuje trudności ludzi w dążeniu do abstrakcyjnego celu, który opiera się na koncepcjach i relacjach, które są prawie niemożliwe do uchwycenia. Ratunek jednej osoby, która znajduje się bezpośrednio przed nami, jest o wiele prostszy do zrealizowania niż uratowanie milionów cierpiących w odległym kraju. W takich sytuacjach mamy tendencję do odwracania się, ponieważ nie wiemy, jak zmienić coś, czego nie rozumiemy lub czego nie widzimy. To zjawisko odgrywa również rolę w kontroli obszarów produkcji leków: prosimy osoby pracujące w tych obszarach, aby były niezwykle ostrożne i przestrzegały rygorystycznych procedur, które zostały zaprojektowane, aby zapobiec skażeniu leku przez niewidzialne, miliony razy obecne organizmy. Aby to wyrazić prościej: osoby pracujące w wrażliwych obszarach produkcyjnych mają tendencję do niedoceniania wpływu, jaki jako jednostki mogą mieć na sterowanie dużym i złożonym systemem. Albo na jeszcze bardziej abstrakcyjne koncepcje, takie jak zdrowie publiczne, które może być zagrożone przez złe kontrole produkcji, co pokazała niedawna niedobór szczepionek przeciw grypie2 i wycofania produktów3.

Skuteczna kontrola obszarów produkcji leków wymaga całościowego podejścia, w którym identyfikuje się i nadzoruje te komponenty, które są najważniejsze dla sukcesu procesu produkcyjnego. Całościowa koncepcja uwzględnia zachowanie złożonych systemów i opiera się na interdyscyplinarnym podejściu, które silnie skupia się na pomiarach, aby zrozumieć zachowanie systemu. Kluczowe komponenty, które muszą być badane i nadzorowane, aby zapewnić wynik produkcji, to urządzenia produkcyjne (konstrukcja i stan), personel (szkolenie i zarządzanie) oraz programy kontroli mikrobiologicznej (produkty i ich zastosowanie). W tym artykule omówione są wszystkie trzy obszary.

Atak to najlepsza obrona, szczególnie gdy na szali są duże sumy i zdrowie publiczne, co nie jest przesadą w przypadku szczepionek i innych biotechnologicznie pozyskiwanych substancji czynnych. W takich przypadkach końcowa sterylizacja zazwyczaj nie jest opcją. Dlatego silne, ofensywne podejście rozpoczyna się od solidnego planowania urządzeń, w którym składniki aktywne i opakowania są izolowane od źródeł skażenia. Do tego należą między innymi odpowiednie bariery (np. drzwi przejściowe, wyraźne wyznaczenie obszarów), pojemności systemów HVAC (np. do radzenia sobie z sezonowymi wahaniami temperatury i wilgotności), kontrola wody (np. umiejscowienie odpływów i punktów poboru próbek wody do celów iniekcji, WFI), dobrze zaprojektowane łatwe do czyszczenia powierzchnie (np. gładkie łuki, mało przeszkód) oraz wybór materiałów odpornych na chemikalia i wilgoć (np. stal nierdzewna 316L/1.4404, podłogi z epoksy lub polimerów). Gdy dostępne są nieograniczone czas, środki i wiedza, łatwo jest zaprojektować zakład produkcji leków zoptymalizowany pod kątem zapobiegania skażeniom produktu. Jednak najczęściej warunki są mniej sprzyjające, a układ i stan urządzeń często przyczyniają się do odchyleń mikrobiologicznych, a w niektórych przypadkach do skażenia produktu.

