Die Produktsicherheit von Arzneimitteln und Medizinprodukten hat während des gesamten Lebenszyklus pharmazeutischer Produkte stets oberste Priorität. Aus diesem Grund gelten strenge Anforderungen – angepasst an die Verabreichungsform (z. B. topisch, oral, parenteral) – hinsichtlich der mikrobiologischen und partikulären Reinheit. Dies bedeutet zwangsläufig, dass aus mikrobiologischer Sicht qualifizierte Reinräume für die Herstellung steriler oder mikrobiologisch kritischer Darreichungsformen erforderlich sind [1]. Diese Reinheitszonen sind so konzipiert und werden so betrieben, dass sie bei der Überwachung definierte physikalische und mikrobiologische Anforderungen erfüllen [2]. 

Die höchsten Anforderungen gelten für die Herstellung von Produkten, die steril sein müssen. Im Vergleich zur Herstellung nicht steriler Produkte stellt die sterile Produktion bei weitem die grössten Herausforderungen dar und kann daher zu Recht als die „Oberliga“ bezeichnet werden [3]. In dieser „Oberliga“ nimmt die Herstellung von Arzneimitteln, die nicht terminalsterilisiert, sondern aseptisch produziert werden müssen, hinsichtlich der damit verbundenen Herausforderungen den Spitzenplatz ein. Um das Eindringen lebender und nicht lebender Partikel in diese Produkte wirksam zu verhindern, erfolgt die Produktion in Reinräumen der Klasse A oder ISO 5 gemäss ISO 14644-1. 

Für diese Reinraumklasse gelten die strengsten Vorschriften, was bedeutet, dass nur eine sehr geringe Anzahl nicht lebender Partikel und keinerlei Mikroorganismen zulässig sind. Für andere, weniger kritische Produkte (z. B. orale Darreichungsformen) reichen niedrigere Reinraumklassen für die Herstellung aus, in denen die Anforderungen hinsichtlich des Vorkommens von Mikroorganismen und der Anwesenheit nicht lebender Partikel deutlich geringer sind. Je niedriger die Reinraumklasse, desto mehr nicht lebende und lebende Partikel werden toleriert. 

Mikrobiologische und partikuläre Verunreinigungen können auf verschiedene Weise aus der Umgebung in das Arzneimittel gelangen und dieses kontaminieren. Eine sehr gute und anschauliche Beschreibung, die eine Vielzahl unterschiedlicher Kontaminationsquellen umfasst, findet sich beispielsweise in der US-Arzneibuchausgabe [4]. Die wichtigsten hier genannten Kontaminationsquellen sind das Personal, die Umgebung (Luft, Oberflächen, Wasser), Rohstoffe, Hilfsstoffe und die Herstellungsprozesse selbst. Diese Kontaminationsquellen müssen unter Kontrolle gehalten werden. Mithilfe der Umgebungsüberwachung wird überprüft, ob die zu diesem Zweck ergriffenen Massnahmen wirksam sind. Die Überwachung von Reinräumen ist daher ein wichtiger Bestandteil der gesamten Strategie zur Kontaminationskontrolle [2]. 

Es sollte ein Umgebungsüberwachungsprogramm eingerichtet und dokumentiert werden. Der Zweck des Umgebungsüberwachungsprogramms besteht darin, [5]: sicherzustellen, dass Reinräume und Lüftungsanlagen weiterhin eine Umgebung mit angemessener Luftreinheit bieten, die den Konstruktions- und behördlichen Anforderungen entspricht. 

Abweichungen von den Umgebungsgrenzwerten wirksam zu erkennen, was eine Untersuchung und Bewertung des Risikos für die Produktqualität auslöst. Die Umgebungsüberwachung sollte die Ursachenanalyse bei Auftreten einer Kontamination unterstützen und dazu beitragen, dass die Ursache beseitigt werden kann. Die Ergebnisse der Identifizierung mikrobiologischer Kontaminanten können dann genutzt werden, um den natürlichen Lebensraum des Mikroorganismus abzuleiten und in einem weiteren Schritt zu bestimmen, wo die tatsächliche Kontaminationsquelle zu finden ist. Zumindest für die meisten Gruppen von Mikroorganismen wird dieser Ansatz empfohlen. 

