Validierung einer Anlage für Pharma-Wasser

Geprüft und für gut befunden

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11.12.2009 Mit der Qualifizierung einer Wasseranlage wird gezeigt, dass die Anlage Wasser der gewünschten Qualität unabhängig von der Qualität der Vorstufe der Wasseraufbereitung und den jahreszeitlichen Schwankungen produziert. Daher schließt sich an die Operational Qualification (OQ) eine 12 Monate dauernde Verfahrensqualifizierung (PQ) an, die mitunter auch als Prozessvalidierung bezeichnet wird. Sie wird in drei zeitliche Phasen unterteilt.

Entscheider-Facts Für Anwender


  • Mit der Qualifizierung einer Wasseranlage wird gezeigt, dass die Anlage Wasser der gewünschten Qualität unabhängig von der Qualität der Vorstufe der Wasseraufbereitung und den jahreszeitlichen Schwankungen produziert.
  • Die Prüfparameter umfassen immer die Qualitätsmerkmale Keimzahl, Leitwert und TOC-Wert sowie mitunter Lagertemperaturen, Strömungsgeschwindigkeit undNachweis spezifischer Mikroorganismen.
  • Aktionsgrenzen sollten ein Abweichen von der erforderlichen Qualität des Wassers anzeigen; Warngrenzen hingegen sollten so liegen, dass sie eine Abweichung von der normalerweise produzierten Qualität anzeigen, ohne jedoch gegen die erforderliche Qualität zu verstoßen.
  • Müssen während der Validierung technische Änderungen vorgenommen werden, sind diese mit dem üblichen Änderungsprozedere auf ihren Einfluss auf die Validierung zu prüfen.
Geprüft und für gut befunden

Die Prüfparameter umfassen mindestens alle in den Monographien der Arzneibücher genannten Qualitätsmerkmale (Keimzahl, Leitwert, TOC-Wert). Hinzu können kommen:

Erfassen der Lagertemperaturen,
Strömungsgeschwindigkeit und
Nachweis spezifischer Mikroorganismen.

Wesentlicher Bestandteil sind die mikrobiologischen Prüfungen, die später in das Routinemonitoring – mit größeren zeitlichen Abständen und einer Auswahl der zu untersuchenden Probenahmestellen – übernommen werden.

Mikrobiologische Prüfungen von Pharmawasser

Ein Hauptproblem beim Betrieb von Wasseranlagen ist die mikrobiologische Besiedlung dieses Mediums inklusive der Oberflächen von Aufbereitungsanlagen, Leitungen und Tanks. Eine Schwierigkeit beim Nachweis von Mikroorganismen besteht darin, dass es keine einfache und zuverlässige Methode gibt, die sämtliche in einer Wasserprobe vorhandenen Mikroorganismen quantitativ erfasst. Die in den Arzneibüchern angegebenen Methoden erlauben immer nur, ein bestimmtes Spektrum der Mikroorganismen zu erfassen, da die eingesetzten Nährmedien, die gewählten Bebrütungsbedingungen und andere Parameter jeweils nur einer bestimmten Gruppe von Mikroorganismen das Wachstum erlaubt.

Festlegen von Warn- undAktionslimits

Als Nährmedium ist vom Europäischen Arzneibuch der R2A-Agar für die Gesamtkeimzahlbestimmung in Wasser vorgeschrieben. Dieser Agar ist ein Medium mit geringem Nährstoffangebot und deshalb gut für den Keimnachweis in Wasser, besonders auch aus Biofilmen, geeignet. Die Verwendung von Nährmedium mit geringem Nährstoffangebot wie R2A führt im Vergleich zum Agarmedium mit Casein- und Sojapepton bei mangelhaft funktionierenden Anlagen häufig zu höheren Keimzahlen. Das bedeutet, dass unter Umständen häufiger mit Grenzwertüberschreitungen zu rechnen ist. Allerdings besteht durch den Einsatz eines Mediums mit geringem Nährstoffangebot auch eine gute Chance, Probleme mit einer Wasseraufbereitungsanlage frühzeitig zu erkennen und so rechtzeitig zu reagieren, bevor ein Schaden an einem Produkt entsteht.

