Budoucnost testování mikrobiální kontaminace: Rychle a v reálném čase

Jak farmaceutické firmy zajišťují nezávadnost vody a bojují proti biologické zátěži pomocí on-line monitoringu

minut

18 Aug, 2025

Areen Kalantari

V oblasti farmaceutické výroby je čistota vody prvořadá. Mikrobiální kontaminace, neboli biologická zátěž, představuje významnou hrozbu jak pro zdraví spotřebitelů, tak pro pověst farmaceutických společností. Tradiční metody mikrobiálního testování jsou často časově náročné, náchylné k chybám a pracné. Vznik mikrobiálních analyzátorů v reálném čase nabízí slibné řešení těchto výzev a přináší revoluci ve způsobu, jakým farmaceutičtí výrobci přistupují ke kontrole biologické zátěže.

Mikrobiální kontaminace, známá také jako biologická zátěž v souvislosti s farmaceutickými vodami, se týká počtu a typů životaschopných mikroorganismů přítomných ve vzorku vody, včetně bakterií a plísní. Taková kontaminace je pro farmaceutické společnosti závažným problémem, protože mikrobiální kontaminace může ohrozit bezpečnost a účinnost léčivých přípravků. Farmaceutické vody musí splňovat přísné normy čistoty stanovené regulačními řídícími orgány, protože slouží jako kritická součást při výrobě léků. V důsledku toho je přísné mikrobiální testování nezbytné pro zajištění čistoty vody a ochranu zdraví pacientů i integrity farmaceutických výrobních procesů.

Nebezpečí biologické zátěže ve farmaceutických vodách

Rizika spojená s mikrobiální kontaminací ve farmaceutických vodách nelze podceňovat. Kontaminovaná voda představuje přímou hrozbu pro zdraví spotřebitelů, zejména pro osoby s oslabeným imunitním systémem nebo osoby podstupující kritickou léčbu. Požití nebo vystavení vodě kontaminované patogenními mikroorganismy může vést k závažným zdravotním komplikacím, jako jsou infekce krevního řečiště, gastrointestinální onemocnění a další život ohrožující stavy.

Pro mnoho farmaceutických společností mohou být důsledky kontaminace vody stejně zničující, pokud jde o finanční a reputační škody. Farmaceutický průmysl odhaduje, že náklady na jedno stažení z trhu se mohou pohybovat od stovek tisíc do milionů dolarů, v závislosti na závažnosti a rozsahu problému. Takový incident může poškodit pověst společnosti prostřednictvím eroze důvěry spotřebitelů a dlouhotrvající negativní asociace se značkou.

V době, kdy se informace rychle šíří sociálními médii a online platformami, může negativní publicita vést k podstatnému poklesu tržeb, cen akcií a důvěry investorů.

Pro farmaceutické značky je v sázce neuvěřitelně mnoho: pro udržitelný úspěch je nezbytné najít rovnováhu mezi udržováním provozní efektivity a zajištěním souladu s předpisy s nejvyššími standardy kvality vody .

Tradiční testovací metody pro sledování mikrobiálních limitů

Historii mikrobiálního testování lze vysledovat až do konce 19. století, kdy se rozvíjel obor mikrobiologie. Průkopničtí vědci jako Louis Pasteur, Julius Petri a Robert Koch položili základy pro pochopení role mikroorganismů ve zdraví a nemoci. Na počátku 20. století, kdy farmaceutický průmysl začal růst a výroba léků se stala složitější, se projevila potřeba spolehlivých metod pro detekci mikrobiální kontaminace ve výrobcích, včetně vody.

První testy výčtu biologické zátěže se primárně spoléhaly na přímé pozorování a kultivační techniky. Teprve v polovině 20. století byly vyvinuty standardizované metody pro kvantifikaci mikroorganismů ve vodě, což vedlo k vytvoření prvních lékopisných pokynů. Ve Spojených státech začal Americký lékopis (USP) nastiňovat přijatelné mikrobiální limity a testovací metody pro farmaceutické výrobky a zdůrazňovat důležitost kontroly kvality vody používané k výrobě.

