Validierung der Sterilfiltration Dipl-Ing. Heike Frankl Projekt Management Services Sartorius AG, D-37070 Goettingen
Empfohlene Testmethoden Mikrobiologische Untersuchungen Chemisch Physikalische Untersuchungen
Testmethoden bei der Filtervalidierung Regulatorische Anforderungen Viability Test Bakterienbelastungstest Prozess Validierung Wirtschaftlicher Herstellprozess
Viability Test Untersuchung potentieller bakterizider Effekte der Produktlösung Zugabe von Brevundimonas diminuta Hauptkultur zur Produktlösung Probennahme, Filtration und Koloniezahlbestimmung nach definierten Zeitpunkten Notwendig bei Produkten mit unbekanntem Verhalten Daraus leitet sich die Methode für den Bakterienbelastungstest (BCT) ab
Viability Test - Akzeptanzkriterium If, after the exposure time, no more than a one log reduction in count is noted, the formulation can be considered non bactericidal. If a reduction in microbiological concentration of more than one log is noted, the product should be considered bactericidal, and an alternate testing methodology may be considered. Quelle: PDA Technical Report No. 26 > 1 Logstufe in Keimreduzierung = bakterizid
Mögliche BCT Strategien Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Viable in Product under Process Conditions B.diminuta Not Viable in Product under Process Conditions Direct Inoculation of B.diminuta into Product under Process Conditions Precondition Filter with Product - followed by Microbial Challenge Modify Process - Adjust Temperature, etc. Use Product for Time Period Challenge Organism is Viable Modify Formulation - Adjust ph, Remove Bacteriacidal Component or Product Surrogate Change from B.diminuta Use Bacteria Isolated from Formulation or Environment Quelle: PDA Technical Report No. 26
1 - Mögliche BCT Strategien Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Viable in Product under Process Conditions Direct Inoculation of B.diminuta into Product under Process Conditions
1 Beispiel für Viability Test Ergebnis 5 min. 15 min. 30 min. 45 min. 0.9% NaCl 129 142 119 128 Produkt Lösung 132 142 135 130 BCT mit direkter Inokulation
2 - Mögliche BCT Strategien Temperaturbereich 40 C führt zum Absterben von Brevundimonas diminuta Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Not Viable in Product under Process Conditions Überprüfung der Lebensfähigkeit der Testbakterien in Produktlösung bei niedrigerer Temperatur möglich - direkte Inokulation in Produktlösung könnte bei 33-35 C möglich sein Modify Process - Adjust Temperature, etc. Precondition Filter with Product - followed by Microbial Challenge
3 Mögliche BCT Strategien Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Not Viable in Product under Process Conditions Precondition Filter with Product - followed by Microbial Challenge Use Product for Time Period Challenge Organism is Viable
3 Beispiel für Viability Test Ergebnis 5 min. 30 min. 60 min. 180 min. 0.9% NaCl 124 117 122 122 Produkt Lösung 111 90 18 0 BCT mit direkter Inokulation Kontaktzeit Bakterien / Testlösung max. 30 min.
4 - Mögliche BCT Strategien Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Not Viable in Product under Process Conditions Precondition Filter with Product - followed by Microbial Challenge Modify Formulation - Adjust ph, Remove Bactericidal Component or Product Surrogate
4 Beispiel für Viability Test Ergebnis 5 min. 15 min. 30 min. 60 min. 0.9% NaCl 201 206 209 222 Produkt Lösung 0 0 0 0 Indirekter BCT durch separate Filtration der Produktlösung und der Bakteriensuspension
5 Mögliche BCT Strategien BCT mit Bioburden Isolate Wachstum und Größe des Testkeims müssen reproduzierbar sein Wachstum in der erforderlichen Konzentration für den BCT ist Voraussetzung Determine & Document Viability of B.diminuta in Product under Process Conditions B.diminuta Not Viable in Product under Process Conditions Precondition Filter with Product - followed by Microbial Challenge Change from B.diminuta Use Bacteria Isolated from Formulation or Environment
Bakterienbelastungstest Validierung der Rückhaltung von Mikroorganismen an Membranfiltern Brevundimonas diminuta überleben in der Produktlösung: Direkte Inokulation in Produkt Brevundimonas diminuta überleben nicht in der Produktlösung: Vorbehandlung der Filter mit Produkt nachfolgend indirekter BCT Belastungskonzentration > 10 7 /cm² Filterfläche Testbedingungen simulieren die aktuellen Prozessbedingungen (plissierte Filterelemente, Kontaktzeit, aktuelles Produkt, Druck, Temperatur, etc.)