Tritt jedoch Bacillus sp. auf, wird dieses Verfahren äusserst kompliziert, da diese Mikroorganismen allgegenwärtig sind, was es sehr schwierig macht, die Kontaminationsquelle einzugrenzen. 

Die Trendanalyse der Überwachungsdaten ermöglicht die frühzeitige Erkennung negativer Entwicklungen im Reinraum, denen dann rechtzeitig entgegengewirkt werden kann. Es wird empfohlen, dass die Trendanalyse alle gemessenen Probenahmestellen umfasst. Der grosse Vorteil der Trendanalyse besteht darin, dass langsame, allmähliche Veränderungen des mikrobiellen und partikulären Zustands des Reinraums frühzeitig erkannt werden können, während diese bei der Routineüberwachung unbemerkt bleiben, da sie noch unterhalb der Schwellenwerte für Warn- und Aktionswerte liegen. Gemäss Annex 1, Abschnitt 10.10, sollten die für klassifizierte Bereiche generierten Trenddaten im Rahmen der Produktchargenzertifizierung/-freigabe überprüft werden.

Um nachzuweisen, dass ein Reinraum die Anforderungen der jeweiligen Klasse erfüllt, müssen die festgelegten Grenzwerte sowohl für lebensfähige als auch für nicht lebensfähige Partikel eingehalten werden. Zu diesem Zweck stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, von denen die gängigsten im Folgenden kurz beschrieben werden. 

Es ist stets zu beachten, dass die bei der Überwachung ermittelten Werte keine absoluten Werte darstellen, sondern lediglich eine Momentaufnahme des tatsächlichen Zustands des Reinraums [10,11]. Je nach verwendeter Methode sollte zudem berücksichtigt werden, dass erhebliche Messungenauigkeiten auftreten können, z. B. aufgrund der Probenahme selbst. Im Allgemeinen wurde festgestellt, dass bei der Oberflächenüberwachung eine Rückgewinnungsrate von <50 % erreicht wird [6], selbst bei Verwendung mit relativ hohen Inokulumkonzentrationen auf standardisierten Coupons. In tatsächlichen Produktionsumgebungen, in denen Organismen unterschiedlich stark belastet sind, können die Rückgewinnungsraten niedriger ausfallen. 

Zudem können durch Probenahmen nur solche Mikroorganismen nachgewiesen werden, für die die Umgebungsbedingungen während der Inkubation tatsächlich geeignet sind. So müssten beispielsweise die Inkubationsbedingungen für den Nachweis mikroaerophiler/anaerober Mikroorganismen angepasst werden. Mit den für die aerobe Überwachung festgelegten Inkubationsbedingungen ist es nicht möglich, die oben genannten Mikroorganismen nachzuweisen. 

Durch die Auswahl geeigneter Nährmedien und Inkubationsbedingungen schränkt der Anwender somit das Spektrum der nachweisbaren Mikroorganismen ein. In vielerlei Hinsicht hat die USP <1116> Recht, wenn sie feststellt, dass ein negatives Ergebnis bei der mikrobiologischen Hygieneüberwachung nicht zwangsläufig bedeutet, dass in der untersuchten Umgebung keine Mikroorganismen vorhanden waren. Wenn keine Mikroorganismen nachgewiesen wurden, bedeutet dies nicht, dass keine vorhanden waren, sodass von einer entsprechenden Anzahl nicht gemeldeter Fälle ausgegangen werden kann. 

Aus mikrobiologischer Sicht werden hier Scheuklappen aufgesetzt, da der Fokus auf einem recht begrenzten Spektrum an Mikroorganismen liegt, dieses kleine Spektrum jedoch gleichzeitig mit der Lupe abgesucht wird. Dies ist sinnvoll, da die regulatorischen Anforderungen vollständig erfüllt werden, aber es schadet nicht, sich dessen bewusst zu sein.

