Introduzione

  
Le autorità regolatorie si aspettano che i produttori indaghino sulle deviazioni adottando misure correttive, attuando interventi per prevenire la ricorrenza della deviazione e per valutare l’efficacia di tali interventi. Senza un’adeguata indagine della causa principale, è difficile che tali interventi riescano.

Tuttavia, gli eventi di contaminazione relativi a TOC o conduttività possono essere di natura transitoria. Ad esempio, un sistema di trattamento delle acque soggetto a graduale accumulo di biopellicola può rilevare escursioni nei livelli di TOC nel processo di distribuzione, successivamente a cicli di sanificazione, dopo che la biopellicola viene rimossa dall’interno delle tubazioni. Tale escursione nel processo di distribuzione può scomparire rapidamente, sia mediante la diluizione che avviene durante il passaggio attraverso la grande quantità d’acqua presente nel serbatoio di accumulo, sia grazie all’ossidazione e alla disintegrazione dovute alle lampade UV collegate alla rete di distribuzione posizionate appositamente per contrastare l’accumulo microbico. Questa natura transitoria rende difficili le indagini sulle cause principali, in quanto non è facile ottenere un campione dell’escursione poiché non c’è abbastanza tempo per farlo. Tuttavia, questa rapida soluzione può mascherare l’accumulo di biopellicola finché non si verifica una perdita del controllo relativo al sistema e un’intensa contaminazione microbica.

In questo articolo parliamo di alcune fonti tipiche di contaminazione nei sistemi idrici e di come le indagini sulle cause principali possano essere supportate utilizzando analizzatori di carbonio organico totale (TOC) online.

Per guardare un webinar su questo argomento, scorrere fino in fondo a questa pagina. 

Aspettative della FDA sulla qualità dell’acqua

L’uso dei termini acqua purificata (PW) e acqua per uso iniettabile (WFI) implica che queste acque soddisfino le aspettative di qualità definite dalle farmacopee. Esistono quattro attributi di qualità critici che definiscono PW e WFI:

• Unità formanti colonie (CFU) microbiche: batteri potenzialmente dannosi che potrebbero causare infezioni e malattie nei pazienti
• Conducibilità: contaminanti inorganici che non dovrebbero essere presenti e che potrebbero causare malattie nei pazienti
• Carbonio organico totale (TOC): materiale organico che può favorire la crescita microbica nei sistemi idrici
• Endotossine: sostanza pirogena presente nella parete cellulare dei batteri gram-negativi che può causare febbre se iniettata nei pazienti
  
  

Attualmente solo la conduttività e il TOC possono essere misurati online in tempo reale. Sia i test di CFU che delle endotossine sono esami di laboratorio. Nella relazione preparata per la Direzione europea, l’EDQM Expert Workshop2 ha raccomandato di concentrarsi sul TOC e sulla conducibilità come indicatori precoci di potenziale contaminazione microbica o aumento dei sottoprodotti microbici, che potrebbero essere endotossine. Le deviazioni di TOC o di conduttività del sistema idrico potrebbero essere precursori di potenziali escursioni endotossiniche o microbiche e devono essere studiate, ma questi eventi sono spesso di natura transitoria e, al momento dell’acquisizione dei campioni per aiutare l’indagine sulle cause principali, l’escursione è scomparsa.
 

Vitali, ma non coltivabili

I microbi vitali ma non coltivabili potrebbero essere ritenuti incapaci di proliferare e considerati sterilizzati. Tuttavia, i microbi non più viventi possono essere considerati sanificati, ovvero senza vita. Mentre i sistemi di acqua riscaldata possono impedire ai microbi di proliferare, vale a dire sono sterilizzati, i microbi possono ancora essere presenti nella biopellicola che si accumula nel tempo nei sistemi idrici5, motivo per cui è necessario ripetere regolarmente la sterilizzazione a caldo. Se l’ambiente fosse realmente sanificato, ovvero privo di vita, non sarebbe necessario ripetere il processo di riscaldamento.