Mikrobiologische Rückhaltung Beeinflussende Parameter Medium Produkteigenschaften ph Osmolarität Ionenstärke Viskosität Produktzusammensetzung Formulierung Oberflächenaktive Substanzen Additive
Mikrobiologische Rückhaltung Beeinflussende Parameter Prozess Filtertyp Membranstruktur Membranpolymer Oberflächenmodifizierung Porenverteilung Membrandicke Prozessbedingungen Temperatur Zeit Durchfluss Druck Sterilisation
Prinzipieller BCT Aufbau pressure gauge venting valve venting valve valves test filter capsules analytical disc filters peristaltic pump syringe / sample collection test solution / Brevundimonas diminuta suspension
Testmethoden bei der Filtervalidierung Regulatorische Anforderungen Viability Test Bakterienbelastungstest Prozess Validierung Wirtschaftlicher Herstellprozess Adsorptionstest Chemische Kompatibilität
Chemische Kompatibilität Es gibt keine spezifischen Empfehlungen oder Richtlinien der Zulassungsbehörden zu Testmethoden auf chemischen Kompatibilität. Die folgenden Testmethoden werden auch im Rahmen der Qualitätskontrolle von Membranfiltern angewendet.
Chemische Kompatibilität Untersuchungen mit 47 mm Membranmaterial Messung der folgenden Parameter und Vergleich der Werte vor und nach Produktkontakt unter Prozessbedingungen Bubble Point Berstdruck Membrandicke Visuelle Inspektion (REM Aufnahmen)
Testmethoden bei der Filtervalidierung Regulatorische Anforderungen Qualifizierung von Integritätstestgeräten Produktbenetzte Integritätstestwerte Prozess Validierung Wirtschaftlicher Herstellprozess
Produktspezifische Integritätstestgrenzwerte Voraussetzung IQ/OQ Das verwendete Integritätstestgerät muss einer Qualifizierung unterzogen worden sein * Überprüfung der Gerätefunktionen * Genauigkeit von Messungen * Reproduzierbarkeit der Ergebnisse * Fehlermeldungen * Messwerte außerhalb Spezifikation
Produktspezifische Integritätstestgrenzwerte Bestimmung produkt- und prozessspezifischer Integritätstestgrenzwerte (nicht-standardbedingungen) Nötig für Lösungen mit anderen Eigenschaften als Wasser Nötig für nicht-standardbedingungen (z.b. Stickstoff als Testgas) Wichtig: Es gibt nur 2 Alternativen für die Bestimmung der Integrität 100% wasserbenetzte Filter (Grenzwerte gemäß Spezifikation der Filterhersteller) 100% produktbenetzte Filter (produktspezifische Grenzwerte müssen ermittelt werden)
Produktspezifische Integritätstestgrenzwerte PDA TR 26 empfiehlt produktspezifische Spezifikationen durch Tests zu bestimmen nicht nur errechnen (z.b. durch Vergleich der Oberflächenspannung von Benetzungsmedien)
Testmethoden bei der Filtervalidierung Regulatorische Anforderungen Qualifizierung von Integritätstestgeräten Produktbenetzte Integritätstestwerte Prozess Filter Validierung Validation Partikelabgabetest Wirtschaftlicher Herstellprozess
Test auf Partikelabgabe Untersuchung der Partikelabgabe von Filterelementen unter Einfluss der Produktlösung Lasertechnik zur Bestimmung der Partikelgröße und Anzahl Testdurchführung gemäß z.b. USP, BP (abhängig in welche Länder ein Arzneimittel verkauft werden soll) USP = United States Pharmacopoeia BP = British Pharmacopoeia
Akzeptanzkriterien Bakterienbelastungstest: 100% Rückhaltung von 1 x 10 7 Brevundimonas diminuta pro cm² Filterfläche Chemische Kompatibilität: Bewertung gemäß Filterhersteller Standard Test auf Partikelabgabe: gemäß der Pharmacopoeia Grenzen
Überblick Testmethoden - Filtervalidierung Regulatorische Anforderungen Prozess Filter Validierung Validation Wirtschaftlicher Herstellprozess Viability Test, BCT Adsorptionstest Chemische Kompatibilität Qualifizierung von Integritätstestgeräten Produktbenetzte Integritätstestwerte Partikelabgabetest Analyse extrahierbarer Bestandteile
Definition Extractables - Leachables Extractables Substanzen, die aus Elastomeren, Plastik oder Überzügen für Container-Verschlusssysteme extrahiert werden können, wenn sie sich im Kontakt mit (einem) geeigneten Lösungsmittel(n) befinden. Leachables Substanzen, die aus Elastomeren, Plastik oder Überzügen für Container-Verschlusssysteme in Kontakt mit der Formulierung ausgelaugt werden.