Počítání destiček

Přímé počítání destiček zahrnuje sběr vzorků vody, jejich kultivaci v laboratoři a počítání kolonií, které se vytvoří během několika dnů. I když jsou tyto techniky standardní praxí, přicházejí se značnými omezeními:

Časově náročné: Počítání destiček je pracný proces, který obvykle vyžaduje 5-7 dní, než se dostaví výsledky.

Subjektivní: Počítání kolonií může být subjektivní a náchylné k lidským chybám v důsledku ručního počítání a změn v inkubačních podmínkách.

Omezená citlivost a specificita: Počítání destiček nemusí být dostatečně citlivé, aby detekovalo nízkou úroveň kontaminace. Počítání destiček navíc poskytuje pouze přehled o úrovních kontaminace v určitém časovém okamžiku, nikoli souvislý pohled na kvalitu vody.

Membránová filtrace

Membránová filtrace se stala populární v polovině 20. století, zejména pro testování větších objemů vody. Při této technice procházejí vzorky vody filtrem s póry dostatečně malými, aby zachytily mikroorganismy (obvykle 0,45 μm v průměru). Filtr se poté umístí na kultivační médium a inkubuje se, podobně jako metoda počítání destiček. Membránová filtrace proto čelí podobným nevýhodám:

Zdlouhavý proces: Membránová filtrace může být časově náročná, zejména pokud se testují velké objemy vody.

Náchylné k chybám: Tento proces vyžaduje pečlivé zacházení a může být citlivý na fyzikální a chemické vlastnosti vzorku vody, což by mohlo inhibovat růst mikrobů. Kromě toho jakékoli mikroorganismy, které jsou přítomny, ale nejsou kultivovatelné, zůstanou neodhaleny, což povede k potenciálním mezerám v monitorování a možnému přemnožení nebezpečných jednotek tvořících kolonie.

Zatímco tradiční metody testování mikrobiální zátěže sloužily jako kritické nástroje po mnoho let, přicházejí se značnými omezeními, která mohou ohrozit kvalitu vody a následně i bezpečnost pacientů. Obě zmíněné techniky se konkrétně spoléhají na počítání jednotek tvořících kolonie (CFU), což vyžaduje čas, aby mikroby vyrostly do kolonií, které lze fyzicky spočítat. Tyto techniky jsou tedy náročné na zdroje, vyžadují značný čas a práci pro sběr, zpracování a analýzu vzorků a poskytují pouze snímek mikrobiálních úrovní v určitém okamžiku. Nezajišťují proto nepřetržitý monitoring kvality vody. V odvětví, kde může dojít k rychlé kontaminaci a mít okamžité následky, může být toto zpoždění při získávání výsledků obzvláště problematické.

Kromě toho ne všechny mikroorganismy lze snadno kultivovat v laboratorních podmínkách, což znamená, že některé patogeny mohou zůstat neodhaleny. Tato selektivita může vést k podcenění celkové mikrobiální zátěže, protože některé mikroorganismy přítomné ve vzorku nemusí být schopny růst na zvoleném médiu .

Vstupte do kontinuálních mikrobiálních analyzátorů v reálném čase, které představují moderní řešení výzev představovaných tradičními metodami. Tyto pokročilé systémy poskytují okamžitou detekci mikrobiální kontaminace, což umožňuje proaktivní zásah.

Detekce mikrobů v reálném čase, která se používá v analyzátorech, jako je náš 7000RMS, se opírá o dvě zavedené optické měřicí techniky: laserem indukovanou fluorescenci (LIF) a Mieův rozptyl. Tyto techniky spolupracují na detekci a kvantifikaci mikroorganismů ve vysoce čistých vodách, jako jsou vody používané ve farmaceutické výrobě.

Tento proces funguje následovně:

Laserem indukovaná fluorescence (LIF) se dostává do centra pozornosti využitím přirozené fluorescence mikrobiálních metabolitů, jako je NADH a riboflavin. Když laser s vlnovou délkou 405 nm v analyzátoru osvětlí vodu, která jím protéká, tyto metabolity absorbují světlo a vstoupí do excitovaného stavu. Když se vrátí do původního stavu, uvolní energii ve formě fluorescenčního světla, které je následně zachyceno fotodiodou v 7000RMS.