Nawet stal nierdzewna może ulec uszkodzeniu pod wpływem nadmiernej ekspozycji na chemikalia i zacząć rdzewieć. Szczególnie rdzewienie i dziury oznaczają poważne uszkodzenie powierzchni i stanowią wyzwanie dla skutecznej kontroli mikrobiologicznej na dwa sposoby: po pierwsze, mogą one stanowić schronienie dla mikroorganizmów, a po drugie, uniemożliwiają, aby środki czyszczące i dekontaminacyjne dotarły do mikroorganizmów i resztek, zapewniając odpowiedni czas działania. Stal nierdzewna nie jest jedyną powierzchnią, którą można uszkodzić: także podłogi z epoksy lub polimerów mogą ulec uszkodzeniu przez intensywne użytkowanie lub przesuwanie ciężkich przedmiotów i wtedy tracą odporność na działanie silnych chemikaliów. Oba scenariusze mogą prowadzić do gromadzenia się wody i związanych z tym problemów mikrobiologicznych, takich jak pleśń i namnażanie bakterii. Znaczne uszkodzenia struktury, np. z powodu nieszczelnych dachów lub problemów z odwadnianiem, mogą powodować endemiczne problemy z pleśnią (patrz obraz 1) i zakażeniami bakteriami. Problemy z odwadnianiem mogą prowadzić do powstania biofilmu (patrz obraz 2), który może powodować znaczne i powtarzające się zanieczyszczenia bakteriami i innymi bakteriami, ponieważ posiada zwiększoną odporność na substancje antybakteryjne4. Kolejnym aspektem przy projektowaniu jest planowanie wystarczających barier, aby odizolować proces produkcji leków. Starsze urządzenia lub takie, które nie zostały pierwotnie zaprojektowane do tego celu, mogą nie mieć optymalnego systemu barier. Na przykład magazyn lub pomieszczenie do przygotowania składników mogą być nieoptymalnie usytuowane, aby zapobiec ucieczce niepożądanych cząstek. W niektórych przypadkach ze względu na ograniczenia strukturalne nie można zapewnić jednokierunkowego przepływu. Obie sytuacje utrudniają kontrolę skażeń, a tym samym kontrolę procesu produkcji leków.

Najczęściej stosowanym podejściem do ograniczania problemów mikrobiologicznych spowodowanych błędami w planowaniu lub uszkodzeniami urządzeń jest zwiększenie stosowania produktów antybakteryjnych w koncentracji, częstotliwości stosowania lub obu tych elementach. W niektórych przypadkach można tymczasowo używać również ekstremalnie agresywnych chemikaliów, takich jak kwasowa wybielacz. Te środki prowadzą do natychmiastowej poprawy danych nadzorczych, ale na dłuższą metę mogą powodować dalsze uszkodzenia i utrudniać kontrolę środowiska urządzenia. Najlepszym rozwiązaniem dla skutecznej kontroli jest naprawa lub modernizacja urządzenia, co oczywiście wiąże się z wysokimi kosztami. Jest to jednak nadal tańsze niż alternatywy, czyli ustalenie przyczyn odchyleń mikrobiologicznych lub skażenia produktu oraz odrzuty produktów.

