Welche wichtige Aspekte sollten bei der Planung eines qualitativ hochwertigen und verunreinigungsfreien Single-Use-Systems berücksichtigt werden? Ein Beitrag von Ray Baldwin, Business Development Manager bei Watson-Marlow Fluid Technology Solutions (WMFTS).
Single‑Use‑Systeme werden in modernen Bioprozessanwendungen zunehmend eingesetzt, um Sterilität und Produktintegrität sicherzustellen. Allerdings sind nicht alle Systeme gleichermassen geeignet, insbesondere wenn sie nicht speziell für die jeweilige Anwendung entwickelt wurden. Die Wahl der richtigen Komponenten ist entscheidend, um Verunreinigungen zu vermeiden, die Funktionalität sicherzustellen und GMP‑Konformität zu gewährleisten.
Vorteile von Single-Use-Systemen bei biopharmazeutischen Herstellungsverfahren
Die Zeit der Blockbuster‑Medikamente geht zurück, während Biopharma-Unternehmen zunehmend mehrere Produkte parallel entwickeln, um Risiken zu verteilen. Dafür sind flexible Systeme erforderlich, die schnelle Chargenwechsel ermöglichen und gleichzeitig höchste Sterilität gewährleisten. Besonders CDMOs müssen effizient zwischen verschiedenen Kunden und Formulierungen wechseln können. Der Markt wächst dynamisch, wodurch ein zuverlässiger Schutz vor Verunreinigungen noch wichtiger wird.
Single‑Use‑Systeme bieten gegenüber Edelstahlanlagen deutlich mehr Flexibilität und gewinnen daher an Bedeutung. Dennoch müssen bei der Auswahl entscheidende Faktoren berücksichtigt werden, um eine sichere und effiziente Verarbeitung zu gewährleisten.
Warum Single-Use-Systeme nicht automatisch die perfekte Lösung sind:
Nicht auf dem neuesten Stand
Viele Systeme basieren auf älteren Spezifikationen, während sich Materialien, Prozessverständnis und regulatorische Anforderungen weiterentwickelt haben. Anpassungen sind möglich, erfordern jedoch eine vollständige Dokumentation und Genehmigung im Rahmen der Change Control. Der Validierungsaufwand ist erheblich, und unzureichende Compliance kann zu Verzögerungen und Mehrkosten führen.
Off-Label-Use
Einige Komponenten werden in Anwendungen eingesetzt, für die sie nicht validiert wurden. Dies kann zu Qualitätsproblemen führen, insbesondere wenn Prozessparameter wie Temperatur, Druck oder Laufzeit abweichen. Im Fluid‑Management kann dies zu Schwankungen bei Förderdruck und -menge sowie zu Verschleiss, Leckagen und Beeinträchtigungen der Produktintegrität führen.
Aufeinander abgestimmte Komponenten
Schlauchpumpen sind weit verbreitet, erfordern jedoch speziell ausgelegte Pumpenschläuche. Werden ungeeignete Schläuche verwendet, kann die mechanische Belastung zu vorzeitigem Verschleiss führen.
Alternde Komponenten
Verunreinigungskontrolle ist ein zentraler Bestandteil der GMP‑Compliance und Anhang 1 schreibt jetzt eine umfassende Strategie zur Verunreinigungskontrolle vor. Leckagen müssen vermieden werden, insbesondere bei hochwertigen oder kritischen Produkten. Gleichzeitig können chemische Einflüsse, etwa durch Natriumhydroxid, die Lebensdauer von Komponenten beeinträchtigen. Single‑Use‑Systeme bieten jedoch Vorteile durch ihre Austauschbarkeit, da Fluid‑Path‑Komponenten zwischen Chargen angepasst werden können, ohne die Produktionskapazität zu beeinträchtigen.
Extractables und Leachables
Verschleiss kann die Effizienz und Integrität von Systemen beeinträchtigen und bei Single‑Use‑Systemen auch zu Kreuzkontamination durch Werkstoffe führen. Deshalb müssen die Funktionsweise des Systems, die verwendeten Fluide sowie potenzielle Extractables und Leachables berücksichtigt werden. Entscheidend ist, ob die eingesetzten Materialien für die Anwendung validiert sind.
Extractables sind Verbindungen, die unter Worst‑Case‑Laborbedingungen aus Single‑Use‑Systemen freigesetzt werden können. Sie dienen dazu, potenziell kritische Chemikalien zu identifizieren, die in den Fluid‑Path gelangen könnten. Die Tests erfolgen nach BPOG‑Vorgaben, künftig ergänzt durch USP <665>, indem verschiedene Lösungsmittel über definierte Zeiträume durch das System geleitet werden. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf regulatorische Anforderungen wie REACH, RoHS und TSCA bewertet und unterstützen die Eignungsbewertung von Komponenten.