Esempi di fonti di contaminazione

TOC del solvente in uno stabilimento di produzione di massa di principi attivi farmaceutici (API)

  
L’autore ha sentito parlare di un’indagine sulle cause principali in uno stabilimento di produzione di massa di API, che ha portato il team a sospettare la contaminazione per via di uno dei solventi organici utilizzati nel processo di produzione di API. La domanda è: come è entrato nel sistema idrico WFI? L’ispezione fisica della posizione del serbatoio di accumulo WFI ha mostrato che era presente un coperchio di scarico dei rifiuti di produzione vicino al serbatoio; ma ancora come è entrato il solvente nel serbatoio? Esaminando il modello delle escursioni di TOC, il team è stato in grado di determinare che le escursioni si verificavano subito dopo la fine di un processo di produzione quando i recipienti di produzione venivano puliti per il lotto successivo. Quindi si verificava contemporaneamente un’esclusiva combinazione di eventi: una grande domanda di WFI dal serbatoio di accumulo per completare la pulizia dei recipienti di produzione mentre i rifiuti contenenti il solvente passavano attraverso lo scarico e, trattandosi di una sostanza volatile, parte del solvente formava vapore al di sopra dello scarico. Il rapido calo dei livelli di acqua all’interno del serbatoio WFI provocava l’ingresso di aria nel serbatoio stesso attraverso lo sfiato, che era situato sopra il coperchio di scarico. Era chiaro che il vapore del solvente entrava nel serbatoio insieme all’aria. Il riposizionamento dello sfiato del serbatoio di accumulo WFI lontano dal coperchio di scarico ha fornito una soluzione permanente che preveniva la ricorrenza dell’evento di contaminazione.

TOC della caduta di foglie in autunno

Anche i livelli di materiale organico nell’acqua di sorgente possono variare a seconda della stagione. In autunno, la caduta di grandi quantità di foglie può aumentare il contenuto organico delle acque di alimentazione, che poi diventa un problema per gli impianti di trattamento PW. Gli impianti di trattamento sono progettati per rimuovere una percentuale dei contaminanti dell’acqua in entrata, ma un aumento dei livelli di contaminazione nell’acqua in entrata può causare un aumento dei livelli di contaminazione nel sistema PW.

TOC del punto di utilizzo

Sebbene i sistemi idrici siano pressurizzati, è noto che si verifica un effetto sifone quando un punto di utilizzo viene aperto per la prima volta. Quando si prelevano campioni per l’analisi microbica e delle endotossine in laboratorio, è prassi abituale pulire il punto di utilizzo con alcol industriale (IPA) per prevenire qualsiasi potenziale contaminazione microbica del campione da parte dei microbi presenti sull’esterno del punto di utilizzo. Tuttavia, l’alcol è un materiale organico e, se una parte venisse aspirata nel punto di utilizzo, ciò potrebbe portare a un’escursione del TOC.

TOC della violazione di integrità RO

Il capitolo per la WFI nella European Pharmacopeia è cambiato nel marzo 2016 per consentire per la prima volta la generazione della WFI mediante osmosi inversa (RO)1. Nella relazione preparata per la Direzione europea, l’EDQM Expert Workshop2 ha avvisato che i sistemi a osmosi inversa potrebbero non essere efficienti come il metodo di distillazione e ha raccomandato di concentrarsi su TOC e conducibilità online come indicatori precoci di potenziale contaminazione microbica o aumento dei sottoprodotti microbici, che potrebbero essere endotossine. Sono state espresse preoccupazioni circa il fatto che l’accumulo microbico sul lato dell’acqua di alimentazione della RO potrebbe rompere la membrana RO e contaminare il sistema idrico. Allo stesso modo, i sottoprodotti microbici come le endotossine possono passare attraverso le membrane RO. Questi vengono rilevati come un aumento dei livelli di TOC ed eventualmente anche come un cambiamento nel profilo di ossidazione.

Falsi risultati di TOC

Tutti gli analizzatori di TOC di tipo farmaceutico utilizzano la luce UV per ossidare le molecole organiche e rilasciare il carbonio sotto forma di anidride carbonica. I risultati di TOC possono risultare maggiori di quanto siano effettivamente a causa dello scostamento dei sensori negli analizzatori di TOC, che utilizzano due sensori per misurare il carbonio totale (TC) e il carbonio inorganico totale (TIC) e quindi calcolare il TOC.

