So Sánh Các Kỹ Thuật Giám Sát Vi Sinh Không Khí cho Môi Trường Quan Trọng

Trong lĩnh vực Chiến lược kiểm soát ô nhiễm (CCS) , giám sát vi sinh không khí đóng vai trò là trụ cột quan trọng. Tuy nhiên, sự phức tạp của việc xác định giải pháp phù hợp nhất cho các ứng dụng cụ thể thường đặt ra thách thức. 

Nhằm mục đích làm sáng tỏ những vấn đề phức tạp xung quanh việc giám sát không khí vi sinh, cung cấp những hiểu biết cơ bản để hướng dẫn phương pháp tiếp cận của bạn, bài viết này nói về việc sử dụng giám sát không khí chủ động và giám sát đĩa lắng không khí bị động cho việc sản xuất dược phẩm thường xuyên và liên tục.

Giới thiệu

Ô nhiễm được giám sát liên tục với công nghệ phòng sạch mới nhất.Tuy nhiên, các giải pháp dựa trên sự phát triển truyền thống, giới hạn trong các giai đoạn lấy mẫu 4 giờ, vẫn là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng cho việc giám sát vi sinh vật. Để cung cấp bằng chứng rằng việc lấy mẫu không khí phòng sạch liên tục được thực hiện, các nhà sản xuất dược phẩm sử dụng rộng rãi đĩa lắng dù các chuyên gia khoa học và quy định đồng ý rằng chúng là phương pháp không định lượng và không thể xác nhận.

So sánh điều này với máy lấy mẫu không khí vi sinh hoạt động, được xác nhận để hoạt động trong một thời gian dài ở chế độ liên tục để lấy mẫu một mét khối không khí.

Hình 1 Ví dụ về thiết bị lấy mẫu không khí vi sinh chủ động: Máy lấy mẫu không khí vi sinh MiniCapt Mobile®.

Hiệu Quả Phương Pháp Phụ lục B của ISO 14698:2003 mô tả một kỹ thuật để xác định hiệu quả thu thập của máy lấy mẫu không khí vi sinh, được chia thành hai loại riêng biệt:

• 1-Hiệu quả vật lý là khả năng của mẫu để thu thập các kích thước hạt khác nhau.
• 2-Hiệu quả sinh học là hiệu quả của mẫu trong việc thu thập các hạt mang vi khuẩn. Hiệu quả vật lý là như nhau cho các hạt không có thể sống, hạt mang vi sinh vật hoặc hạt là vi sinh vật.

Hiệu quả sinh học dự kiến sẽ thấp hơn hiệu quả vật lý vì nó phụ thuộc vào sự sống sót của vi sinh vật được thu thập và môi trường nuôi cấy. Phụ lục B chủ yếu quan tâm đến hiệu quả vật lý.

Trong một bản xuất bản năm 2005, một tác giả có uy tín cao đã kết luận rằng đĩa định cư là “phương pháp cơ bản để đo lường số lượng các hạt mang vi khuẩn sẽ rơi xuống một khu vực nhất định trong một khoảng thời gian nhất định. Do đó, không cần xác định hiệu quả thu thập của nó” [1].

Vào năm 2016, Tạp chí Khoa học Dược phẩm và Tiêm truyền Châu Âu cùng với Whyte và T. Eaton đã đánh giá lại và đề xuất cải tiến cho Phụ lục 1 cGMP của EU, cụ thể là cách mà nồng độ không khí và số lượng đĩa định cư của các hạt mang vi sinh vật (MCPs) đóng góp vào đánh giá của phòng sạch dược phẩm [2].

Sử dụng vận tốc lắng chính xác hơn, nồng độ tối đa của cGMP EU có thể được sửa đổi để cung cấp số lượng đĩa lắng chính xác hơn. Phụ lục A của ISO 14698:2003 chỉ định việc lựa chọn thiết bị lấy mẫu không khí vi sinh phụ thuộc vào mục đích lấy mẫu. Ngoài ra, thiết bị nên có vận tốc va chạm (tốc độ không khí va vào môi trường nuôi cấy) là sự thỏa hiệp giữa:

Vận tốc đủ cao để cho phép bắt giữ các hạt có khả năng sống sót xuống khoảng 1 µm, và Vận tốc đủ thấp để đảm bảo khả năng sống sót của hạt bằng cách tránh hư hại cơ học hoặc sự phân rã của các cụm vi khuẩn hoặc nấm micromycetes. Khuyến nghị của tiêu chuẩn ISO chung là sử dụng máy lấy mẫu với hoặc gần 50% hiệu suất thu hồi vật lý tại 1 µm (một D50 của 1 µm).