Potentielle Quellen für Extractables Alle Gegenstände, die im Produktionsprozess verwendet werden Lagertanks, Bags Leitungen, Ventile, Pumpen, Dichtungen Reinigungsbehälter Filter alle Verpackungsmaterialien Verschlusskappen Ampullen, Flaschen Dichtungen Etiketten
Wechselwirkungen zwischen Formulierung und Extractables - Inaktivierung der Inhaltsstoffe Fällungen, Absorption, Adsorption ph-wertänderungen Entfärbung... Wechselwirkungen zwischen Extractables und Inhaltsstoffen einer Formulierung können nicht vorhergesagt werden.
Untersuchungsmethoden zur Bestimmung von Extractables laut Arzneimittelbücher (USP, BP, JP...) TOC-Analyse NVR-Analyse Korrelation von ph-wert und Leitfähigkeit Bestimmung von Schwermetallen Bestimmung oxidierbarer Substanzen Plastik-Klassen Tests quantitativ, aber nicht spezifisch quantitativ, aber nicht spezifisch nicht spezifisch selektiv quantitativ, aber nicht spezifisch nicht spezifisch Die in den Arzneimittelbüchern beschriebenen Methoden basieren auf Modellmedien. Die individuellen Prozessbedingungen oder Prozesslösungen werden nicht berücksichtigt. USP = United States Pharmacopoeia BP = British Pharmacopoeia JP = Japanese Pharmacopoeia
Analysenmethoden Unspezifische Analysen Summenparameter TOC total organic carbon (Gesamtkohlenstoff) NVR non volatile residue (nichtflüchtiger Rückstand) Spezifische Analysen Detektion, Identifizierung HPLC high performance liquid chromatography GC gas chromatography FTIR Fourier transform infrared LC/MS HPLC gekoppelt mit Massenspektroskopie GC/MS GC gekoppelt mit Massenspektroskopie
Quantitative NVR Analyse (Non-Volatile Residue) Untersuchung des nichtflüchtigen Rückstands Konzentration nichtflüchtiger Substanzen im Arzneistoff ist oft weit höher als als die Menge extrahierbarer Substanzen (gilt auch für TOC Gehalt - gesamter organischer Kohlenstoff) Nicht geeignet für hitzelabile Substanzen
Quantitative NVR Analyse Welche Medien sind geeignet? WFI Reine organische Lösemittel Mischungen aus Wasser und reinen org. Lösemitteln Welche Medien sind nicht geeignet? Medien, die Wirkstoff, Tenside oder Salze in Konzentrationen größer als 10 ppm enthalten
Analysenmethoden RP - HPLC UV - detektiert alle UV-aktiven Substanzen - unabhängig von der Molekülgröße - sehr empfindliche Methode - Extractables im Bereich von 0,1 bis 1 ppm detektierbar - keine direkte Identifizierung von Substanzen GC MS - Trennung und direkte Identifizierung von unbekannten Substanzen - empfindliche und selektive Analysenmethode - Moleküle bis ~ 500g/mol
Analysenmethoden GPC (Gelpermeationschromatographie) - Trennung von Substanzgemischen nach Molekülgröße - keine direkte Identifizierung FT IR Analyse - Identifizierung anhand des charakteristischen IR Spektrums - Identifizierung nur von gereinigten Substanzen möglich (z.b. Fraktionierung aus der HPLC oder GPC)
Anforderungen an die Analysenmethoden zur Bestimmung von Extractables in Wirkstoff- und Endproduktlösungen - höchste Sensitivität für Extractables - Ausschluss störender Substanzen - gute Anwendbarkeit
HPLC Vortest Keine Störung durch Produktkomponenten DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\AP912103.D) mau 60 50 40 30 1.758 2.350 Störung durch Produktkomponenten mau 60 50 40 DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\INTERF.D) 2.404 2.258 2.183 2.737 2.658 2.561 30 20 20 10 0 3.650 3.911 10 0 3.294 3.808 5.768 0 10 20 30 40 50 min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 min Analytical Method: RP-HPLC
HPLC mit Probenvorbereitung Chromatogramm nach Probenaufarbeitung Original HPLC Chromatogramm mau 60 DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\LOSART26.D) 4.708 DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\INTERF.D) 50 mau 60 50 40 2.404 2.258 2.183 2.737 2.658 2.561 40 30 Spiked Extractables 30 20 20 10 3.294 3.808 5.768 10 0 1.892 3.364 3.721 6.837 7.620 11.818 24.755 27.937 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 min 0 10 20 30 40 50 min Analytical Method: RP-HPLC Das störende Protein wurde durch Flüssig/Flüssig Extraktion entfernt Zum Nachweis, dass potentielle Extractables durch die Probenaufarbeitung nicht entfernt würden, wurde die Produktprobe vor Aufarbeitung mit Modellextractables gespikt.