Allo stesso modo, l’invecchiamento delle lampade UV influisce gradualmente sull’intensità della luce UV prodotta. Negli analizzatori di TOC a flusso costante in cui il campione ha un tempo di esposizione fisso alla luce UV, questo calo di intensità può portare a una registrazione di valori di TOC minori, che non sarebbero rilevati fino alla sostituzione della lampada UV.

Il capitolo EP 2.2.44 sull’analisi del TOC sottolinea l’importanza di una completa ossidazione della contaminazione organica al fine di ottenere una precisa misurazione del TOC⁴. Le molecole organiche più complesse e a catena più lunga possono creare acidi organici durante il processo di ossidazione e formazione di CO₂. Gli acidi organici possono contribuire a una misurazione più elevata della conduttività rispetto alla CO₂ finale del composto organico completamente ossidato, quindi il mancato raggiungimento di una completa ossidazione del composto organico può dare origine a un valore del TOC errato.

Figura 1. Le specie intermedie create durante l’ossidazione parziale possono essere la causa di falsi risultati di TOC

Supporto per le indagini sulle cause principali

Evitare falsi risultati di TOC

 
Il principale metodo utilizzato dalla maggior parte degli analizzatori di TOC di tipo farmaceutico, allo scopo di ossidare il TOC, è rappresentato dalla luce UV. Quasi tutti gli analizzatori di TOC che utilizzano la luce UV utilizzano soltanto una lampada UV e non monitorano il livello di luce emessa dalla lampada, dunque potenzialmente ignorano un’eventuale riduzione della luce UV emessa, il che potrebbe compromettere la capacità di misurazione del TOC dell’analizzatore. In genere, la vita utile di queste lampade UV si aggira attorno ai 12 mesi e, se la lampada si guasta completamente, l’analizzatore non è più in grado di compiere l’analisi del TOC. Nei moderni sistemi WFI, il livello di TOC può essere inferiore a 10 ppb, dunque un eventuale guasto alla lampada UV per l’analisi del TOC potrebbe non essere rilevato, permettendo a delle possibili escursioni nei livelli di TOC di restare inosservate. Nel caso in cui venga rilevato un guasto della lampada UV da parte dell’utente, ciò può attivare il bisogno di una maggiore analisi del TOC di campioni prelevati da parte del laboratorio QC, fino alla riparazione dell’analizzatore di TOC. Lo strumento PAT700 vanta una lampada UV principale e una di riserva, inoltre monitora il livello della luce in uscita dalla lampada UV. Nel caso in cui la luce emessa dalla lampada UV principale dovesse scendere al di sotto di un livello accettabile ai fini di una buona analisi del TOC, la lampada di riserva viene attivata automaticamente e un allarme avvisa l’utente.

Figura 2. Lo strumento PAT700 offre una protezione contro eventuali tempi morti imprevisti e costosi interventi di manutenzione, grazie alla commutazione automatica dalla lampada UV principale a quella di riserva

Poiché materiali organici diversi possono richiedere tempi di ossidazione diversi per trasformare completamente tutto il carbonio presente in anidride carbonica per una misurazione accurata del TOC, lo strumento PAT700 monitora la variazione nella misurazione della conduttività e attende fino a quando non vi è più alcuna variazione, per rilevare che il materiale organico si è completamente ossidato, garantendo così un’analisi accurata del TOC. Dispone anche di una sola cella di misurazione per misurare TIC e TC, quindi lo scostamento dei sensori non influirà sull’accuratezza del TOC calcolato.

Figura 3. Lo strumento PAT700 utilizza un rilevamento con punto finale dinamico al fine di assicurare una completa ossidazione per una precisa analisi del TOC, anche qualora l’intensità della lampada UV diminuisca

Acquisizione dell’escursione

Lo strumento PAT700 può essere programmato per prelevare un campione d’acqua nel momento in cui si rilevi un’escursione nei livelli di TOC, affinché il campione possa essere analizzato per giungere alla causa principale.

Figura 4. Lo strumento PAT700 è in grado di prelevare un campione d’acqua al fine di supportare l’analisi relativa alla causa principale, nel caso in cui venga rilevata un’escursione nei livelli di TOC

Migliori pratiche di calibrazione

È importante accertarsi che qualsiasi deviazione riportata nei livelli di TOC o di conduttività sia una deviazione reale e non causata in realtà da uno scostamento nella calibrazione degli analizzatori. Quindi, il primo passo in qualsiasi indagine sulle cause principali a seguito di una deviazione è verificare che l’analizzatore del TOC o della conduttività stia ancora misurando accuratamente.