Warn- und Aktionsgrenzen sollten so gesetzt sein, dass die Aktionsgrenzen eine Abweichung von der erforderlichen Qualität des Wassers anzeigen. Warngrenzen hingegen sollten so liegen, dass sie eine Abweichung von der normalerweise produzierten Qualität anzeigen, ohne jedoch gegen die erforderliche Qualität zu verstoßen. Aktionsgrenzen sollten die jeweiligen Erfordernisse der Monographien widerspiegeln; die Warngrenzen sollten an die Möglichkeiten der Wasseraufbereitungsanlage angepasst werden.
Beim Festlegen der Warngrenzen sollte man darauf achten, dass sie Abweichungen von den normalerweise produzierten Werten zeigen, jedoch mit einer gewissen Toleranz, die davor bewahrt, in unnötigen Aktionismus zu verfallen. Während man sich bei der Aktionsgrenze sinnvollerweise am Arzneibuch orientiert, sollte man sich beim Festlegen des Warngrenzwertes an den gefundenen Werten orientieren.

Besonderheiten beim Probenzug

Zunächst muss man festlegen, welche Information man mit der Wasseruntersuchung erhalten will. Bei der Untersuchung der Qualität des Wassers, das die Anlage produziert, sollten alle Einflüsse von Probenahmeventilen, Entnahmevorrichtungen usw. ausgeschlossen werden. Sinnvoll ist es, hier spezielle, sterilisierbare Probenahmeventile zu benutzen. Sind solche nicht vorhanden, kann man versuchen, durch Abflammen und Vorlaufenlassen den Einfluss des Entnahmeventils möglichst gering zu halten.

Für die Qualität des Wassers, das bei der Herstellung der Produkte verwendet wird, ist es wichtig, dass der Probenzug unter Bedingungen durchgeführt wird, die die Produktionsbedingungen widerspiegeln. Wird die Abnahme des Wassers für die Produktion durch einen Schlauch durchgeführt, so muss der Probenzug zur Bestimmung der Wasserqualität ebenfalls durch einen Schlauch geführt werden.
Wird die Leitung zum Beispiel für 30s vor der Abnahme für die Produktion gespült, so ist dies ebenfalls bei der Probenahme zur Bestimmung der Qualität zu berücksichtigen. Die Probenahmegefäße sollten mindestens die Reinheit haben, um die Qualität des Wassers auch bestimmen zu können. So muss ein Probenahmegefäß für das Bestimmen der Keimzahl steril sein, ein Gefäß für das Bestimmen von Endotoxinen muss endotoxinfrei sein.
Zum Bestimmen des Leitwerts einer Wasserprobe muss sichergestellt werden, dass keinerlei Verunreinigungen des Probenahmegefäßes das Bestimmen des Leitwerts beeinflussen könnten. Dies kann zum Beispiel durch Spülen des Gefäßes mit dem zu prüfenden Wasser erreicht werden.

Weitere Prüfparameter

Neben der mikrobiologischen Prüfung sind im Rahmen der Prozessvalidierung einer Pharmawasseranlage darüber hinaus auch die Parameter Temperatur, Leitfähigkeit, Total Organic Carbon (TOC), pH-Wert, Nitratgehalt, Schwermetalle sowie Endotoxine (bei WFI)zu überprüfen. Die Grenzwerte sind je nach Wasserqualität (Gereinigtes Wasser, Wasser für Injektionen) unterschiedlich und sind in im Arzneibuch angegeben. Zusätzlich zu den genannten Werten sollte im Rahmen der Prozessvalidierung die Strömungsgeschwindigkeit im System ermittelt werden. Damit kann der Nachweis der turbulenten Strömung im System geführt werden. Bei großen Anlagen werden Temperatur, Leitfähigkeit und TOC-Wert häufig mit Inline-Messgeräten ermittelt. Bei kleineren Anlagen wird in der Regel nur die Temperatur und Leitfähigkeit inline gemessen.

Die im Rahmen der Prozessvalidierung des Pharmawassers gezogenen Muster sollen immer voll analysiert werden, d.h. mikrobiologisch, chemisch und physikalisch. Die inline gemessenen Werte müssen zum Zeitpunkt des Probezugs protokolliert werden. Nach dem „FDA-Guide to Inspections of High Purity Water Systems“ gliedert sich die Validierung einer Pharmawasseranlage in drei Phasen.