Từ quan điểm vi sinh vật, 1 µm là kích thước của hầu hết các loài vi khuẩn phổ biến. Các hạt nấm thường từ 2 đến 5 µm, và bào tử Bacillus anthracis có phạm vi kích thước từ 0.65 đến 2.0 µm.
Tầm Quan Trọng của Thiết Kế

Hình 2 Mô hình dòng chảy không khí của máy lấy mẫu không khí vi sinh chủ dộng

Nếu dòng khí trải qua một sự thay đổi hướng nhanh chóng, các hạt nó vận chuyển sẽ có xu hướng tiếp tục theo hướng ban đầu của chúng.

Các hạt có kích thước và mật độ khác nhau sẽ theo các quỹ đạo khác nhau và có thể được thu thập riêng biệt. Khi một luồng không khí được tăng tốc qua một vòi phun, các hạt nó vận chuyển được mang theo cùng tốc độ với chất lỏng và theo dòng khí của nó.

Nếu lưu lượng dòng khí thay đổi hướng nhanh chóng tại đầu ra vòi phun, quỹ đạo của các hạt sẽ rõ ràng rời khỏi dòng không khí, tùy thuộc vào lực quán tính liên quan đến các hạt. Nói cách khác, các hạt sẽ có xu hướng di chuyển theo đường thẳng và nếu chúng gặp một bề mặt trên đường đi, chúng có thể dính vào nó.

Các máy lấy mẫu không khí hoạt động được thiết kế để lấy mẫu các hạt trong không khí hoặc khí khác thông qua va chạm với một bề mặt rắn.

Hình dạng của bộ va chạm được tối ưu hóa để cho phép dòng chảy lớp thông qua vòi phun (ví dụ, Re < 2300), với vận tốc cao nhất có thể và D50 thấp nhất có thể.

Hình 3 Hình dạng, cấu trúc của máy lấy mẫu không khí chủ động

So Sánh Các Phương Pháp Giám Sát

Do tính năng của trang phục phòng sạch hiện đại, các hạt mang vi sinh vật được phát hiện trong khu vực vô trùng với người vận hành chủ yếu nằm trong phạm vi kích thước từ 0.5 µm đến 5 µm. Vì những lý do này, việc lấy mẫu không khí vi sinh vật hoạt động liên tục ở Hạng A được khuyến nghị, thay thế cho sự kết hợp của đĩa lắng và hoạt động lấy mẫu không khí hoạt động đơn lẻ hoặc không liên tục.

Bảng sau tóm tắt sự khác biệt giữa các kỹ thuật.

Bảng 1 nhấn mạnh rằng lấy mẫu không khí hoạt động là một cách tiếp cận cải thiện so với cả đĩa lắng và máy lấy mẫu không khí thể tích truyền thống trong ứng dụng giám sát liên tục Hạng A.

Bảng 1- So Sánh Kỹ Thuật
 PHƯƠNG PHÁP  ĐĨA LẮNG ( Phương pháp 1 ) VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU VI SINH LIÊN TỤC TRONG KHÔNG KHÍ CHỦ ĐỘNG  ( Phương pháp 2 )
Giám sát liên tục :

• Cả hai phương pháp có thể được sử dụng để giám sát tất cả các giai đoạn sản xuất.

Đo lường nồng độ vi sinh vật trong không khí

• Phương pháp 1: Đo số lượng vi sinh vật rơi từ không khí xuống một bề mặt xác định trong một thời gian biết trong môi trường xáo trộn.
• Phương pháp 2: Đo tổng số lượng vi sinh vật trong một thể tích không khí có thể định lượng.

Phương pháp định lượng

• Phương pháp 1: Không phải là phương pháp định lượng. Kết quả thường là số lượng CFU trên mỗi đĩa lắng, với kích thước của đĩa và thời gian tiếp xúc thường không được báo cáo.
• PPhương pháp 2: Phương pháp định lượng. Kết quả có thể được phân tích theo thời gian và chất lượng không khí.

