GxP-Blog

Der Nachweis von mikrobiologischen Keimen in der aseptischen Produktion oder Sterilproduktion stellt in der Regel ein hohes Risiko für die Gesundheit der Patienten dar. Im Rahmen des risikobasierten Vorgehens ist zu bewerten, ob es sich um ein einmaliges (Keim)Ereignis handelt oder um einen systemischen Fehler, der ein Wiederauftreten wahrscheinlich macht. Schnell stellt sich auch die Frage, auf welchem Weg die Keime in die Produktionsanlage, in die Produktionsausrüstung und ggf. sogar in das Arzneimittel gelangt sind. Eine systematische Ursachenanalyse kann helfen, die Quelle der Keime zu identifizieren. Der Beginn dieser Analyse kann eine Keimdifferenzierung sein, unterstützt von der Bewertung durch einen erfahrenen Mikrobiologen. Weiterführend ist eine Bewertung der zugehörigen Produktionsprozesse, der technischen Risiken und der Umgebungsbedingungen genauso wichtig, wie auch das schnelle Erkennen von Zusammenhängen. Bei letzterem hilft ein breiteres Wissen um die Möglichkeiten des Auftretens von Verkeimungen und wirksamen Gegenmaßnahmen. Und für manche Keimbefunde finden sich mitunter überraschende Erklärungen.

Für die Sterilproduktion von Arzneimitteln gelten hohe Anforderungen. Um die Sterilität von Arzneimitteln angemessen sicherstellen zu können, sind für die Produktion entsprechend ausgelegte Gebäude, Technologien, Herstellungsausrüstungen, geeignete und festgelegte Herstellungsverfahren sowie geeignetes und geschultes Personal notwendig. Die geforderte Sicherheit des Arzneimittels in Bezug auf die Sterilität richtet sich nach dem für das jeweilige Arzneimittel vorgeschriebenen Sterilitätsakzeptanzniveau, kurz SAL (Sterility Assurance Level). So gilt z.B. für parenterale Ernährungslösungen, die für die venöse Infusion vorgesehen sind, ein Sterilitätsakzeptanzniveau von SAL=10^-6. Dies bedeutet, dass maximal eine von einer Million Produkteinheiten potentiell mit Keimen verunreinigt ist.

Die geforderte hohe Sicherheit lässt sich u.a. mit terminalen Sterilisationen verwirklichen. Hierbei wird die Produktlösung oder -substanz, die noch bis zu einem definierten maximalen Wert eine Keimlast enthalten darf, am Ende des Herstellungsprozesses in einem geschlossenen Gefäß in einer Weise sterilisiert, die den gewünschten niedrigen SAL sicherstellt.

Aufwändiger ist es in der Regel bei Produkten, die aseptisch produziert werden und die nicht terminal sterilisiert werden können. Dies betrifft z.B. Produkte oder Inhaltsstoffe von Produkten, die thermisch instabil sind. In diesen Herstellungsverfahren wird das Produkt aus bereits sterilen Komponenten angesetzt, gemischt oder abgefüllt. Diese Herstellung am offenen Produkt muss unter sehr kontrollierten Bedingungen stattfinden, da auch hier der geforderte SAL einzuhalten ist. Ein solcher Herstellungsprozess ist z.B. die Abfüllung steriler Injektionslösungen in Ampullen oder Spritzen.

Doch was ist zu tun, wenn die mikrobiologischen Kontrollen der Umgebungsbedingungen bei der Herstellung oder sogar vom Produkt genommene Sterilitätsproben eine Keimbelastung aufweisen und hiermit ein kritisches Risiko für die Behandlung von Patienten mit dem Produkt verbunden ist? Was ist zu tun, wenn die Keime auf produktberührenden Oberflächen oder in der unmittelbaren Nähe des offenen Produktes nachgewiesen werden?