Leachables werden prozessspezifisch unter realen Bedingungen geprüft und liefern ein detailliertes Bild der tatsächlich freigesetzten Stoffe. Für die pharmazeutische Herstellung muss nachgewiesen werden, dass unter Prozessbedingungen keine toxischen Substanzen in das Produkt übergehen. Behörden wie FDA und EMA verlangen hierfür in der Regel entsprechende Leachables‑Studien.
Qualität zulasten der Effizienz?
Der starke Fokus auf Produktqualität kann den Eindruck erwecken, dass Prozesseffizienz nachrangig ist. Angesichts milliardenschwerer Entwicklungskosten sind Biopharma-Unternehmen jedoch auf Effizienzsteigerungen angewiesen, um rentabel zu bleiben.
Unternehmen mit begrenzter Erfahrung im Fluid‑Prozessdesign übersehen dabei oft Optimierungspotenziale. Ein erfahrener Partner mit einem breiten Angebot an End-to-End-Lösungen von Single-Use-Systemen kann optimal dabei unterstützen, diese Herausforderungen zu bewältigen.
Ein simples Beispiel: Ein Kunde nutzte Schläuche mit zu kleinem Innendurchmesser, was die Saugleistung einschränkte. Die Fluid‑Path‑Experten von WMFTS empfahlen einen grösseren Durchmesser, wodurch sich die Produktionsleistung mit minimalem Aufwand verbessern liess.
Oft gelingt es so Herstellern, Systeme gezielt zu optimieren und branchenspezifische Anforderungen besser zu erfüllen.
Kontinuierliche Herstellung – der heilige Gral der Biopharmazeutik?
Biopharmazeutische Unternehmen sind wie andere Industrien bestrebt, ihre Produktion effizienter zu gestalten. Die kontinuierliche Bioprozessverarbeitung gilt dabei als Zukunftslösung, wurde jedoch lange wegen hoher regulatorischer Anforderungen und komplexer Steuerung zurückhaltend eingesetzt. Inzwischen findet ein Wandel statt, und viele Unternehmen nutzen bereits die Vorteile.
Durch kontinuierliche Prozesse können Verarbeitungszyklen auf bis zu 90 Tage verlängert werden. Für Single‑Use‑Systeme bedeutet das, dass die Lebensdauer der Komponenten kritisch geprüft werden muss. Insbesondere Schlauchelemente müssen über lange Zeiträume hinweg stabil bleiben und eine konstante Förderleistung sicherstellen, um gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten.
Vorbereitung auf die Zukunft
Die Anforderungen zukünftiger Verarbeitungssysteme sind schwer vorhersehbar. Innovationen und neue Therapien verändern die Branche kontinuierlich und bringen strengere regulatorische Anforderungen mit sich. Eine vollständig zukunftssichere Fertigung ist daher kaum planbar.
Single‑Use‑Systeme bieten hier Vorteile durch ihre Flexibilität und einfache Anpassbarkeit. Gleichzeitig spielt eine zuverlässige Lieferkette eine zentrale Rolle, da vergangene Störungen gezeigt haben, wie kritisch die Verfügbarkeit von Komponenten ist.
Wie sollten Sie Ihr Single-Use-System planen?
Die Planung bleibt herausfordernd, zahlt sich jedoch durch zuverlässige und effiziente Systeme aus. Unternehmen sollten zunächst ihre Anforderungen und Ziele definieren. Experten können daraufhin Lösungen entwickeln, die langfristige Einsparungen ermöglichen und über kurzfristige Kostenvorteile hinausgehen.
Individuelle und zuverlässige Validierung
Als erfahrener Lieferant für hochwertige Fluid-Path-Lösungen unterstützt WMFTS seine Kunden mit massgeschneiderten Validierungspaketen, um steigende regulatorische Anforderungen zu erfüllen. In Zusammenarbeit mit qualifizierten Partnern werden individuelle Studien nach aktuellen Standards durchgeführt, die auf umfangreicher Erfahrung und präzisen Analysen basieren.
Dadurch profitieren Anwender von einer zuverlässig hohen Produktqualität und einem deutlich reduzierten Aufwand bei der Erfüllung regulatorischer Anforderungen. Die massgeschneiderten Validierungspakete sind exakt auf die jeweiligen Prozessanforderungen abgestimmt und gewährleisten eine konsistente Produktqualität bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit, einschliesslich eines Sterilitätssicherheitsniveaus von 10⁻⁶ SAL.
WMFTS an der Ilmac Lausanne: Halle 36, Stand C180
