Overwegingen volgens FDA-cGMP: zekerstelling van sterielheid en kwalificatie van apparatuur voor bioreactoren voor celcultuur
Procescontroles en risicobeheer: sterilisatie, lektesten en bioreactorspecifieke kwalificatie
Om binnen het kader van de FDA-cGMP-richtlijnen te blijven, moeten farmaceutische bedrijven validatieprotocollen hebben die specifiek zijn voor de celcultuur-bioreactor-systemen van het bedrijf. Met gebruikmaking van de validatierichtlijnen voor bioburdenbepaling met sporen van Geobacillus stearothermophilus als validatieorganismen en/of -indicatoren volgens USP <1229> of andere ISO 14937-richtlijnen moet een ‘steam-in-place’-cyclus (SIP) een sterieliteitverzekeringsniveau (SAL) bereiken van maximaal 10⁻⁶, en dient na sterilisatie een maximale drukdaling bij druktesten te worden vastgesteld om de integriteit van de bioreactorvat te valideren; immers, zelfs één enkele opening van 0,5 micron — wat overeenkomt met de gemiddelde openingsgrootte — zou de oorzaak kunnen zijn van een incident, en de gemiddelde kosten voor de industrie om elk dergelijk incident te verhelpen bedragen ongeveer $740.000 (Ponemon Institute, 2023).
De bioreactorspecifieke kwalificatie bestaat uit factory acceptance testing (FAT) en nog drie andere afzonderlijke fasen:
1. Installatiekwalificatie (IQ) – inspectie van de aanwezige systemen, inclusief traceerbaarheid van componenten.
2. Operationele kwalificatie (OQ) – prestatiebeoordeling, bijvoorbeeld temperatuurregeling binnen een tolerantie van ±0,5 °C.
3. Prestatiekwalificatie (PQ) – beoordeling om reproduceerbare prestaties onder bioreactorgebruiksvoorwaarden te bevestigen.
Menselijke ingrepen bij bioreactorbewerkingen—voornamelijk door monsters te nemen en materialen over te brengen—zijn verantwoordelijk voor 78% van de gecontamineerde gebeurtenissen bij bioreactoren die zijn gedocumenteerd in PDA Technical Report 68 (2022). Het gebruik van verschillende gevalideerde aseptische verbindingen die open-systeemmanipulaties toestaan, zoals steriele lasapparaten en snelle overdrachtspoorten (RTP’s), veroorzaakt een orde van grootte meer manipulaties binnen het bereik van bioreactoringrepen. Tot 90% van het contaminatierisico kan worden verminderd door geautomatiseerde monstersystemen te gebruiken en de monstersteriliteit te waarborgen via stoomsteriliseerbare systemen en paden, inlinefilters om monstercontaminatie te verwijderen, en realtime bemonstering voor uitgebreide traceerbaarheid en registratie, vergeleken met handmatige bemonstering.
Wanneer het gaat om bemonsteringsingrepen—met name frequent uitgevoerde bemonsteringsingrepen tijdens perioden van maximale celconcentratie—moet procesvalidatie worden uitgevoerd en moet een robuust ontwerp worden geïmplementeerd en gehandhaafd gedurende de gehele productielevenscyclus.
Celcultuurbioreactoren vormen een essentieel onderdeel van het bioreactorframework. De herziene EU-GMP-bijlage 1 uit 2022 over Contaminatiebeheerstrategieën (CCS) stelt een bioreactorframework voor dat het ontwerp structureert volgens een wetenschappelijke en risicogebaseerde aanpak voor contaminatiebeheersing. Bioreactoren zijn in het kader van dit framework zwaar geregeld, inclusief meerdere robuuste validaties, zowel tijdens het ontwerp als bij de eindproductie, zoals hieronder aangegeven:
Het testen van de integriteit van filters volgens ASTM F838-22 op het filtersysteem van een bioreactor, en het vermogen van het systeem om een 0,2 µm-filter te behouden, blijft binnen het domein van cyclische productie en is verplicht.
Dynamische stromingsverificatie maakt gebruik van traceranalytische studies en CFD-modellering om te bepalen of meng- en sparging-systemen het medium voldoende homogeen houden, zonder vorming van deeltjes en zonder biofilmvormende dode zones.
Deze geïntegreerde aanpak verplaatst de nadruk op naleving van retrospectieve milieubeoordelingen naar real-time, op apparatuur gebaseerde risicobeheersing. Moderne single-use-bioreactoren beschikken bijvoorbeeld over ingebouwde druktransducers en geautomatiseerde logboekregistratie om continue zekerheid te ondersteunen, evenals een verlaging van het risico in verband met menselijke ingrepen in open-aseptische processen met 40% (EU GMP-bijlage 1, 2022). De ontwerpelementen, zoals monsterspoorten in gesloten systemen, vloeistofpaden zonder verbindingen en contaminatiebeheerssystemen, moeten gericht zijn op het gewenste resultaat van de beschreven ruimtes, waarbij contaminatie door aanwezige luchtgedragen verontreinigingen tijdens de oogst wordt voorkomen.