Partikelzähler dienen zur Bestimmung nicht lebensfähiger Partikel. Diese saugen aktiv das vorgeschriebene Luftvolumen (mindestens 28 l/min) an und zeigen anschliessend die entsprechenden Werte für Partikel >5 μm und >0,5 μm an. 

Verschiedene Strategien für die Umsetzung im Tagesgeschäft 
Die oben beschriebenen regulatorischen Anforderungen lassen sich mithilfe verschiedener Strategien umsetzen. Jeder Anwender kann selbst entscheiden, welche Strategie er wählt, ob er an konservativen Verfahren festhält oder alternative, fortschrittliche oder völlig neue Ansätze verfolgt. Für die Oberflächenprobenahme ist dies weniger relevant, da es hier in den letzten Jahren keine wesentlichen Optimierungen gab, doch bei der Luftüberwachung sieht die Situation ganz anders aus. Im Folgenden werden drei Optionen für die Luftüberwachung beschrieben: eine konventionelle, eine fortschrittliche und eine zukunftsorientierte Option.

Um die Anforderungen von Annex 1 an die kontinuierliche Überwachung in Reinräumen der Klasse A zu erfüllen, können Sedimentationsplatten verwendet werden. Die Sedimentationsplatten werden nach maximal 4 Stunden durch neue ersetzt, damit die Wachstumseigenschaften nicht durch das Austrocknen der Agarplatten verloren gehen. Kurze Unterbrechungen der kontinuierlichen Überwachung aufgrund von Plattenwechseln sind zulässig. Die behördlichen Anforderungen schreiben vor, dass zu festgelegten Zeitpunkten auch eine aktive Luftprobenahme mit dem üblichen Probenahmevolumen von 1000 l durchgeführt werden muss (Tab. 1).

Einige Hersteller von Geräten zur aktiven Luftprobenahme haben Modelle auf den Markt gebracht, die mit einem geringeren Luftdurchsatz als dem standardmässig geprüften Wert von 1 000 l pro 10 Minuten arbeiten. Bei einem reduzierten Luftdurchsatz verlängert sich die Zeit, die zur Messung eines bestimmten Volumens benötigt wird. Dadurch lässt sich die Anforderung einer kontinuierlichen Überwachung bei der Durchführung der aktiven Luftprobenahme erfüllen. Sobald die erforderliche Luftmenge entnommen wurde, wird eine neue aktive Luftprobenahme mit reduziertem Durchsatz gestartet. Auf dem Markt ist eine grosse Auswahl an Modellen erhältlich, wobei Durchflussraten von 25, 50 oder 100 (Standard) l/min am häufigsten vorkommen; sogar Einwegsysteme sind verfügbar. Der Vorteil dieser Umsetzungsoption besteht darin, dass eine verlängerte aktive Luftüberwachung den Zeitraum verlängert, in dem der Prozess mit einer quantitativen Methode kontrolliert wird (Tab. 2).

Geräte, die auf alternativen und/oder schnellen mikrobiologischen Methoden (RMM) basieren, sind deutlich zukunftsorientierter und können bei entsprechender praktischer Erfahrung Echtzeitinformationen über die mikrobiologische Kontamination der entnommenen Luft liefern (Tab. 3). Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Geräte verfügen über Partikelzähler, die die Anzahl der Partikel nach Grösse unter Verwendung bekannter Methoden anzeigen können. Darüber hinaus wird mithilfe der Biofluoreszenzmethode auch die Anzahl der im Probenvolumen vorhandenen Mikroorganismen angezeigt. Der in das Messgerät integrierte Laser erkennt Partikel, die fluoreszieren, sofern sie biologischen Ursprungs sind und somit endogene Fluorophore (z. B. Aminosäuren, Proteine, NAD[P]H, Flavine) enthalten. Die Laserstrahlung wird vom Partikel absorbiert und mit einer längeren Wellenlänge wieder emittiert [12]. 