Wie bei jeder Abweichung bzw. unerwarteten Ereignissen im Rahmen der Herstellung ist es gerade auch in diesem Fall notwendig, möglichst genau das Abweichungsereignis und die hiermit verbundenen Begleitumstände zu beschreiben. Erst auf Basis dieser Beschreibung kann eine erfolgreiche Ursachenanalyse (Root Cause Analysis) durchgeführt werden.

In der Regel entstehen Keimbelastungen damit, dass entweder a.) erhöhte Anzahlen von Keimen von außen in eine Produktionsanlage eingetragen werden, oder b.) sich Keime innerhalb einer Produktionsanlage vermehren. Im ersten Fall sind es zumeist Menschen/Mitarbeiter oder Materialien (z.B. Produktionsmaterialien), mit denen Keime in eine Produktionsanlage getragen werden. Im zweiten Fall können z.B. Flüssigkeitsreste in Produktionsanlagen ein Keimwachstum begünstigen.

Eine Differenzierung (Keimbestimmung) der gefundenen Mikroorganismen kann bereits erste Hinweise auf ihren Ursprung liefern. Hierzu gehören typische Hautkeime des Menschen, wie z.B. Micrococcus luteus, Staphylokokkus epidermidis (90%) und andere koagulase-negative Staphylokokken, Staphylokokkus aureus, Corynebakterien und Propionibakterium acnes. Einzellige Pilze (Schimmelpilze oder Hefen) wiederum können als Anzeiger für eine unzureichende fungizide Desinfektion oder Schimmelvorgänge interpretiert werden.

Man sollte auch nicht verwundert sein, wenn man auf „Conan das Bakterium“ trifft. Dieses Bakterium, dessen wissenschaftlicher Name Deinococcus radiodurans ist, fühlt sich unter ionisierender Strahlung wohl. Es ist in einem solchen Fall nicht auszuschließen, dass dieses Bakterium mit durch Bestrahlung sterilisierten Produktionsmaterialien in die Produktion eingetragen wurde.

Für Produktionsanlagen, die im ländlichen Bereich angesiedelt sind, wurde bereits das Auftreten von typischen Mikroorganismen aus der Landwirtschaft beobachtet. Dieses kann Hinweis dafür sein, dass vermehrt Keime von Mitarbeitern, insbesondere wenn diese Mitarbeiter nebenberuflich im Agrar- oder Viehbetrieb arbeiten, in den Produktionsbereich eingetragen werden. Mitunter sind bestimmte solcher Bakterienspezies aus dem landwirtschaftlichen Bereich, haben sie sich erst einmal in eine Produktionsanlage (z.B. Rohrleitungen und Behälter) eingenistet, schwer entfernbar. Ein frühes Erkennen ist in solchen Anlagen extrem wichtig, auch um rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen treffen zu können.

Sind Ursachen nicht unmittelbar und eindeutig identifizierbar, muss unbedingt eine erweiterte Ursachenanalyse durchgeführt werden. Hier erweist sich das bekannte Ursache-Wirkungsdiagramm nach Ishikawa (Fischgrätmodell) zumeist als anwendungstauglich, welches die Haupteinflussgrößen und die zugehörigen spezifischen Ursachen graphisch aufführt und ein systematisches Vorgehen erleichtert.

Grundsätzlich sind Keimbefunde in Bezug auf die Sterilität als kritisch zu beurteilen. Jedoch bedeutet Sterilität, wie oben erläutert, eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von mikrobiologischen Keimen. Das Auftreten eines einzelnen Befunds/Keims in einer Produktionsanlage ist nicht absolut auszuschließen.

Somit entscheidet die Frage, ob es sich mit hoher Sicherheit um ein Einzelereignis handelt oder ob es sich um ein systemisches Ereignis handelt, welches ein Wiederauftreten wahrscheinlich macht, mit über eine Fortführung oder einen Stopp der Produktion.