Największe zagrożenie w produkcji leków pochodzi od pracowników w obszarach aseptycznych. Nie oznacza to, że pracownicy nie są zaangażowani, ponieważ większość ludzi chce dobrze wykonywać swoją pracę, lecz leży to raczej w ludzkiej naturze. Ludzie są niesamowitymi bioreaktorami: według szacunków5, 90% komórek w ludzkim ciele ma charakter mikrobiologiczny. Nawet przy kompaktowych programach szkoleniowych często nie udaje się, aby pracownicy w komorach czystych zawsze przestrzegali dobrych praktyk aseptycznych. Najczęstsze błędy w zachowaniu wynikają bardziej z nieuwagi niż z celowego naruszania przepisów aseptycznych. Na przykład, ktoś może drapać ranę, przemywać spoconą czoło lub kichać. Celowe odchylenia od standardowych procedur mogą się zdarzyć czasami, ponieważ ktoś chce zmniejszyć ryzyko nieakceptowalnych wyników pomiarów środowiskowych. Na przykład, przez spryskiwanie rękawic z rękawiczkami sterylnym izopropanolowym lub Tyvek przed nałożeniem powłoki można uniknąć ryzyka złych wyników, co jednak nigdy nie jest akceptowane. Czasami celowe ignorowanie standardowych procedur i praktyk aseptycznych jest trudniejsze do zidentyfikowania. Na szkoleniu sprzed kilku lat jedna z pracownic powiedziała, że do roztworu czyszczącego zatwierdzonego do komory czystej dodaje niezatwierdzony środek do mycia naczyń domowego użytku, ponieważ zatwierdzony produkt nie tworzy wystarczającej piany, co jej zdaniem jest niezbędne do dokładnego czyszczenia (błędne przekonanie, które można łatwo wyjaśnić podczas szkolenia). W tym przypadku dobre intencje miały miejsce, ale zachowanie nadal było niezgodne z przepisami dobrej praktyki wytwarzania (cGMP). To postawiło jej przełożonych w trudnej sytuacji prawnej i w najgorszym przypadku mogło osłabić efekt środka dezynfekującego, a tym samym zagrozić lekowi.

Istnieje setki możliwości, jak środowisko aseptyczne może zostać niewłaściwie naruszone przez dobrze intencjonowane działania niedoświadczonych i niedostatecznie nadzorowanych pracowników. Najlepszym sposobem zmniejszenia ryzyka operacyjnego związanego z personelem pracującym w tych obszarach jest solidna platforma cGMP w programie szkoleniowym. Ta platforma powinna przedstawiać historię produkcji leków i wykorzystywać przykłady z życia, aby pokazać, jakie szkody mogą wyrządzić skażone leki dla zdrowia. Każdy zna kogoś, kto przynajmniej czasowo stosuje farmaceutyki (np. szczepionki, chemioterapeutyki). Widząc, co zła kontrola produkcji może zrobić przyjacielowi, bliskiej osobie lub sobie samemu, przekaz staje się bardziej osobisty, a motywacja do świadomego zachowania się jeszcze większa. Podstawowe szkolenie z mikrobiologii, chemii antybakteryjnej i technik czyszczenia zapewnia lepsze przestrzeganie przepisów, ponieważ wywołuje zrozumienie, dlaczego używa się określonych produktów i warunków. Innymi słowy, poprzez edukację można sprowadzić skomplikowany, wielowymiarowy system, w którym kontroluje się miliony niewidzialnych obiektów, do poziomu, który pracownik komory czystej jest w stanie zrozumieć i zapamiętać. Szkolenia pracownicze, jeśli zostaną wprowadzone, muszą być wzmacniane regularnymi kontrolami zarządczymi. Niestety, kierownictwo operacyjne spędza coraz mniej czasu w zakładach produkcyjnych i ma coraz mniej okazji do obserwowania zachowań, promowania dobrych praktyk i korygowania błędnych. Ponieważ kierownictwo coraz częściej przejmuje zadania wykraczające poza podstawowe funkcje — szkolenie i zarządzanie personelem — mogą pojawić się problemy nadzorcze. „W szczególności nie ma nadzoru, który zapewniłby, że kierownicy zmian sprawdzają, czy każdy pracownik spełnił wymagania szkoleniowe w pełni. Zatrudniono dwie osoby na zastępstwo, które jednak nie przeszły obowiązkowego szkolenia — wprowadzenia do standardowych procedur i szkolenia z dobrej praktyki wytwarzania (GMP) — zgodnie z procedurami szkoleniowymi firmy.” (GMP Trends, Inc., 01.12.2010)

