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Ursachenanalyse mit dem Echtzeit-Luftkeimzähler BioTrak

Wie von der FDA in der Leitlinie „Guidance for Industry, Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing — Current Good Manufacturing Practice“ angegeben, können die genutzten Methoden zur Umweltüberwachung nicht immer Mikroorganismen im geprüften Bereich entdecken. Vor allem eine sehr geringe Verschmutzung könne sehr schwer zu erkennen sein.

Ein Faktor, der bei dieser Schwierigkeit eine große Rolle spielt, ist die Tatsache, dass aktive Luftkeimsammler nur eine Momentaufnahme über eine sehr kurze Zeitspanne in einem sehr kleinen Bereich ermöglichen. Eine erfolgreiche Erkennung  gelingt vor allem bei sehr geringen Verschmutzungsgraden in sehr sauberen Umgebungen nur dann, wenn man zur richtigen Zeit am richtigen Ort misst.  Im Gegensatz dazu verfügt der Echzeitluftkeimsammler BioTrak über zwei Eigenschaften, die ihn zum idealen Werkzeug für die Ursachenforschung machen:

Richtiger Ort – Der BioTrak hat eine Scanfunktion, die zum Abtasten von Geräten, Versorgungsleitungen, Filtern usw. verwendet werden kann und mittels Echtzeitanzeige eine schnelle Idendifikation der Keimquelle bietet.

Richtiger Zeitpunkt – Der BioTrak kann kontinuierlich einen bestimmten Ort überwachen, um vorübergehende Ereignisse erhöhter Kontamination, die in direktem Zusammenhang mit den in diesem Bereich durchgeführten Aktivitäten stehen, zu erfassen.

Was ist der Echzeitluftkeimsammler BioTrak?  Er ist ein Instrument, das in Echtzeit in kontrollierten Umgebungen luftgetragene Keime und Partikel erkennt. Es besteht aus einem Partikelzähler mit einer Durchflussrate von 1 CFM, einem Keimdetektor und einem Sammelfilter, der eine weitere Charakterisierung der nachgewiesenen Keime ermöglicht. Im Gegensatz zu wachstumsbasierten Methoden bewertet der Echzeitluftkeimsammler BioTrak die Lebensfähigkeit von Partikeln in Echtzeit, indem er die Partikel einem Laser aussetzt und in einem Prozess namens laserinduzierte Fluoreszenztechnik (LIF) nach Fluoreszenzen sucht. Die Anzahl der lebensfähigen Partikel wird in Zählwerten angegeben, sodass die Ergebnisse eher aussehen, wie von einem Partikelzähler gemessen als mittels herkömmlicher mikrobiologischer Verfahren, die in koloniebildenden Einheiten (CFU) angegeben werden.

Schauen wir uns einmal an, wie eine Ursachenuntersuchung mit und ohne BioTrak abläuft.  Obwohl das Szenario völlig hypothetisch ist, werden wahrscheinlich viele Aspekte davon jedem, der schon einmal an einer Untersuchung luftgetragener Keime beteiligt war, nur allzu vertraut vorkommen. 

Die Abweichung

Abbildung 1 zeigt eine recht einfache Fertigungsumgebung mit einem Fertigungsbereich, der aus einem Klasse-A-Isolator besteht und sich in einem als Klasse-C-Raum befindet. Die Umweltüberwachung des Klasse-C-Raums erfolgt wöchentlich.  Die in Abb. 1 als A1 bis A4 bezeichneten Punkte repräsentieren die Routinemessorte der Luft (Keime und Gesamtpartikel).  Die wöchentlich gewonnenen Nährbodenschalen wurden nach 5 Tagen Inkubation ausgezählt und die Stelle A1 wies aufgrund des Vorhandenseins von Schimmelpilz in der Schale eine Abweichung auf.  Aufgrund ihrer Nähe zum Klasse-A-Isolator und der allgemeinen Angst, die durch die Anwesenheit von Schimmelpilz in einem Reinraum verursacht wurde, reagierten alle sehr aufmerksam und es wurde sofort eine Untersuchung eingeleitet. 

