Wie hängen Bakterienrückhaltung und Filterintegrität zusammen?

Geschrieben von Dr. Janet Thode am . Veröffentlicht in Filtervalidierung

Bei der pharmazeutischen Produktion, insbesondere der aseptischen Herstellung von Parenteralia, werden Sterilfilter eingesetzt. Im Rahmen der Filtervalidierung muss der Nachweis erbracht werden, dass der zur Sterilfiltration eingesetzte Filter in der Lage ist, Bakterien und potentielle unerwünschte Bestandteile wie Partikel oder Fasern zurückzuhalten und damit die Sterilität des Produktes zu gewährleisten. Die entsprechende Prüfung erfolgt als Bakterienrückhaltetest (Bacterial Challenge Test, "Bakterielle Belastungsprüfung") gemäß ASTM F838-15a. Dabei wird der Filter mit einer definierten Anzahl an besonders kleinen Bakterien (Brevundimonas diminuta) in Lösung angeströmt und das Filtrat anschließend auf Bakterienwachstum untersucht. Ein steriles Filtrat zeigt, dass der Filter in der Lage ist > 107 KBE/cm2 Filterfläche zurückzuhalten und damit für seinen Einsatzzweck geeignet ist.

In der Produktion hingegen kann kein Bakterienrückhaltetest des Filters bei jeder herzustellenden Charge durchgeführt werden (da dadurch der Filter nicht mehr verwendet werden könnte), sondern der Filter wird mit einem Integritätstest (wie z.B. dem Bubble Point Test) auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft. Damit stellt sich die Frage, wie der Wert des Integritätstests mit der Bakterienrückhaltung zusammenhängt.

Bereits die Arbeiten von Johnston und Meltzer aus dem Jahr 1979 [1] haben gezeigt, dass ein „log reduction value“ (LRV = Logarithmus der Anzahl an Bakterien auf der Anströmseite geteilt durch die Bakterienanzahl auf der Filtratseite) mit der Porengröße der Filtermembran bzw. dem Bubble Point Wert korreliert. Für ein besseres Verständnis sollte man sich vergegenwärtigen, wie der Bubble Point Test funktioniert. Durch vollständiges Benetzten der Filtermembran werden alle Poren mit einem Flüssigkeitsfilm verschlossen. Die obere, unsterile Seite (upstream) des Filters wird mit Gas angeströmt und das Gas diffundiert durch die Poren. Eine langsame schrittweise Erhöhung des Drucks führt zu dem Punkt / Bereich, ab dem die Gasdiffusion durch die Poren in „Durchströmung“ übergeht und der Flüssigkeitsfilm aus den Poren weggerissen wird. Auf der sterilen Seite (downstream) werden Blasen sichtbar (Abb. 1).

Abb. 1: Prinzip des Bubble Point Tests

 

Die Auftragung des Gasflusses (Diffusion und anschließende „Durchströmung“) gegen den Druck resultiert in einer für die Membran typischen Charakterisierungskurve (Abb. 2).

Abb 2.: Schematische Charakterisierungskurve der Filtermembran

 

Zur Ermittlung des minimalen Bubble Point Wertes, also des anzulegenden Druckes, ab dem ein steriles Filtrat erhalten werden kann, also eine entsprechende Bakterienrückhaltung gegeben ist, haben die Filterhersteller Filtermembranen mit verschiedenen (immer enger werdenden) Porengrößen und entsprechend unterschiedlichen Bubble Point Werten hergestellt und auf deren Bakterienrückhaltung mittels ASTM-Test geprüft.

Abb. 3: Zusammenhang zwischen Bubble Point und Filtrat-Sterilität (in Anlehnung an PDA Report 26 [2])

 

Die Daten bestehend aus den Bubble Point Werten und den dazugehörigen erhaltenem LRV-Werten wurden statistisch (ggf. mit verschiedenen Techniken) ausgewertet. Dabei wurde festgestellt, dass ein linearer Zusammenhang besteht und ab einem bestimmten Bubble Point Wert eine vollständige Bakterienrückhaltung gegeben ist. Unter Berücksichtigung einer zusätzlichen Sicherheitsspanne wird dieser Wert dann vom Filterhersteller als Spezifikation für die Herstellung seiner Filter verwendet, damit eine absolute Bakterienrückhaltung gewährleistet ist. So beträgt dieser minimale Bubble Point Wert beispielsweise 3450 mbar bei einer mit Wasser benetzten hydrophilen 0,22 µm PVDF Durapore Membran von Millipore.

Bedeutet dieser Wert jetzt, dass im Falle eingesetzter Durapore Filtermembranen in der pharmazeutischen Produktion gemessene Bubble Point Werte von größer 3450 mbar erhalten werden müssen? Nicht so ganz, da der Wert von 3450 mbar für eine Wasser-benetzte Membran spezifiziert ist, in der Pharma-Produktion jedoch z.B. bei (nach) der Abfüllung das entsprechende Arzneimittel den Filter benetzt. Daher ist ein produktspezifischer Integritätstestwert zu verwenden (siehe auch „Durchzuführende produktspezifische Studien seitens des Filternutzers“), der zuvor in einer Laborstudie ermittelt und validiert worden ist. In die Berechnung dieses produktspezifischen Integritätstestwertes geht aber auch der vom Hersteller spezifizierte minimale Bubble Point der Wasser-benetzten Membran mit ein, womit die Korrelation zur Bakterienrückhaltung gegeben ist.

 

Literatur

[1] Johnston P, Meltzer T. Comments on Organism-Challenge Levels in Sterilizing-Filter Efficiency Testing. Pharm.Technol. 3(11) 1979: 66–110.

[2] Antonsen HR et. al. Sterilizing Filtration of Liquids. Technical report no. 26: (revised 2008). PDA J Pharm Sci Technol. 62(5 Suppl TR26) 2008:2-60.

Tags: Bubble Point Test Filter Bakterienrueckhaltung Filterintegritaet Filtervalidierung

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