Phasen der Validierung

Phase I dient dem Erstellen der Anweisungen und dem Festlegen der Grenzwerte. Änderungen in der Phase I sind in aller Regel noch recht unkritisch. Die Dauer dieser Phase sollte mindestens zwei Wochen betragen. Die Erfahrung mit FDA-Inspektoren zeigt jedoch, dass eine Dauer von vier Wochen auf größere Akzeptanz stößt und damit zu weniger Problemen führt. In der Phase I sollten alle Entnahmestellen (points of use) einmal täglich beprobt werden. Dies kann bei sehr vielen Abnahmestellen zu sehr hohen Kosten führen, so dass hier vielfach Reduzierungen von den von den amerikanischen Inspektoren gewünschten Probenmengen vorgenommen werden müssen. Möglich ist hier auch eine rollierende Probenahme, wobei die Validierung zeitlich gestreckt wird, aber das Arbeitsaufkommen pro Woche auf ein erträgliches Maß reduziert wird. Auf jeden Fall sollte jedoch hinter jeder Aufbereitungsstufe sowie im Rücklauf zum Lagertank einmal täglich eine Probe genommen werden. Die Probenanzahl zwischen der letzten Aufbereitungsstufe und dem Rücklauf kann zum Beispiel nach bestimmten Entfernungsintervallen durchgeführt werden. Sind die Ergebnisse der letzten Aufbereitungsstufe und dem Rücklauf und die Ergebnisse der Probestellen zwischen Rücklauf und der letzten Aufbereitungsstufe sehr ähnlich, hat man gute Argumente für die gegenüber dem FDA-Guide durchgeführte Reduzierung der Probenanzahl.

Zu berücksichtigen sind jedoch immer Besonderheiten bei der Abnahme des Wassers für die Herstellung von Produkten. Erfolgt zum Beispiel die Entnahme des Wassers für die Herstellung über einen Schlauch, so muss die Probenahme zur Bestimmung der Wasserqualität ebenfalls über diesen Schlauch erfolgen.
Beim Überschreiten der Aktionsgrenzwerte beziehungsweise gehäuftem Überschreiten der Warngrenzwerte muss nach der Ursache gesucht und korrigierende Maßnahmen ergriffen werden. Danach kann die Validierung neu gestartet werden.
Nach erfolgreichem Abschluss der Phase I kann die Phase II begonnen werden. Die Phase II dient der Bestätigung der Grenzwerte und der Betriebs- und Wartungsanweisungen. Die Probenfrequenz ist gegenüber der Phase I unverändert, d.h., es wird einmal pro Tag eine Probe von allen Points of use genommen. Die Dauer der Phase II beträgt nach FDA-Guide wie die der Phase I mindestens zwei Wochen; dies wird jedoch von den FDA-Inspektoren selten akzeptiert. So wird auch für die Phase II fast immer eine Dauer von vier Wochen gefordert. Werden in der Phase II Änderungen an den Grenzwerten vorgenommen oder werden Aktionsgrenzwerte beziehungsweise gehäuft Warngrenzwerte überschritten, führt dies zu einem Neustart der Validierung (Beginn mit Phase I).
Nach erfolgreichem Abschluss der Phase II kann die Phase III begonnen werden. Die Phase III soll sicherstellen, dass die Wasseranlage mindestens über die Dauer von einem Jahr Wasser der geforderten Qualität herstellt. Bauliche Änderungen in der Phase III können ebenso wie bei Anlagen im Routinebetrieb zu einem Neustart der Validierung führen.
Sollten in der Phase III Überschreitungen von Aktionsgrenzen auftreten, die nicht auf einen Laborfehler zurückzuführen sind, sondern die tatsächlich eine mangelhafte Wasserqualität aufzeigen, kann das je nach Schwere der korrigierenden Maßnahmen zu einem Neustart der Validierung führen.
In Phase III werden die Prüffrequenzen der Qualität des Pharmawassers angepasst und stimmen mit den Prüfungen im Routinebetrieb überein. Im Monitoring in Phase III sind Prüfungen angegeben, die sich in der Praxis bewährt haben. Da Highly Purified Water eine bessere Qualität als gereinigtes Wasser haben soll, sind hier auch strengere Prüffrequenzen als für dieses vorzusehen.

Auswerten der Phasen I bis III

Die Übergangsperiode zwischen der Phase I und II sowie zwischen den Phasen II und III ist nicht unproblematisch. So liegen die Ergebnisse der mikrobiologischen Prüfungen im ungünstigsten Fall erst fünf Tage nach dem Abschluss der einzelnen Phasen vor. In der Übergangsphase muss dann weiter geprüft werden – mit dem Risiko, dass die Auswertung der vorangegangenen Phase einen Neustart der Validierung fordert und die Prüfungen in der Übergangsphase nicht weiter verwertet werden können.

Müssen während der Validierung technische Änderungen vorgenommen werden, sind diese mit dem üblichen Änderungsprozedere auf ihren Einfluss auf die Validierung zu prüfen. Sie können zu einer Verlängerung einer Phase führen oder aber bei besonders kritischen Änderungen an der Wasseranlage zu einem Neustart führen.

Die Prüfparameter umfassen in jedem Fall die Qualitätsmerkmale Keimzahl, Leitwert und TOC-Wert

Heftausgabe: November 2009
Dr. Hanfried Seyfarth , Mikrobiologe

Über den Autor

Dr. Hanfried Seyfarth , Mikrobiologe

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