Phát hiện nồng độ thấp của vi sinh vật

• Phương pháp 1: Không phát hiện nồng độ thấp của vi sinh vật và cung cấp độ nhạy rất thấp ở Hạng A do luồng không khí cao.
• Phương pháp 2: Phát hiện nồng độ thấp của vi sinh vật.

Vị trí trong máy đóng gói

• Phương pháp 1:Cả hai có thể được đặt gần hơn so với máy lấy mẫu thể tích truyền thống đối với các khu vực quan trọng nơi sản phẩm tiếp xúc với không khí.
• Phương pháp 2: Cả hai có thể được cung cấp ở dạng vô trùng và nhỏ hơn máy lấy mẫu thể tích truyền thống.

So sánh dữ liệu vi sinh vật và hạt

• Phương pháp 1: Không thể xác định sự tương quan dữ liệu do sự khác biệt giữa hai phương pháp.
• Phương pháp 2: Có thể tương quan dữ liệu vì tốc độ dòng không khí của hai hệ thống tương tự nhau.

Xác nhận

• Phương pháp 1: Không được xác nhận.
• Phương pháp 2: Được xác nhận theo ISO 14698-1

Giám Sát ở Các Khu Vực Phòng Sạch Khác Nhau

Khi an toàn bệnh nhân là chìa khóa, việc xác nhận phòng sạch dược phẩm là một bước cần thiết. Đặc biệt, xác nhận vi sinh vật xác minh mức độ sạch của các phòng nơi sản xuất thuốc.

Sau khi xác nhận, các công ty phải thiết kế kế hoạch giám sát chứng minh chất lượng không khí phù hợp với thông số kỹ thuật được thiết lập trong quá trình xác nhận. Qua giám sát, ô nhiễm vi sinh vật có thể được kiểm soát và giảm thiểu.

Khu vực Hạng A (ISO 5) bao gồm sản phẩm và vật liệu tiếp xúc với sản phẩm, bao gồm cả môi trường xung quanh (tức là không khí). Vì lý do này, chúng được coi là cực kỳ quan trọng và phải được giám sát liên tục với tần suất không khí cao trong tất cả các giai đoạn sản xuất.

Khu vực Hạng B (ISO 7) được sử dụng để bảo vệ khu vực Hạng A và bao gồm sự hiện diện của người vận hành với số lượng biến đổi tùy thuộc vào quy trình sản xuất. Ở đây, mục đích của giám sát vi sinh vật là để xác minh mức độ ô nhiễm vi sinh vật nằm trong thông số kỹ thuật. Xu hướng vi sinh vật của các khu vực này luôn phải ổn định hoặc giảm nhẹ. Đĩa lắng không được khuyến nghị ở khu vực Hạng A vì chúng không phát hiện nồng độ thấp của vi sinh vật và có độ nhạy thấp với tỷ lệ luồng không khí cao của chúng.

Đĩa lắng chỉ chấp nhận được ở khu vực Hạng B, C và D, nơi không khí ít xáo trộn hơn cho phép các hạt mang vi khuẩn được đặt cách ly với tỷ lệ cao hơn. Việc giám sát vi sinh vật liên tục của không khí Hạng A đã được yêu cầu bởi cGMP và được thực hiện cho việc giám sát tổng số hạt. Nó cung cấp thông tin chính về số lượng và kích thước của tổng số hạt hiện diện trong không khí tại một điểm lấy mẫu.

Do đó, việc có một chiến lược cho cả giám sát hạt và sinh học sử dụng các phương pháp đã được xác nhận để định lượng cả vi sinh vật và hạt hiện diện trong khu vực lấy mẫu là cực kỳ quan trọng. Làm như vậy sẽ giúp xác định mối quan hệ tiềm năng giữa các sự kiện và cung cấp dữ liệu cần thiết cho các cuộc điều tra nguyên nhân gốc rễ.