Sprzątanie jest wymogiem cGMP. Otoczenie musi być kontrolowane, aby zapobiec cząsteczkowym lub mikrobiologicznym skażeniom leku, składników opakowań i powierzchni mających kontakt z produktem. Rodzaj sprzątania i kontroli mikrobiologicznej (np. produkty, metody i częstotliwość stosowania) różni się w zależności od zakładu, co częściowo wynika z różnych urządzeń i wymagań produkcyjnych. Istnieją jednak wytyczne6,7 i najlepsze praktyki, które powinny być zintegrowane z strategią sprzątania i kontroli mikrobiologicznej. Niektóre praktyki nie są jednak stosowane na szeroką skalę lub bywają źle rozumiane. Jedną z nich jest rotacja środków dezynfekcyjnych/sporoblicydów. Nawet termin ten uległ zmianie w ostatniej dekadzie. Dawniej rotacja oznaczała stosowanie na zmianę dwóch szerokospektralnych środków dezynfekcyjnych o podobnym składzie chemicznym (np. dwa fenole lub dwa związki amoniowe czwartorzędowe). Rotacja dwóch różnych formulacji o podobnych substancjach czynnych i różnych właściwościach chemicznych lub fizycznych (np. pH, zasadowość) pozwala zwalczać szersze spektrum mikroorganizmów (bakterie, grzyby, wirusy). Jednocześnie minimalizuje się powstawanie problematycznych pozostałości wynikających z interakcji dwóch różnych i potencjalnie niekompatybilnych grup chemicznych (np. fenoli i związków amoniowych czwartorzędowych). Obecnie opisany sposób rotacji jest nadal dominujący, jak wykazały 483 ostatnie obserwacje: „Firma nie przestrzegała pisemnych instrukcji dotyczących sprzątania i dezynfekcji komór klasy 10 000 (ISO 7), ponieważ personel produkcyjny nie używał zmiennych środków czyszczących i dezynfekcyjnych do basenów i powierzchni, zgodnie z procedurami standardowymi.” (GMP Trends, 15.08.2007) W miarę jak coraz ważniejsze staje się zwalczanie również opornych organizmów, takich jak zarodniki grzybów i bakterii, programy rotacji są często uzupełniane sporoblicydami. Zmienianie rutynowych środków dezynfekcyjnych lub stosowanie rutynowego środka dezynfekcyjnego z sporoblicydem szybko staje się preferowanym modelem i jest ugruntowane w różnych dokumentach nadzorczych i zaleceniach, w tym normach 1072 (Disinfectants and Antiseptics) i 32-NF27 Amerykańskiej Konwencji Farmakopealnej (USP): „Zaleca się, aby codzienne stosowanie środków dezynfekcyjnych bakteriobójczych uzupełniać tygodniowym (lub miesięcznym) stosowaniem sporoblicydu. Codzienne stosowanie sporoblicydów generalnie nie jest zalecane, ponieważ mogą one atakować wyposażenie oraz stanowić potencjalne zagrożenie bezpieczeństwa dla personelu przy długotrwałej ekspozycji. Inne schematy rotacji dezynfekcji mogą być zalecane na podstawie analizy historycznych danych środowiskowych.”

Wybór środków dezynfekcyjnych i sporoblicydów powinien opierać się na naukowo udowodnionej skuteczności przeciwko pożądanym spektrum organizmów oraz na innych ważnych kryteriach, takich jak kompatybilność z podłożem i bezpieczeństwo personelu. Istnieje niezliczona ilość dostępnych źródeł8, które dostarczają informacji na temat mechanizmów działania różnych chemikaliów przeciwko strukturom różnych mikroorganizmów. Te materiały mogą pomóc w wyborze środków dezynfekcyjnych i sporoblicydów. Jednakże, naukowo oparte źródła i powszechne opinie przy wyborze produktów nie zwalniają producentów z obowiązku walidacji swoich środków dezynfekcyjnych i sporoblicydów — a nawet izopropylowego alkoholu — do stosowania w ich zakładach, przeciwko izolatom środowiskowym i w warunkach rzeczywistego użycia. „Środki dezynfekujące do czyszczenia powierzchni w obszarach aseptycznych nie były wystarczająco przetestowane, aby zapewnić, że osiągają pożądane mikrobiologiczne dekontaminacje przy stosowaniu zgodnie z procedurami operacyjnymi (SOP): a) Podczas kwalifikacji oceniano jedynie powierzchnie ze stali nierdzewnej, a nie inne powierzchnie w obszarze aseptycznym, takie jak szkło, tworzywa sztuczne i powłoki epoksydowe; b) Podczas kwalifikacji stosowano dłuższe czasy działania niż przewidziano w SOP; c) W kwalifikacji środek dezynfekujący pozostawiono na ... minut na powierzchni testowej, zamiast tylko przetrzeć powierzchnię, jak to jest w SOP.” (GMP Trends, 01.05.2003)