In genere la maggior parte delle aziende farmaceutiche eseguono una calibrazione degli analizzatori di TOC su base semestrale. Esistono due tipi di calibrazione: convalida della calibrazione e regolazione della calibrazione.

Per quanto riguarda la convalida della calibrazione, gli standard di calibrazione certificati vengono gestiti come campioni prelevati e le prestazioni dell’analizzatore di TOC vengono confrontate ai valori certificati. L’analizzatore di TOC viene considerato conforme se i valori che riporta sono compresi entro una percentuale accettabile relativa ai valori certificati degli standard (sottratti in bianco).

Per quanto riguarda la regolazione della calibrazione, gli standard di calibrazione certificati vengono gestiti tramite l’analizzatore di TOC. L’analizzatore di TOC regola la propria pendenza di calibrazione al fine di ottenere la migliore corrispondenza possibile rispetto ai valori certificati degli standard. Fintanto che l’analizzatore di TOC è in grado di modificare la propria pendenza in modo tale da ottenere un coefficiente di correlazione (fattore di linearità) ≥0,990 e fintanto che la variazione della pendenza di calibrazione non rappresenta un grande scostamento dalla calibrazione di fabbrica originale, la nuova calibrazione si considera accettabile, quindi conforme. Una variazione della pendenza di calibrazione che costituisce una grande deviazione dalla pendenza di fabbrica si considera come indicatore di una calibrazione inadeguata; ciò significa che l’analizzatore non funziona correttamente oppure che gli standard di calibrazione con corrispondono al valore certificato.

Nonostante non sia obbligatorio, si considera buona prassi eseguire la seguente procedura passo-passo durante la calibrazione di un analizzatore di TOC:

1. Eseguire una convalida della calibrazione in relazione ai valori rilevati prima di effettuare qualsiasi manutenzione o eventuali regolazioni. Ciò conferma che l’analizzatore di TOC ha funzionato secondo le specifiche
   dall’ultima calibrazione e che da allora non si sono verificati errori.
2. Effettuare una regolazione della calibrazione. Ciò mette a punto la calibrazione dell’analizzatore di TOC al fine di renderlo il più preciso possibile e impedire uno scostamento graduale della calibrazione stessa, durante periodi di tempo prolungati.
3. Eseguire una seconda convalida della calibrazione. Tale passaggio conferma che la regolazione della pendenza di calibrazione effettuata nel passaggio 2) ha prodotto una calibrazione precisa in base agli standard tracciabili certificati.

Figura 5. Il grafico di calibrazione in relazione ai valori rilevati eseguita prima di eventuali procedure di manutenzione per confermare che l’analizzatore di TOC funziona ancora in modo accettabile dopo un utilizzo di 6 mesi

Idoneità del sistema

Questo test è progettato per assicurare che l’analizzatore di TOC sia idoneo ad analizzare allo stesso modo la gamma di contaminanti organici che potrebbero essere rilevabili sia nella PW che nella WFI. Ciò assume particolare importanza in merito alla potenziale contaminazione microbica o da sottoprodotti microbici, dato che il tipo di contaminazione organica può variare nel tempo.

Calibrazione della conduttività

La debolezza degli strumenti tradizionali per la misurazione della conduttività risiede nella presenza della cella di misurazione all’interno del tubo WFI, la quale è dunque inaccessibile, e per questo motivo non è possibile controllare la costante di cella come invece si raccomanda nella farmacopea statunitense ed europea (USP ed EP)3,4 utilizzando una soluzione per la conduttività caratterizzata da valore certificato, quindi noto. Gli analizzatori di TOC che utilizzano una misurazione della conduttività diretta come parte dell’analisi del TOC, come ad esempio lo strumento PAT700 di Beckman Coulter, possono effettuare un controllo della costante di cella, perché il campione che fa ingresso nella cella di conduttività subisce successivamente uno scarico, quindi non compromette il ciclo dell’acqua stesso.