Die Schnellmethode unter Verwendung der Biofluoreszenz stellt die pharmazeutische Industrie vor die Herausforderung, eine neue Masseinheit zu akzeptieren, sich von der klassischen KBE-Einheit zu lösen und stattdessen mit Autofluoreszenzeinheiten (AFU) zu arbeiten. Dies erfordert eine erhebliche Umstellung in der Denkweise. Die pharmazeutische Industrie und ihre Mikrobiologen sind seit Jahrzehnten daran gewöhnt, mit KBE zu arbeiten und diese zu bewerten, und Annex 1 liefert zudem eine klare Definition dieses Begriffs:

„Ein mikrobiologischer Begriff, der eine einzelne nachweisbare Kolonie beschreibt, die von einem oder mehreren Mikroorganismen stammt“ [13].

Eine kritische Betrachtung dieser seit über 125 Jahren verwendeten Masseinheit zeigt jedoch, dass es sich dabei eher um eine Schätzung als um eine genaue Angabe handelt [14,15]. Die Mikrobiologie ist dafür bekannt, dass sie nicht zu den exakten Wissenschaften zählt (beispielsweise wird bei der Auswertung vieler Analyseergebnisse ein Faktor 2 verwendet) und dass sie selbstbewusst mit Unsicherheiten umgeht. Ein logarithmischer Ansatz ist aussagekräftiger als die Betrachtung absoluter Messwerte. 

Die Verwendung der AFU stellt die pharmazeutische Industrie erneut vor die Herausforderung, dass diese Einheit einen deutlich breiteren Bereich von Partikeln biologischen Ursprungs abdeckt, der nicht nur lebensfähige und kultivierbare Partikel, sondern auch nicht lebensfähige Partikel (physikalisch beschädigte Zellen, lebensfähige, aber nicht kultivierbare Partikel) umfasst [16]. Die Folge davon ist, dass die Anzahl der gemessenen Partikel deutlich höher ist als bei herkömmlichen Messungen. Die pharmazeutische Industrie hat bereits ähnliche Erfahrungen gemacht, als vor einigen Jahren eine Umstellung auf das Reasoners-Agar (R2A)-Nährmedium für mikrobiologische Wasseruntersuchungen vorgenommen wurde. Auch hier führte die Änderung des Kulturmediums plötzlich zu auffälligen Befunden in einwandfrei funktionierenden Systemen, da nun neben gut wachsenden Mikroorganismen auch solche nachgewiesen wurden, die mit dem zuvor verwendeten Kulturmedium nicht nachweisbar waren. Es galt zu lernen, wie die neuen, realistischeren Werte sinnvoll klassifiziert und bewertet werden können. Genau das ist auch diesmal wieder erforderlich. 

Es ist völlig klar, dass es nicht möglich sein wird, eine verlässliche Aussage über den Zusammenhang zwischen KBE und AFU zu treffen, da innerhalb der AFUs keine Unterscheidung zwischen kultivierbaren und nicht kultivierbaren Partikeln getroffen wird. Die Aussagekraft der neuen AFU-Werte muss noch definiert werden. Auf jeden Fall ist es offensichtlich, dass die Zukunft den Schnellmethoden gehört. Insbesondere Annex 1 weist an vielen Stellen ausdrücklich darauf hin, dass der Einsatz von Schnellmethoden in Betracht gezogen werden sollte (z. B. 2.1, 2.5, 9.28). Es ist daher nicht nur eine gute Idee, sondern vielmehr eine dringende Erwartung, sich mit Schnellmethoden auseinanderzusetzen und deren Einsatz in Betracht zu ziehen. Der folgende Abschnitt beschreibt daher den Einsatz eines biofluoreszierenden Partikelzählers (BFPC) am Beispiel des Rapid-C+ von Plair. 