Bijlage 1 benadrukt dat het bewaken van bioreactoren in een cleanroom ontoereikend is gezien de risico’s die specifiek aan bioreactoren zijn verbonden, waaronder biofilmvorming op de natte oppervlakken en uitwasbare stoffen uit de polymeerliner. Daarom is het noodzakelijk om te opereren onder de veronderstelling van de meest ongunstige gebruiksscenario’s met aanhoudende roering, temperatuurafwijkingen en rustperioden, teneinde de regelsystemen te valideren op analytische robuustheid.
Invoering van celcultuurbioreactorbewerkingen binnen de eisen van ISO 14644-1 en EU GMP C/D
Operationele grenzen voor celcultuurbioreactoren bij aseptische verwerking
Celcultuurbioreactoren kunnen veilig worden geconfigureerd voor bioreactorbewerkingen volgens ISO-klasse 7 (EU GMP-klasse C), met name bij de verwerking van volledig gesloten systemen waarbij tijdens bedrijf, bemonstering of overdracht geen blootstelling aan de omgeving plaatsvindt.
• Bereiding van media en bufferoplossingen (inline/terminale steriele verwerking), montage en
• SIP van vooraf gesteriliseerde en afgesloten bioreactorsystemen
• Het omgaan met gesloten, gesteriliseerde eenheden (apparatuur) vóór desinfectie.
Voor gesloten systemen moeten vele operationele grenzen worden nageleefd: Beperkingen omvatten ≤ 352.000 deeltjes/m³, ≥ 0,5 µm/m³, latentietijd, §175, EU GMP-bijlage 1 (2022) microbiële limieten van ≤ 100 CFU/m³ (lucht) en (≤ 50 CFU) contactplaat (oppervlakken), en latentietijd (tijdens rusttoestand). Totale en unilaterale scheiding van systemen.
De werking van de bioreactor-systemen moet gesloten zijn / bevestigd door de fabrikanten en onderworpen aan tests op ‘integriteit van filter en afval’.
Wereldwijde harmonisatie en auditklaar documentatie voor celcultuur-bioreactoren
Er is het minste tijd, geld en middelen nodig als een systeem voor wereldwijde harmonisatie, zoals ICH Q10, wordt geïmplementeerd voor validatie, wijzigingsbeheer en documentatievereisten voor bioreactorbewerkingen. In de farmaceutische industrie vereenvoudigen systemen voor wereldwijde harmonisatie de procedures van de FDA, de EU en landspecifieke regelgeving. Het ontbreken van vereiste tests verkort de tijd tot marktintroductie met wel 40% en vergemakkelijkt technologieoverdrachten naar meerdere regio’s, zoals gedocumenteerd in ICH-gealigneerde kaders en de ISPE Good Practice Guide (2023).
De real-timeparameters van het proces, de batchdossiers volgens 21 CFR Deel 11, en de documentatie voor wijzigingen en kalibratie en onderhoud van apparatuur zijn allemaal opgenomen in een onderling verbonden digitale systeem, waardoor auditklaarheid wordt bereikt. In combinatie met een auditverzoek via de blockchain zijn deze geïntegreerde systemen ongeëvenaard voor het behoud van gegevens en het bijhouden van onvervalste registraties. Moderne installaties maken gebruik van een systeem dat technologie integreert om afwijkingen continu te volgen en dat is gekoppeld aan een geautomatiseerde oorzakenanalyse (Root Cause Analysis). De gemiddelde systeemtijd in de sector wordt met 35% verminderd. De geïmplementeerde kaders illustreren volledig geïntegreerde, geautomatiseerde, digitaal ondersteunde kwaliteitssystemen die de EEAT tijdens de audit ondersteunen.
Veelgestelde vragen
Wat betekent het om in overeenstemming te zijn met de FDA-cGMP-voorschriften voor de bioreactorcelcultuurindustrie?
De bewerkingen van de bioreactorcelcultuur waarborgen de veiligheid en kwaliteit van het product. Het product moet vrij zijn van besmetting en de bewerkingen van de celcultuurbioreactoren voldoen aan de strenge criteria voor de controle van besmetting, de kwalificatie van de apparatuur en de sterielheid.
Wat is het belang van het uitvoeren van een drukvervallekkagetest op een bioreactor?
Het uitvoeren van een drukvervallekkagetest is de enige manier om de sterielheid van het celcultuurproces te waarborgen door voortdurend de integriteit van de afsluitbare reactor te verzekeren.
Wat zijn de onderdelen van de kwalificatie van bioreactorapparatuur?
Er zijn drie onderdelen: Installatiekwalificatie (IQ), Operationele kwalificatie (OQ) en Prestatiekwalificatie (PQ). Deze betreffen respectievelijk de montage van de bioreactor, de bediening van de bioreactor en de productieresultaten van de bioreactor.
Wat zijn Contaminatiebeheersstrategieën (CCS) in de context van bijlage 1 van de EU-GMP-richtlijnen?
CCS baseert zich op zowel wetenschappelijke als risicomethoden voor de beoordeling van de functie van bioreactoren, met als doel de kans op besmetting in celcultures te minimaliseren.
Wanneer is een volledig gesloten bioreactor voldoende beschermd in een schone ruimte van ISO-klasse 7 (klasse C)?
Wanneer een volledig gesloten bioreactor nooit in contact komt met de externe omgeving voor doeleinden zoals bemonstering, overbrenging of bediening, is een schone ruimte van ISO-klasse 7 (of klasse C) voldoende.