Figura 6. La costante di cella relativa all’analizzatore di conduttività diretta PAT700 può essere verificata in base ai requisiti USP <645>

La maggior parte degli analizzatori di TOC non possono soddisfare i requisiti USP ed EP per il controllo della precisione dell’elettronica del conduttivimetro utilizzando una resistenza esterna. Lo strumento PAT700 è stato specificamente progettato per soddisfare tale requisito, risultando quindi conforme a tutti i requisiti USP ed EP per gli analizzatori di conduttività.

Figura 7. L’accuratezza del misuratore dell’analizzatore di conduttività diretta PAT700 può essere verificata mediante l’uso di una resistenza esterna, come specificato dai requisiti USP<645>. L’elemento 1 indicato nell’illustrazione rappresenta il resistore di calibrazione esterno

Rilevamento di variazioni nella chimica organica dell’acqua

Poiché materiali organici differenti possono produrre diversi profili di ossidazione di TOC, una variazione nel profilo di ossidazione può indicare una variazione nella chimica organica dell’acqua. La European Pharmacopoeia sottolinea la necessità di una completa ossidazione della contaminazione organica per garantire un’accurata analisi del TOC⁴.

Un aumento dei livelli di TOC combinato con una variazione del profilo di ossidazione potrebbe essere un indicatore di una variazione nella chimica organica dell’acqua e deve essere esaminato prima che si verifichi un’escursione potenzialmente maggiore.

Alcuni analizzatori di TOC, come lo strumento PAT700 di Beckman Coulter, offrono un’indicazione del profilo relativo alla curva di ossidazione durante ogni analisi del TOC. Una variazione del tipo di profilo, combinata a una variazione nei livelli di TOC, può fornire informazioni circa un possibile malfunzionamento del sistema RO, spingendo l’utente a ricercare ulteriormente e considerare una misura correttiva al fine di impedire una contaminazione su larga scala e mettere in atto misure preventive per evitare il ripetersi del problema in futuro.

Figura 8. Delle variazioni nel profilo della curva di ossidazione relativa al TOC possono indicare un possibile malfunzionamento del sistema di trattamento delle acque, invitando alla ricerca di metodi per impedire una contaminazione su larga scala

Analisi dei campioni prelevati

Nell’ambito dell’indagine sulle cause principali, per identificare se la contaminazione proviene da uno dei punti di utilizzo sui campioni prelevati dal ciclo dell’acqua, è necessario prelevare diversi punti sul ciclo.

Figura 9. Analisi dei campioni prelevati dai punti di utilizzo per contribuire all’indagine sulle cause principali

Lo strumento PAT700 di Beckman Coulter consente agli utenti di analizzare contemporaneamente fino a quattro campioni prelevati utilizzando il campionatore automatico integrato. La conformità a 21CFR parte 11 è abilitata per i risultati generati in file PDF sicuri e protetti da password, che includono la firma elettronica del tecnico.

Conclusione

Poiché gli eventi di contaminazione di PW o WFI possono essere di natura transitoria, gli analizzatori di TOC in grado di catturare un campione dell’acqua contaminata possono fornire una preziosa assistenza nelle indagini sulle cause principali. I dati sulle variazioni dei profili di ossidazione dall’analizzatore di TOC possono essere un utile indicatore di potenziali variazioni della chimica organica dell’acqua, fornendo un avviso tempestivo di potenziale deterioramento delle membrane RO. Allo stesso tempo, evitare falsi risultati di TOC alti o bassi attraverso un solido design dell’analizzatore può aiutare a ridurre il tempo sprecato in inutili indagini sulle cause principali e liberarsi di risultati di tipo nessun guasto trovato che i regolatori non apprezzano. La scelta ragionata dell’analizzatore di TOC può fornire il supporto necessario per le indagini sulle cause principali delle deviazioni dei sistemi idrici.

Bibliografia

1. European Pharmacopeia (Ph. Eur.) Commission, comunicato stampa 18 marzo 2016 https://www.edqm.eu/sites/default/files/press_release_water_for_injections_march_2016_0.pdf
2. EDQM Expert Workshop, 24 marzo 2011, Direzione europea della qualità dei medicinali e cura della salute (EDQM) 7 allée Kastner, CS 30026 F -67081 Strasburgo
3. 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
4. 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
5. 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-practice-guides/ozonesanitization-pharmaceutical-water-systems [14 agosto 2014]
6. 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

Guarda il webinar