  Abb. 1: Fertigungsumgebung

TEIL 1: URSACHENANALYSE MITTELS HERKÖMMLICHER METHODEN

Datenerfassung

Es wurde festgestellt, dass die wöchentliche Reinigung mit einem Sporizid bereits nach der Probennahme durchgeführt worden war, sodass keine weitere Reinigung geplant werden musste.  Um zu prüfen, ob es sich bei dem Schimmelpilzbefall um ein „einmaliges“ Ereignis handelte, das bereits durch die Routinereinigung beseitigt wurde, oder ob diese Abweichung ein anhaltendes Problem darstellte, wurde die Überwachungshäufigkeit auf täglich erhöht.  Währenddessen traf sich ein funktionsübergreifendes Team, um eine mögliche Ursache zu ermitteln.

Ursachenanalyse

Das Team erwog und besprach mögliche Ursachen:

• Es wurden die Vorräume in Betracht gezogen, aber weder A3 oder A4 noch die EM-Ergebnisse aus diesen Räumen wiesen auf Schimmelpilze hin.
• Der HEPA-Filter über dem Standort ist möglicherweise undicht, aber alle Raumfilter wurden vor einem Monat auf Dichtigkeit getestet und es wurden keine Lecks gefunden. Die Filter sind nur ein paar Jahre alt und es gab keine Probleme mit der Gesamtpartikelzahl. Daher wurde entschieden, dass es keinen Sinn hatte, den externen Anbieter einzubeziehen, um die Dichtheitsprüfung zu wiederholen.
• Normalerweise sind Wasserquellen ein geeigneter Ort, um nach der Ursache eines Schimmelpilzproblems zu suchen. Es wurde daher der Waschbeckenbereich erwogen, obwohl A3 keine Schimmelpilze hatte.
• Viele Materialien kommen direkt aus der Materialschleuse in die Transferkammer des Isolators, sodass eventuell ein Teil des Materials nicht ausreichend abgewischt wurde.
• Es wurden die Gesamtpartikelzahl und die Oberflächenkeimzahl überprüft, jedoch konnten keine außergewöhnlichen Ergebnisse festgestellt werden.
• Das Personal, das in dem Raum gearbeitet hatte, wurde befragt, aber keiner erinnerte sich an irgendetwas, das auf eine mögliche Quelle hindeuten würde.

Untersuchung

Die Management-Abteilung machte einen Rundgang durch den Raum, um zu überprüfen, ob irgendetwas von erfahrenen Augen beobachtet werden kann.  Der Waschbeckenbereich wurde genau inspiziert und für sauber befunden.  Der Fliesenspiegel schien in gutem Zustand zu sein und die Wand ausreichend zu schützen.  Es gab keine Anzeichen für Wasserlecks und der Abfluss wurde bei Nichtbenutzung ordnungsgemäß verschlossen.  Alle Durchdringungen für die Rohrleitungen waren ordnungsgemäß abgedichtet und in gutem Zustand.  Der Rest des Raumes schien in gutem Zustand zu sein, ohne sichtbare Schäden, Korrosion oder Verfärbungen.  Ein Partikelzähler wurde aufgestellt und vor den HEPA-Filter über Standort A1 eine Sonde gehalten, um als Schnelltest zu bestätigen, dass der Filter keine mögliche Quelle war. Wie erwartet lagen die Zählungen bei oder nahe Null.

Seit Ermittlung des ersten Ergebnisses war inzwischen eine Woche vergangen.  Der Schimmelpilz wurde als Aspergillus identifiziert. Dies ist eine sehr häufige Sorte und diese Erkenntnis trug nicht dazu bei, die Untersuchung in eine bestimmte Richtung zu lenken.  Inzwischen waren auch die Ergebnisse der ersten täglichen Messungen da und die Schalen enthielten keine Schimmelpilze.  In der Zwischenzeit hatten Mitarbeiter der QA-Abteilung das Produktionspersonal beobachtet und dachten, es läge am Abwischen des Materials.  Sie bemerkten auch, dass der Hersteller eines der in den Raum gebrachten Verbrauchsmaterialien (von der VHP-Einheit des Isolators verwendete Wasserstoffperoxidflaschen) die Verpackung geändert hatte und nun etwas Pappe darin enthalten war. Die Wareneingangsabteilung hatte dies nicht bemerkt, sodass sie vor der Lagerung nicht entfernt worden war. 

