ICH Q2

Nel Validation of Analytical Procedures², il Consiglio internazionale per l’armonizzazione evidenzia le caratteristiche da considerare durante la convalida delle procedure analitiche. Contiene termini e definizioni che hanno lo scopo di colmare le differenze che spesso esistono tra varie compendi e autorità regolatorie della Comunità europea (CE), del Giappone e degli Stati Uniti. Gli utenti degli analizzatori di TOC possono trovare utili i consigli e le indicazioni per misurare le impurità presenti nelle acque di tipo farmaceutico.

Analisi di TOC

L’analisi di TOC nelle acque di tipo farmaceutico è un test non specifico, in quanto riporta in modo efficace il peso in parti per miliardo (ppb) del carbonio derivato da materiale organico nell’acqua, ma non è in grado di distinguere tra tipi differenti di materiale organico. Inoltre, non può riportare la quantità effettiva di materiale organico presente perché la quantità di carbonio in una molecola organica varia tra materiali organici diversi. Ad esempio, una molecola di saccarosio contiene 12 atomi di carbonio, mentre una molecola di metanolo ne contiene uno solo. Se un analizzatore di TOC riporta un TOC di 100 ppb, può significare che l’acqua contiene un gran numero di molecole di un materiale organico che ha pochissimi atomi di carbonio presenti oppure può essere che vi sia un numero molto minore di molecole contenenti un numero maggiore di atomi di carbonio per molecola.

Carbonio organico totale: TOC
Carbonio totale: TC
Carbonio inorganico totale: TIC

Precisione di misurazione

Tutti gli analizzatori di TOC comunemente utilizzati nei sistemi idrici farmaceutici condividono l’obiettivo di ossidare il materiale organico presente nell’acqua³ e quindi misurare l’anidride carbonica risultante, rilasciata dalla molecola organica ossidata. Alcuni analizzatori misurano questa anidride carbonica in fase gassosa, altri in fase disciolta. I tre metodi più comuni utilizzati per ossidare il carbonio organico sono (1) esposizione alla luce ultravioletta (UV), (2) persolfato in presenza di luce UV o (3) un sistema di combustione ad alta temperatura.

ICH Q2 tratta l’accuratezza della misurazione e suggerisce che può essere dedotta una volta stabilita la precisione, la linearità e la specificità e suggerisce che la linearità sia stabilita utilizzando un minimo di 5 concentrazioni dello standard tracciabile.

Nella sua guida all’espressione di incertezza nella misurazione⁴, il Joint Committee for Guides in Metrology suggerisce che più elevato è il livello di complessità in una misurazione, più alte sono le incertezze di misurazione dovute semplicemente al maggior numero di approssimazioni e ipotesi incorporate nel metodo di misurazione, con conseguente impatto sull’accuratezza e sulla capacità dell’analizzatore di misurare livelli molto bassi di analita.

Difficoltà relative alla specificità

Nel documento guida Validation of Analytical Procedures², il Consiglio internazionale per l’armonizzazione evidenzia la necessità di specificità di una procedura analitica, ovvero “la capacità di valutare inequivocabilmente l’analita in presenza di componenti che si può prevedere siano presenti”³. Una delle principali difficoltà nella misurazione dell’anidride carbonica di materiale organico in acqua è che le acque farmaceutiche contengono anche quantità relativamente grandi di carbonio inorganico totale (TIC) sotto forma di carbonati e anidride carbonica disciolta in gran parte a causa dell’aumentata concentrazione, nell’acqua, di anidride carbonica disciolta, dovuta al processo di osmosi inversa utilizzato per produrre l’acqua farmaceutica. Ciò può influire sia sulla sensibilità che sulla specificità del sistema di rilevamento, specialmente quando si cerca di misurare acqua con livelli di TOC molto bassi in presenza di un’alta concentrazione di TIC. Questa anomalia viene enfatizzata in quegli analizzatori di TOC che utilizzano più sensori per misurare TC e TIC ed eseguono quindi operazioni matematiche per sottrarre una dall’altra al fine di stimare il contenuto di TOC (vedere Fig.3).

Gli analizzatori che si basano sul calcolo del TOC da TC e TIC devono affrontare una sfida quando cercano di misurare quantità molto basse di TOC in presenza di quantità relativamente elevate di TIC, perché imprecisioni relativamente piccole tra i sensori TIC e TC possono portare a una sovrastima o sottostima di TOC5 (vedere la Fig. 4).

Le incertezze inerenti nella misurazione nell’analizzatore di TOC possono portare a una potenziale inaccuratezza nel livello di TOC segnalato pari a +/-78%, come osservato nell’esempio nella Fig.4, che porta a una perdita di fiducia nel sistema di rilevamento e mette in discussione l’affidabilità dei dati per qualificare l’acqua di tipo farmaceutico. Il problema è ancora più sentito nei laboratori di controllo di qualità che desiderano misurare il TOC nella fornitura di acqua in entrata. Le variazioni stagionali nei livelli di TIC obbligano l’utente a investire in un dispositivo di rimozione di TIC e monitorare costantemente i livelli di TIC nell’acqua in entrata per assicurarsi che non superi mai il livello massimo raccomandato dal produttore dell’analizzatore di TOC. Alcuni produttori di analizzatori raccomandano un rapporto massimo tra TIC e TOC di 10:16, pertanto in un campione di acqua contenente 10 ppb di TOC, il TIC non deve superare 100 ppb affinché l’analizzatore funzioni correttamente.