Nicht immer bedeuten Keimbefunde, dass die hergestellten Arzneimittelchargen tatsächlich mit Keimen belastet sind. Basiert der Befund z.B. auf einer falschen Handhabung bei der Probenahme und stammt vom Probenehmer selbst, kann dieses ggf. zunächst von einer „echten Keimbelastung“ nicht unterschieden werden. Um allerdings die betroffenen Chargen zu „retten“, muss eine stichhaltige und vollständige Beweisführung erfolgen, die zeigt, dass tatsächlich die gefundenen Keime auf genau diese sekundäre Ursache zurückzuführen sind.

Für die Beweisführung sollte zunächst ermittelt werden, ob die Keimbefunde mit der Probenahme durch eine bestimmte Person zeitlich zu erklären sind. Zudem ist zusätzlich eine mikrobiologische Beweisführung durchzuführen. Letztendlich gilt es zu zeigen, dass das gefundene Keimspektrum oder ggf. auch ein spezifischer Keim eindeutig auf den Probenehmer hinweisen. Hier kann eine spezifische DNA Analyse des Keims (Differenzierung durch PCR) helfen. Die Praxis zeigt jedoch auch, dass eine solche strenge Beweisführung nicht immer möglich ist.

Hinsichtlich Probenahme und Hygienemonitoring ist zu berücksichtigen, dass Menschen unterschiedliche Hauttypen und unterschiedliche Spektren von Hautkeimen aufweisen. Dies führt dazu, dass je nach Individuum unterschiedlich viele Hautpartikel und Keime auftreten. Auch kann es jahreszeitlich bedingt zu Schwankungen kommen, wenn durch die winterliche Heizphase die Haut anfällig für eine Schuppenbildung wird. Für ein Hygienemonitoring, eine Probenahme in der Sterilproduktion, aber auch generell für die Arbeit in bestimmten Reinraumbereichen sind Mitarbeiter mit einer zu hohen Partikel- und Keimabsonderung nicht geeignet, sondern sollten für andere Arbeiten eingesetzt werden. Dass es Probleme hinsichtlich individueller Keimbelastung geben könnte, zeigt sich, wenn wiederkehrende Keimbefunde mit der Anwesenheit bestimmter Personen bei der Probenahme korrelieren.

Nicht nur der Mensch kann Quelle von Sekundärverkeimungen auf den Sterilproben sein. Auch die zur Probenahme eingesetzten Materialien, z.B. Kontaktagarplatten, können bereits fehlerhaft Keime vor der Beprobung enthalten. Hierfür gibt es bekannte Fälle auch bei mehrfach verpackten Platten. Gibt es Hinweise, dass ein solcher Fall vorliegt, sollten zur Bestätigung Negativkontrollen durch Inkubation unbeprobter Platten durchgeführt werden und umgehend der Hersteller benachrichtigt werden.

Häufig sind Keimbefunde auf unzureichende Desinfektions- und Sanitisierungsmaßnahmen zurückzuführen. Diese können z.B. die Oberflächen der Produktionsausrüstung betreffen, wie auch die umgebenden Räumlichkeiten. Voraussetzung für eine angemessene Reinigung und Desinfektion ist eine Validierung der entsprechenden Verfahren. Auch wird häufig vergessen, dass die verwendeten Reinigungs- bzw. Desinfektionsmittel in Bezug auf die relevanten Oberflächenmaterialien zu validieren sind. Dieses allein reicht jedoch nicht aus. Diejenigen Mitarbeiter, die diese Verfahren anwenden, müssen geeignet und geschult sein. So kann das falsche Ansetzen einer Desinfektionslösung für die Raumdesinfektion weitreichende Folgen für die Hygienebedingungen einer gesamten Produktionsanlage haben, insbesondere wenn dieser Fehler sich fortwährend wiederholt.