Bestimmung der Ursache und Abschluss der Untersuchung

Die restlichen Ergebnisse der Woche des täglichen Monitorings waren ohne weiteren Schimmelbefall eingetroffen.  Angesichts des Mangels an Beweisen, die auf etwas anderes hindeuteten, und der „einmaligen“ Art des Vorkommens wurden der Karton und die „mangelhaften“ Abwischpraktiken als die wahrscheinlichen Grundursachen ermittelt und jeder fühlte sich gut dabei, eine solche definitive Grundursache, die oft sehr schwer zu fassen ist, gefunden zu haben.  Als Korrekturmaßnahmen wurden das Entfernen des Kartons und die Reinigung mit dem Sporizid dokumentiert.  Als präventive Maßnahmen wurden eine Nachschulung des Warenannahmepersonals zur Entfernung von Pappe vor der Warenlagerung und eine Nachschulung des Produktionspersonals zu den ordnungsgemäßen Abwischverfahren durchgeführt.  In den nächsten zwei Wochen wurde kein weiterer Schimmelpilzbefall mehr beobachtet, sodass jeder ziemlich zuversichtlich war, dass das Problem beseitigt war und solange die Herstellungstechniker nicht wieder faul wurden, sollte es keine Schimmelprobleme mehr geben.

Wiederauftreten

Zwei Wochen später hatte Standort A2 einen Schimmelpilzbefall und alles begann wieder von vorn.  Alle Aspekte aus der vorherigen Untersuchung wurden erneut besprochen.  Jedoch schien das Abwischen des Materials inzwischen sehr fleißig durchgeführt zu werden.  Es wurde derselbe Aspergillus wie zuvor identifiziert.  Da er jetzt an der Seite des Raumes auftrat, wurden die Wanddurchdringungen für Druckluft und Stickstoff in Betracht gezogen.  Bei der Untersuchung sah die Abdichtung der Stickstoffdurchdringung nicht so aus, als ob sie irgendwelche Lecks hätte, aber sie sah auch nicht gut aus, sodass sie erneuert wurde.  Die tägliche Probe kam sauber zurück, sodass die Untersuchung abgeschlossen wurde.  Eine Woche später hatten die Standorte A1 und A2 einen Schimmelbefall.  Irgendwie schien das Problem trotz aller korrigierenden und vorbeugenden Maßnahmen schlimmer zu werden!  Man kam wieder zusammen und viele Schultern wurden ratlos gezuckt.  Es gab eindeutig ein andauerndes Schimmelproblem, das schon seit ein paar Monaten bestand.  Da man die Quelle nicht bestimmen konnte, bestand die Vorgehensweise darin, die Kontrollen zu erhöhen.  Zur Freude aller (besonders der Reinigungskräfte) wurde die Häufigkeit der Sporizid-Anwendung von wöchentlich auf zweimal pro Woche erhöht.

Ein paar Wochen vergingen, doch dann wurde ein QC-Mikrobiologe gesehen, der vor mehreren Nährbodenschalen saß und die Hände über dem Kopf zusammenschlug. Es war wieder Standort A1, aber nun zeigte sich auch an Standort A3 Schimmel.  Als sich das Team erneut traf und erkannte, dass sich das Problem ausbreitete, aber keiner wusste, was man sonst noch tun konnte, war die Moral im Keller. Jemand schlug vor, dass die einzige Option darin bestünde, eine sehr teure Sanierungsfirma zu engagieren und zu hoffen, dass sie das Problem beseitigen könnte.  Der Raum müsste für eine Weile geschlossen werden, aber das wäre besser, als weiter in einem Raum zu arbeiten, der außer Kontrolle ist.  Bevor es dazu kam, meldete glücklicherweise eine der Reinigungskräfte eine Verfärbung an der Wand in der Deckenvoute über dem Isolator.  Der Bereich oberhalb der Wand wurde untersucht und ein winziges Wasserleck gefunden.  Es war offensichtlich, dass das Leck seit einiger Zeit langsam die Decke getränkt hatte.  Unglücklicherweise hatte die Deckenvoute wie ein Damm funktioniert und bewirkt, dass sich das Wasser entlang der Decke ausbreitete und nicht an der Wand entlang, wo es früher hätte entdeckt werden können. 