Poza skutecznością mikrobiologiczną, rola pozostałości środków dezynfekcyjnych i czyszczących w kontroli środowiska stała się palącym problemem. Większość środków dezynfekcyjnych i czyszczących zawiera nietrwałe składniki, które pozostają na powierzchni po odparowaniu składnika lotnego. W wielu przypadkach są to substancje obojętne, ale mogą one powodować wizualne i funkcjonalne pogorszenie powierzchni (patrz obraz 3). Dlatego też należy ocenić wpływ tych pozostałości na dalsze czynności czyszczenia i monitorowania środowiska. „Nie przeprowadzono oceny, aby upewnić się, że pozostałości po środkach czyszczących nie mają negatywnego wpływu na testy środowiskowe i pobieranie próbek.” (Warning Letter, 02.07.2008) Dlatego zaleca się włączenie do procedur kontroli komór czystych kroku ponownego przemywania/spłukiwania. Należy określić środek, częstotliwość ponownego przemywania/spłukiwania oraz szczególne metody stosowania. Jeśli do wycierania/spłukiwania używa się czegoś innego niż destylowana woda lub izopropanol (które nie pozostawiają pozostałości), należy uwzględnić rodzaj pozostałości, które mogą być wprowadzone przez ten środek. Częstotliwość stosowania powinna być ustalona na podstawie oceny ryzyka i korzyści. Zbyt częste przemywanie wodą lub innym środkiem, szczególnie po dezynfekcji, może w niektórych przypadkach jeszcze bardziej utrudnić kontrolę mikrobiologiczną: z jednej strony, rozcieńczenie środka dezynfekującego przed osiągnięciem wymaganego czasu działania może ograniczyć jego skuteczność, a z drugiej, nadmiar wody sprzyja rozwojowi mikroorganizmów.

Producenci leków stają wobec wielu wyzwań. Muszą zapewnić, że dane pomiarowe środowiskowe zapewniają wystarczającą kontrolę, aby zapobiec zmianom produktu, w środowisku, w którym planowanie przestrzeni, personel i stosowane praktyki kontroli skażeń mogą nadal przyczyniać się do problemów kontrolnych. Całościowe podejście, uwzględniające wszystkie elementy niezbędne do funkcjonowania tego złożonego systemu, jest najlepszą drogą do uzyskania kontroli, której oczekują producenci leków i na którą zasługują konsumenci.

Bibliografia:
1. Ariely, Dan 2010. The Upside of Irrationality, HarperCollins Publishers s. 237-256.
2. Roumeliotis, Gregory, 05 lipca 2006, raport FDA rzuca światło na problemy Chirona. Outsourcing-Pharma.com
3. George, John, 17 stycznia 2011, Kolejne wycofanie Johnson & Johnson. Philadelphia Business Journal.
4. Donlan, Rodney M. Biofilms and Device-Associated Infections. Emerging Infectious Diseases Vol.7, Nr 2, marzec-kwiecień 2001
5. Glausiusz, Josie, Your body is a Planet. Discover Magazine czerwiec 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 listopada 2008 (zrewolucjonizowane)
8. Block, Seymour S. 2001. Disinfection, Sterilization, and Preservation. 5. wydanie. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins s. 31-79.