Gli analizzatori a combustione ad alta temperatura cercano di aggirare il problema del TIC incorporando una fase di rimozione del TIC. Il pH del campione di acqua viene spostato mediante l’aggiunta di un acido, che obbliga il TIC a precipitare dalla soluzione sotto forma di anidride carbonica. L’anidride carbonica proveniente dal TIC viene quindi eliminata dalla soluzione facendo passare un gas di trasporto privo di CO2 attraverso il campione. Questi cicli di aggiunta hanno una durata fissa e c’è sempre il rischio che non venga rimosso tutto il TIC lasciando residui che interferiscono con la stima del TOC. Di conseguenza, gli utenti sono costretti a eseguire l’inutile fase di misurazione dei livelli di TIC nel campione di acqua per garantire che non superino i livelli massimi specificati dal produttore dell’analizzatore di TOC.

Un’alternativa è monitorare la rimozione del TIC per garantire che sia stato completamente rimosso prima di iniziare l’analisi di TOC. Questo metodo evita il problema della specificità del TIC e l’accuratezza della misurazione del TOC è indipendente dai livelli di TIC presenti. Il metodo può essere ulteriormente migliorato utilizzando un singolo sensore di CO2 per misurare sia il TIC che il TOC. Invece di calcolare il TOC da TC e TIC, questo metodo misura direttamente la CO2 dal TOC in una misurazione separata una volta che tutto il TIC è stato completamente rimosso. L’accuratezza del sensore di misurazione di +/-2% ora si riferisce esclusivamente al valore TOC misurato invece che ai valori TC e TIC misurati utilizzati dagli altri metodi. Riesaminando l’esempio nella Fig. 4 in cui il valore TOC effettivo è 100 ppb, questo metodo riporta i risultati compresi tra 98 ppb e 102 ppb, dando all’utente una maggiore sicurezza che i risultati TOC riportati riflettano accuratamente la quantità effettiva di TOC nell’acqua derivante da una misurazione diretta, anziché da un calcolo.

Questo metodo alternativo ovviamente si basa sulla capacità dell’analizzatore di misurare la rimozione completa del TIC. Il sensore deve essere in grado di misurare quando la CO2 del TIC è stata rimossa prima che sia accesa la luce ultravioletta e abbia inizio l’ossidazione dei componenti organici in CO2.

Difficoltà del limite di rilevamento

Il documento guida ICH Q2 distingue tra tre procedure analitiche: identificazione, test delle impurità e analisi. Sebbene il documento suggerisca che il limite di quantificazione di un analizzatore potrebbe non essere rilevante in un test del limite di impurità, come il test del TOC, afferma che il limite di rilevamento è una caratteristica importante per tali test.

Come accennato in precedenza in questo articolo, gli analizzatori di TOC riportano il peso in parti per miliardo (ppb) di carbonio derivato da materiale organico nell’acqua. Ciò comporta un’altra difficoltà, poiché i moderni sistemi idrici farmaceutici possono contenere 10 ppb di TOC e molte tecnologie di analisi di TOC di laboratorio faticano a riportare accuratamente misurazioni a livelli così bassi. Pertanto l’analizzatore non è in grado di riportare il livello di TOC e l’utente riceve messaggi di errore come quello indicante che il livello di TOC è inferiore al limite di rilevamento. Ovviamente molti utenti non si rendono conto di ciò perché l’atto di prelevare un campione da un sistema idrico contaminerà inevitabilmente il campione stesso portando a letture TOC tipicamente superiori a 100 ppb. Pertanto, i proprietari di sistemi idrici con livelli di TOC molto bassi possono, di fatto, misurare e riportare la contaminazione TOC relativa al processo di prelievo dei campioni, ma non il TOC effettivo nel loro sistema idrico.

Livelli di TOC molto bassi sono ancora più difficili da rilevare per gli analizzatori che utilizzano più sensori e stimano il TOC sottraendo il TIC misurato dal TC. L’analizzatore può effettivamente riportare un valore di TOC stimato, anche quando gli errori di accuratezza inerenti nei molteplici sensori utilizzati per misurare il TC e il TIC possono avere un impatto così grande sull’accuratezza del valore di TOC riportato⁵, come mostrato nella Fig. 4.