Gerade für den Fall, dass die Ursache der Keime nicht eindeutig nachgewiesen wurde, hilft eine verstärkte Reinigung und Desinfektion wenig, da sie nicht zielgerichtet stattfinden kann. Wichtiges ist es, die Quelle bzw. Ursache der Keime oder Keimansammlungen zu erkennen und die Übertragungswege der Keime zu identifizieren. Nur in solchen Fällen können wirkungsvolle Maßnahmen festgelegt werden. Als erstes sollten die Ursachen für die Keime so weit wie möglich beseitigt und hiermit die Wahrscheinlichkeit für ein erneutes Auftreten und die Keimbelastung reduziert werden. Zusätzlich ist zu entscheiden, ob Änderungen der Reinigungs- und Desinfektionsverfahren oder eine Änderung in der Häufigkeit der Desinfektion sinnvoll und notwendig sind.

Allerdings muss vor einem Wechsel der Reinigungs- und Desinfektionsmittel eine ausreichende Prüfung auf Eignung vorangegangen sein. Schließlich gilt es auch, nicht nur die desinfizierende Wirkung, sondern auch die Oberflächenverträglichkeit zu bewerten.

Alle wesentlichen Bereiche der Produktion sind hinsichtlich ihres Einflusses auf die Hygiene und die Sterilität des Produktes zu betrachten und entsprechend umzusetzen. Das Hygienekonzept enthält eine Zusammenfassung dieser Betrachtungen und der abgeleiteten Maßnahmen. Somit ist ein gut durchdachtes Hygienekonzept die Basis dafür, Keimbefunde in der Sterilproduktion zu vermeiden.

Zusammenfassend sei gesagt, dass alle wesentlichen und relevanten Hygieneaspekte im Hygienekonzept strukturiert zusammengefasst sind. Was bedeutet dies in Bezug auf die Möglichkeit, dass trotzdem Keimereignisse beobachtet werden?

In einem solchen Fall muss natürlich die Frage gestellt werden, ob das Hygienekonzept nicht umgesetzt bzw. nicht wie (vor)geschrieben angewendet wurde. Kann diese Frage klar verneint werden, dann sollte zumindest bei wiederkehrenden Keimereignissen eine Revision des Hygienekonzepts in Bezug auf notwendige Änderungen und/oder zusätzliche Maßnahmen durchgeführt werden. Wie Sie ein Hygienekonzept in wenigen Schritten erfolgreich erstellen und anwenden, lesen Sie in unserem Blog-Artikel https://www.chemgineering.com/newsroom/gxp-blog/hygienekonzept​​​​​​​​​​​​​​

Es reicht nicht aus, im Fall von Keimbefunden bei der Sterilproduktion einzelne Symptome zu behandeln oder Maßnahmen (z.B. häufiger zu desinfizieren) umzusetzen. Gefordert ist ein systematisches und risikobasiertes Vorgehen bei der Bearbeitung der zugehörigen Abweichungen und Ursachenanalysen. Zu Beginn kann eine Keimbestimmung helfen, Ursache und Quelle für den Befund zu identifizieren. Hat das Keimereignis einen multikausalen Ursprung, sind spätestens dann Expertise und Erfahrung gefordert. Weiterhin ist zu bewerten und zu beweisen, ob es sich um ein singuläres Ereignis oder potentiell um ein systemisches Problem handelt, welches eine Wiederholung wahrscheinlich macht. Nur so kann ggf. über eine Fortführung der Produktion entschieden werden. Für die Freigabe einzelner Chargen ist individuell zu bewerten, wo die Keime lokal aufgetreten sind und welche Kritikalität sie hinsichtlich der Sterilität der Charge aufweisen. Hierzu gehört es auch darüber zu entscheiden, ob der Keim tatsächlich aus/von dem untersuchten Material stammt, oder ob er sekundär auf/in das Probenahmematerial gelangt ist. Grundvoraussetzung für die Vermeidung von „Sterilproblemen“ ist ein solides Hygienekonzept. Dieses sollte fortlaufend weiterentwickelt und in Bezug auf vorgefallene kritische Keimereignisse neu überprüft werden.