Kết luận

Phương pháp đĩa lắng là một phương pháp không được xác nhận, không thể định lượng và không tính đến tỷ lệ phục hồi của vi sinh vật. Phương pháp này không nên được sử dụng ở Hạng A (ISO 5) nơi tốc độ không khí cao và thay đổi không khí thường xuyên. Điều kiện này làm cho việc vi sinh vật và hạt mang vi sinh vật định cư trở nên khó khăn hoặc không thể.

Đĩa lắng có khả năng ứng dụng hơn trong môi trường tĩnh. Việc giám sát vi sinh vật liên tục của không khí trong các khu vực quan trọng nên được thực hiện bằng các phương pháp đã được xác nhận với tỷ lệ phục hồi càng cao càng tốt. Quy định sẽ tiếp tục đẩy cao tiêu chuẩn, và chiến lược này thúc đẩy kiến thức quy trình tốt hơn đồng thời tăng cường đảm bảo vô trùng cho sản phẩm được phát hành.

Tác Giả

Gilberto Dalmaso, Tiến sĩ. Chuyên Gia Khoa Học Toàn Cầu về Khoa học Sức khỏe

Gilberto Dalmaso có hơn 25 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vi sinh dược phẩm và đảm bảo vô trùng, chủ yếu là với GlaxoSmithKline (GSK). Năm 2003, phòng thí nghiệm của ông đã đạt được danh hiệu là nơi đầu tiên trên thế giới nhận được sự chấp thuận từ FDA Hoa Kỳ cho phương pháp PAT vi sinh nhanh. Ngày nay, Gilberto là Chuyên Gia Khoa Học Toàn Cầu về Khoa học Sức khỏe cho Particle Measuring Systems, phục vụ trong Ủy ban PDA Châu Âu, là người báo cáo cho nhiều hội thảo về vi sinh và Dược phẩm ở Châu Âu, Á và Hoa Kỳ, và là kiểm toán viên hệ thống chất lượng ISO 9001 và HACCP.

Anna Campanella, Tiến sĩ. Chuyên Gia Tư vấn và Đảm bảo Vô trùng Toàn cầu

Anna Campanella, Tiến sĩ, là Chuyên Gia Tư vấn và Đảm bảo Vô trùng Toàn cầu cho Particle Measuring Systems. Trong vai trò này, cô sử dụng kinh nghiệm trong ngành để hợp tác và tư vấn cho các công ty dược phẩm phát triển và thực hiện các chiến lược dựa trên khoa học, nguyên tắc giám sát, kiểm soát và cải thiện trạng thái hóa học, vật lý và vi sinh của các quy trình sản xuất khác nhau. Anna có nền tảng đa dạng trong lĩnh vực Dược phẩm bao gồm Tiến sĩ Y học Phân tử, chuyên môn về quy trình QA&QC, xác nhận các phương pháp hóa học và vi sinh, xác nhận quy trình sản xuất vô trùng và kinh nghiệm về khía cạnh vi sinh trong quy trình sản xuất vô trùng.

Paola Lazzeri-Chuyên Gia GMP Đội Đảm bảo Vô trùng

Paola Lazzeri có kinh nghiệm trong việc hỗ trợ các công ty dược phẩm trong kiểm soát ô nhiễm bao gồm chiến lược làm sạch và khử trùng. Kinh nghiệm của cô với các nhà sản xuất dược phẩm bắt đầu từ năm 2005 trong một công ty phân phối hệ thống kiểm soát ô nhiễm phòng sạch. Ngày nay, Paola là chuyên gia GMP của Đội Đảm bảo Vô trùng cho Particle Measuring Systems SRL. Trong vai trò này, cô hợp tác và tư vấn cho các công ty dược phẩm phát triển và thực hiện các nguyên tắc để giám sát và kiểm soát ô nhiễm vi sinh vật bằng cách cải thiện các chiến lược làm sạch và khử trùng dựa trên khoa học.

Tài liệu tham khảo

[1] Whyte, W. (2005) 'Hiệu suất thu thập của các phương pháp vi sinh dùng để giám sát phòng sạch'. European Journal of Parenteral and Pharmaceutical Sciences, 10 (2). trang 3-7. ISSN 0964-4679

[2] W Whyte (Trường Kỹ thuật, Đại học Glasgow, Glasgow G12 8QQ) và T Eaton (AstraZeneca, Macclesfield, Cheshire, SK10 2NA) '