Praktische Aspekte: Beispiel einer Extraktion Extraktionsgefäß Extraction containment mit Filterkerze with filter element Blank Blindwert-Probe Shaker Schüttler
Erste Bewertung: Vergleich von Chromatogrammen mau 60 DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\AP912103.D) 1.758 2.350 mau 60 DAD1 A, Sig=220,4 Ref=450,80 (SARTO\AP912104.D) 1.755 2.396 50 40 30 20 10 3.650 3.911 Peaks kommen aus der Produktformulierung Können in bezug auf Filterextractables vernachlässigt werden 50 40 30 20 10 3.644 3.914 Es wurden keine zusätzlichen Peaks detektiert Kein Hinweis auf Extractables 0 0 0 10 20 30 40 50 min 0 10 20 30 40 50 min Blindprobe (Produkt ohne Filterkontakt) Extraktionsprobe (Produkt nach Filterkontakt) Analysemethode: RP-HPLC
Akzeptanzkriterien Extractables Analyse: Wenn in der Analyse extrahierbare Bestandteile gefunden wurden, muss das Risiko für das pharmazeutische Produkt bewertet werden
Extractables Analyse: Regulatorische Anforderungen EC GMP Guide (1992): Der Filter sollte das Produkt durch Entfernen von Inhaltsstoffen oder Abgabe von Substanzen in dieses nicht beeinflussen. ISO Aseptic Processing of Health Care Products (1993):...sicherzustellen, dass der Filter und das Filtersystem keine unerwünschten Inhaltsstoffe in Gase oder in Flüssigkeiten abgeben, die durch den Filter hindurchströmen.
Regulatorische Anforderungen Materialien für pharmazeutische Anwendungen dürfen keine gefährdenden Substanzen oder unerwünscht großen Mengen der in Frage kommenden Substanzen abgeben alle Materialien, die in direktem oder indirekten Kontakt mit der Formulierung stehen, müssen berücksichtigt werden Guidance for Industry Container Closure Systems for Packaging Human Drugs and Biologics FDA, CDER, CBER, May 1999
ICH Guideline (Q3B Impurities in New Drug Products ) gilt für neue Arzneimittel Identifizierung und Quantifizierung von Verunreinigungen (Abbauprodukte) gefordert maximal zulässige Menge an Verunreinigung darf 0,1 % bezogen auf den Wirkstoffgehalt betragen Toxikologische Einstufung und Bewertung der Verunreinigungen
Risikoabschätzung - zur Diskussion Extractables gefunden? nein - keine weitere Vorgehensweise notwendig welche? - zusätzliche Analysen - toxikologische Untersuchungen ja wieviel? Bulkfiltration Abfüllung - bei großen - Erstellung eines Volumina ist Ausspülprotokolls die Verdünnung - wieviel Ampullen groß müssen verworfen - Extractablesfund werden? vernachlässigbar?
Extractables Test Strategie (in Anlehnung an die FDA Guidance for Industry, Container Closure Systems for Packaging Human Drugs and Biologics, May 1999) Komponente aus Kunststoff Filter Beutel Vials, Flaschen, Ampullen, Stopfen, Spritzen, etc. Analysenmethode HPLC-UV* HPLC-UV GC-MS (mapping) HPLC-UV GC-MS (mapping) Extraktionsmedium Produktlösung Produktlösung Produktlösung (worst case Lösemittel) Produktlösung Produktlösung (worst case Lösemittel) * basierend auf den Ergebnissen der relevanten Extractables Mapping Studien
Zusammenfassung Mit einer einzigen Analysenmethode können nicht immer alle Anforderungen erfasst werden Für die Profilerstellung von Extractables werden Modellmedien unter Worst-case Bedingungen verwendet Für die Prozeßvalidierung sollte die aktuelle Formulierung verwendet werden Jede Prozeßvalidierung ist eine neue Fall zu Fall Entscheidung Die Verwendung von HPLC, GC-MS und LC-MS für die Extractables Analyse mit geeigneten Probenaufbereitungmethoden ermöglichen die Analyse von Wirkstoff- und Endproduktlösungen.