Praxisbeispiel: Einsatz eines BFPC zur Umgebungsüberwachung in aseptischen Bereichen  

Mit einem speziellen BFPC wie dem Rapid-C+ lassen sich mit einem einzigen Gerät mehrere Messungen zur Umgebungsüberwachung in aseptischen Bereichen parallel, kontinuierlich, in Echtzeit und mit genau derselben Luft durchführen:

• Gesamtpartikelzahl Bestimmung der Partikelanzahl im Grössenbereich von 0,5 μm bis 100 μm. 
• Zählung lebensfähiger Partikel Mikrobiologische Luftüberwachung mit einem BFPC, der bei Vorhandensein lebensfähiger Partikel sofortige Ergebnisse liefert. 
• KBE-Zählung Aktive Luftprobenahme auf Agarplatten. Die oben genannten Partikel werden auf herkömmlichen Agarmedien unter Verwendung eines abnehmbaren aseptischen Behälters, der eine Agarplatte unter einem Sieb hält, entnommen. 

Die kontinuierliche Luftprobenahme mit dem vorgestellten BFPC macht den Einsatz von Sedimentationsplatten überflüssig, sofern diese zur Erfüllung der Anforderungen an die kontinuierliche Überwachung verwendet wurden. Zudem entfällt die Notwendigkeit einer aktiven Luftprobenahme von 1000 l zu bestimmten Zeitpunkten, da die aktive Luftprobenahme bereits vom Gerät selbst durchgeführt wird. 

Ein unschlagbarer Vorteil liegt darin, dass dieselbe Luftprobe zur Erfassung der Gesamtpartikelzahl sowie der Anzahl lebensfähiger Partikel und Keime verwendet wird. In aseptisch kritischen Bereichen ist der Platz in der Regel sehr begrenzt, daher ist es ein grosser Vorteil, mehrere Parameter gleichzeitig mit derselben Probenahmesonde/Messposition messen zu können. 

Das Gerät saugt 5 Liter Luft pro Minute an. Dies hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Messung über mehr als 4 Stunden durchgeführt werden kann, ohne dass die Wachstumseigenschaften der verwendeten Agarplatte durch Feuchtigkeitsverlust aufgrund des Luftstroms beeinträchtigt werden. Der einzige Nachteil besteht jedoch darin, dass die Anforderung aus Annex 1 hinsichtlich eines Testluftvolumens von mindestens 28 l/min für die kontinuierliche Partikelmessung nicht erfüllt ist, sodass derzeit ein zusätzlicher Partikelzähler installiert werden muss – oder es findet auch hier ein Paradigmenwechsel statt, und die Messung von 5 l anstelle von 28 l wird behördlich akzeptiert, sofern die Gleichwertigkeit beider Methoden nachgewiesen wird.

Aus den mit dem oben genannten Gerät gewonnenen und im Rahmen der Umgebungsüberwachung kontinuierlich erfassten Messdaten lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

Daraus ergeben sich zwei Szenarien für den Einsatz der Schnellmethode in der pharmazeutischen Produktion.

Szenario 1 eignet sich gut, um erste Erfahrungen zu sammeln, da Vergleichsdaten erhoben werden können. Es kann daher sinnvoll sein, mit Szenario 1 zu beginnen und später zu Szenario 2 überzugehen, um ein RMM risikobasiert und fundiert erfolgreich zu implementieren. Das Rapid-C+ kann sowohl in herkömmlichen Isolatoren mit Handschuhen als auch in handschuhlosen Isolatoren eingesetzt werden. Insbesondere in handschuhlosen Isolatoren, bei denen der Fokus bereits auf Innovation und Automatisierung liegt, bringt die Implementierung eines RMM Vorteile mit sich. Das vorgestellte Gerät kann unter der Bodenplatte des Isolators eingebaut werden, und der Austausch des Nährmediums im autoklavierbaren Halter kann vom Produktionspersonal ohne Eingriff in die Isolatorumgebung der Klasse A durchgeführt werden. 

Nach erfolgreichen Vergleichsstudien könnten alle für die aktive und passive Luftüberwachung benötigten Nährmedienplatten aus dem Isolator entfernt werden.

Veröffentlicht in Pharmind Ind. 88, Nr.2, 146-153 (2026), ECV - Editio Cantor Verlag, Aulendorf