Sebbene sia chiaro che alcuni analizzatori non riescono a calcolare con precisione i valori con questi bassi livelli di TOC e riporteranno semplicemente il messaggio che il livello di TOC è al di sotto del limite di rilevamento, risulta fastidioso rilasciare un lotto di prodotto in assenza di dati quando ci potrebbe essere una reale possibilità che l’analizzatore non abbia effettivamente eseguito una misurazione corretta perché è esaurito il gas di trasporto o il reagente ossidante. L’utente deve assicurarsi che il gas di trasporto e i reagenti siano presenti prima e dopo l’analisi e ciò avviene solitamente aggiungendo standard TOC di 500 ppb certificati nel lotto di campioni di acqua da analizzare all’inizio, al centro e alla fine del vassoio del campionatore automatico dell’analizzatore. Tuttavia, poiché gli analizzatori di TOC di laboratorio vengono spesso impostati e utilizzati durante la notte, un guasto nella fornitura di gas di trasporto di reagenti durante la notte può significare che l’utente sappia che i risultati del lotto di campioni di acqua non sono corretti quando controlla l’analizzatore il giorno successivo, ma che non possa ritestare il lotto di campioni di acqua perché l’analizzatore ha utilizzato tutti i campioni nel tentativo di analizzarli di notte. Ciò può lasciare l’utente senza prove del fatto che il sistema idrico sia stato conforme per il lotto di prodotto fabbricato il giorno prima.

Conclusione

Un’accurata analisi del carbonio organico totale nell’acqua di tipo farmaceutico moderna a basso TOC deve affrontare molte sfide. Gli strumenti che utilizzano più sensori per misurare TC e TIC e quindi calcolare il TOC possono presentare errori dovuti a imprecisioni nelle misurazioni di TC e TIC⁵. Gli analizzatori che utilizzano un solo sensore per effettuare le misurazioni possono fornire un risultato più accurato perché ci sono meno approssimazioni e supposizioni nella misurazione⁴.

La specificità in presenza di carbonio inorganico è una sfida per molti analizzatori. Un metodo più accurato consiste nel garantire e monitorare la rimozione completa del TIC prima di misurare direttamente il TOC.

Molti modelli di analizzatori non sono semplicemente in grado di misurare livelli di TOC con valori ppb bassi a causa del loro limite di rilevamento dovuto alle molteplici approssimazioni e supposizioni nella misurazione⁴. Sebbene le farmacopee richiedano che l’analizzatore di TOC abbia un limite di rilevamento di 50 ppb¹, non è sufficiente quando si misura l’acqua da un moderno sistema TOC con valori ppb bassi.

Gli utenti che desiderano utilizzare un analizzatore di TOC con intervallo più ampio che impieghi una combinazione di reagenti ossidanti e/o gas di trasporto devono mettere in atto metodi e controlli per garantire che l’analizzatore non possa continuare a eseguire analisi e distruggere campioni di acqua quando il reagente o il gas si esaurisce. Può trattarsi di un controllo manuale, oppure può essere progettato nell’analizzatore in modo da monitorare continuamente tutti i parametri critici dell’analisi e interrompere l’analisi in caso di eventuali problemi.

Le linee guida fornite nel documento guida ICH Q22 possono aiutare gli utilizzatori a determinare l’idoneità della progettazione e delle prestazioni degli analizzatori di TOC di laboratorio alla luce delle sfide della misurazione di TOC nei moderni sistemi idrici a basso contenuto di TOC descritti in questo articolo.

Bibliografia

1. US Pharmacopeia Convention, United States Pharmacopoeia, Rockville MD, Stati Uniti e Consiglio d’Europa, Direzione europea della qualità dei medicinali e cura della salute, European Pharmacopoeia, Strasburgo, Francia

2. International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use, Validation Of Analytical Procedures: Text And Methodology Q2(R1), novembre 2005 [8 agosto 2014],http://www.ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Quality/Q2_R1/Step4/Q2_R1__Guideline.pdf [8 agosto 2014]

3. Consiglio d’Europa, Direzione europea della qualità dei medicinali e cura della salute, European Pharmacopoeia 8.0, 01/2008:20244, Total Organic Carbon in Water for Pharmaceutical Use, Strasburgo, Francia

4. Joint Committee for Guides in Metrology, Evaluation of measurement data - Guide to the expression of uncertainty in measurement ref. JCGM 100:2008, prima edizione settembre 2008, http://www.iso.org/sites/JCGM/GUM-JCGM100.htm [8 agosto 2014]

5. GE Analytical Instruments, Technical Bulletin The Sievers Inorganic Carbon Remover (ICR), Boulder, Colorado, Stati Uniti, www.geinstruments.com [8 agosto 2014]

6. GE Analytical Instruments, Sievers 900 Series Total Organic Carbon Analysers, Operation and Maintenance Manual, Ref. DLM 90688-03 Rev. A, 2011, Boulder, Colorado, Stati Uniti, www.geinstruments.com [8 agosto 2014]

7. International Society for Pharmaceutical Engineering, The ISPE Good Practice Guide: Ozone Sanitization of Pharmaceutical Water Systems, prima edizione luglio 2012, http://www.ispe.org/ispe-good-practiceguides/ozone-sanitization-pharmaceutical-water-systems [14 agosto 2014]

8. Pharmaceutical and Healthcare Sciences Society, Best Practice for Particle Monitoring in Pharmaceutical Facilities, PHSS Technical Monograph No.16, prima edizione 2008, ISBN 978-1-905271-15-3