Fazit

Das Leck wurde behoben und der Wandabschnitt herausgerissen und ersetzt.  Die Überwachungsergebnisse wurden überprüft und nach einem Monat Probenahme trat kein Schimmelbefall mehr auf.  Die Untersuchung wurde abgeschlossen.

TEIL 2: URSACHENANALYSE MITTELS ECHTZEITLUFTKEIMSAMMLER BIOTRAK ZUR VERBESSERUNG DER HERKÖMMLICHEN METHODEN

Datenerfassung

Nach Entdeckung der ersten Abweichung am Standort A1 wurden sechs Standorte identifiziert, die mit dem BioTrak geprüft werden sollten (siehe Abbildung 2), um festzustellen, ob die Kontaminationsquelle besser lokalisiert werden kann.

 Abb. 2: Zusätzliche Messstellen für den BioTrak 

An jedem Ort wurden 36 einminütige Proben entnommen.  Die Ergebnisse wurden überprüft und es wurde festgestellt, dass trotz Unterschieden bei den einminütigen Stichproben keine signifikanten Abweichungen vorhanden waren, die darauf hindeuten würden, dass ein spezifisches Ereignis die Werte verursacht hatte.  Die gesamten Keime aller Proben an jeder Stelle wurden addiert, um zu bestimmen, wie hoch die nachgewiesene Zählung pro Kubikmeter war.  Eine Zusammenfassung der Ergebnisse finden Sie in Tabelle 1.

 Tabelle 1: BioTrak-Ergebnisse an zusätzlichen Standorten

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich im hinteren Teil des Raumes eine Kontaminationsquelle befand, insbesondere in der hinteren linken Ecke.  Es wurde entschieden, den BioTrak am Standort BT1 so einzustellen, dass er 24 Stunden ununterbrochen läuft, um mehr Informationen zu sammeln. Außerdem wurde ein Protokoll geführt, um alle Aktivitäten im Raum aufzuzeichnen.

Ursachenanalyse

Das Untersuchungsteam traf sich, um die Ursachenanalyse durchzuführen.  Durch Befragungen und Durchsicht der Aufzeichnungen wurde festgestellt, dass am Tag der Abweichung folgende Aktivitäten im Raum stattgefunden hatten:

• Am Morgen wurde die tägliche Reinigung (Wischen der Böden und Abwischen der Geräte) und die wöchentliche Reinigung (Abwischen der Wände) durchgeführt.
• Materialien wurden eingebracht, am Vorbereitungstisch vorbereitet und in der Transferkammer des Isolators platziert. Die EM-Probenahme war zu diesem Zeitpunkt bereits erfolgt.
• Es wurde ein VHP-Zyklus durchgeführt und sobald dieser abgeschlossen war, wurde der Isolator am Nachmittag verwendet.
• Der Wasserstoffperoxidgehalt während des VHP-Zyklus war niedrig, sodass die Flasche ausgetauscht wurde.

Die BioTrak-Ergebnisse wurden überprüft.  Die kontinuierlichen Daten variierten zwischen Zählungen von 0 bis zu 8 Keimen pro Minute, aber es gab keine signifikanten Spitzen, die mit einer bestimmten durchgeführten Aktivität in Zusammenhang standen.  Die gleichen Tätigkeiten wurden während der kontinuierlichen Überwachung wie am Tag der ursprünglichen Probenahme durchgeführt – mit Ausnahme der wöchentlichen Reinigung und des Austauschs der Wasserstoffperoxidflasche.

Basierend auf diesen Daten hat das Team diese möglichen Ursachen gefunden, siehe Tabelle 2.

Untersuchung

Die vermuteten Grundursachen wurden ausgehend von den Wanddurchdringungen und dem HEPA-Filter unter Verwendung der Abtastfähigkeiten des BioTraks untersucht.  Es wurden keine Lecks festgestellt, wodurch diese als mögliche Quellen ausgeschlossen wurden.  Der BioTrak wurde erneut zur kontinuierlichen Überwachung aufgestellt. Außerdem wurden die wöchentliche Reinigungsaktivitäten und der Austausch der Wasserstoffperoxidflasche durchgeführt.  Als die Wasserstoffperoxidflasche ersetzt wurde, gab es keine Spitzen in den Zählungen, aber es gab bestimmte Spitzen, die mit der Reinigung zusammenhingen.  Der BioTrak wurde erneut in den Scanmodus geschaltet, sodass er das Reinigungsgerät abtastete. Das Ergebnis war, dass das Gerät nicht die Quelle war.  Die Abtastsonde wurde dann entlang der Wand geführt, während sie abgewischt wurde. Jedes Mal, wenn mit dem Wischmopp die Deckenvoute berührt wurde, zeigte der BioTrak eine hohe Zählung an.  Der Bereich über der Wand wurde untersucht und das winzige Wasserleck wurde gefunden.

Bestimmung der Ursache und Abschluss der Untersuchung

Die durch das Wasserleck verursachte, durchnässte Wand wurde als die Ursache bestimmt.  Das Leck wurde behoben und der Wandabschnitt herausgerissen und ersetzt.  Der BioTrak wurde erneut aufgestellt, um Standort BT1 kontinuierlich mit einem Gelatinefilter zu überwachen, und alle Aktivitäten, die am Tag der ursprünglichen Abweichung durchgeführt wurden, wurden wiederholt.  Die Zählungen blieben durchgehend relativ niedrig und der Gelatinefilter wurde ausplattiert und inkubiert.  Nach der Inkubation enthielt die Gelatinefilterschale keine Schimmelpilze. Die Untersuchung wurde abgeschlossen.

TEIL 3: ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT

In beiden Fällen wurde die wahre Ursache identifiziert.  Leider dauerte dies im ersten Szenario Monate, während das Ergebnis beim zweiten Szenario innerhalb von einer Woche feststand.  Sie sehen also, wie der BioTrak in sehr viel kürzerer Zeit Daten, die sich auf die Ursachenanalyse konzentrierten, liefern konnte, sodass mögliche Ursachen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit die wahre Quelle der Kontamination waren, ermittelt werden konnten.  Überdies und genauso wichtig bot der BioTrak eine Methode, diese möglichen Grundursachen direkt zu testen und entweder auszuschließen oder sie als wahre Ursache zu bestätigen – in Echtzeit.  Dadurch wurden viele falsche Spuren ausgeschlossen, die zu falschen Schlussfolgerungen geführt haben.  Diese falschen Schlussfolgerungen haben nicht nur die Zeit bis zum Auffinden der wahren Ursache verlängert, sie haben auch zu vielen anderen negativen Ergebnissen geführt, die oft übersehen werden.  Dazu gehört:

• Viele zusätzliche unnötige Arbeitsstunden für die Untersuchung und das Ergreifen unnötiger Maßnahmen.
• Die toxischen Auswirkungen auf ein Unternehmen, den Schuldigen zu finden.
• Prozessaktualisierungen zum Beheben von nicht vorhandenen Problemen, die die Durchführung des Verfahrens verlängern, verteuern und häufig zu Abweichungen führen.
• Es schafft eine bestimmte Kultur, wenn das EM-Programm nur als notwendige Compliance-Übung betrachtet wird und die Ergebnisse nicht wirklich wichtig sind, weil die Produktion weitergeht – egal was passiert.

Obwohl dieses Beispiel hypothetisch war, steht es repräsentativ für reale Situationen, in denen der BioTrak zur Ursachenanalyse verwendet wurde.  Die meisten Situationen waren bei Pharmaherstellern, die einen dem ersten Szenario sehr ähnlichen Albtraum erlebt hatten: wiederkehrende Abweichungen über mehrere Monate mit mehreren Aktionen, die das Problem nicht lösen konnten.  Der BioTrak wurde aufgestellt und mit den hier beschriebenen Methoden wurde die Kontaminationsquelle definitiv identifiziert. Es wurden die entsprechenden Maßnahmen ergriffen und der Raum wurde innerhalb weniger Tage in einen kontrollierten Zustand zurückversetzt.

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