Mieův rozptyl doplňuje tento proces měřením toho, jak světlo interaguje se samotnými mikroorganismy. Když laserové světlo prochází vodou, všechny přítomné mikroorganismy rozptylují světlo. Detektor zaznamenává, jak je světlo rozptylováno, a odhaluje kritické informace o velikosti a množství částic. 7000RMS syntetizuje data z fluorescenčního i rozptylového detektoru. Když se oba signály zarovnají podle specifických kritérií, analyzátor identifikuje jeden mikroorganismus jako automatickou fluorescenční jednotku (AFU). Výsledky se zobrazují živě na uživatelsky přívětivém rozhraní dotykové obrazovky, které poskytuje jasný a okamžitý přehled o kvalitě vody.

Na základní úrovni je počítání AFU jako okamžité pořízení živé a detailní fotografie, zatímco počítání CFU je jako čekání na vykreslení základního a dutého náčrtu. Tato schopnost pracovat v reálném čase je životně důležitá pro farmaceutický průmysl, kde je zásadní rychlá detekce kontaminace.

AFU navíc umožňuje metodu přímého počítání jednotlivých buněk, na rozdíl od počítání CFU, které odhaduje pouze populaci celé kolonie. Následná měření AFU lze provádět přímo v procesním prostředí, čímž se snižuje riziko kontaminace spojené s tradičními metodami odběru vzorků. Toto in-situ monitorování poskytuje nepřetržitý přehled o kvalitě vody a nabízí dynamický pohled na mikrobiální aktivitu

Výhody nepřetržitého testování vody

Rychlost	Nepřetržitý	Přímá měření	Zvýšená citlivost	Okamžité akce
Monitorování v reálném čase nabízí výsledky každé dvě sekundy a rychlou detekci kontaminace. Zatímco počítání destiček může trvat 5-7 dní, 7000RMS zachytí 216 000+ měření za stejné časové období.	Na rozdíl od statických počtů destiček, které poskytují snímek v jediném okamžiku, 7000RMS nepřetržitě analyzuje průtok vody, což umožňuje proaktivní identifikaci trendů a včasné zásahy.	Pokročilá technologie optického měření počítá jednotlivé mikroorganismy a nespoléhá se na růst, čímž eliminuje odchylky, které pocházejí z tvorby kolonií v destičkových metodách.	7000RMS je schopen detekovat mikroorganismy o velikosti pouhých 0,3 μm. Analyzátor také odhalí životaschopné, ale nekultivovatelné bakterie (VBNC) – mikroorganismy, které by tradiční metody mohly přehlédnout.	Trendová data z 7000RMS pomáhají určit, kdy je nutná sanitace vodního systému, a usnadňují rychlou reakci na kontaminaci. Tento proaktivní přístup umožňuje snížit riziko úniku kontaminované vody a zároveň optimalizovat frekvenci dezinfekce.

Jak on-line monitorování vody podporuje dodržování předpisů ve farmacii

Ve farmaceutickém průmyslu není mikrobiální monitorování čištěné vody, ultračisté vody a vody pro injekce jen dobrým postupem kontroly kvality; je to regulační požadavek. Normy stanovené Americkým lékopisem (USP) diktují podmínky, za kterých musí být mikrobiální kontaminace testována.

Například USP <61> nastiňuje požadavky na mikrobiální limity, specifikuje přijatelné úrovně mikroorganismů v nesterilních produktech a zdůrazňuje důležitost kvality vody. USP <62> podrobně popisuje metody detekce specifických patogenů, včetně E. coli, Salmonella a Pseudomonas aeruginosa, ve sterilizované vodě. Kromě toho USP <1231> o vodě pro farmaceutické účely od USP důsledně podporuje on-line nepřetržité monitorování farmaceutických vod. Tento přístup zajišťuje shromažďování historických dat během procesu, což umožňuje efektivní řízení vodních systémů a udržování produkce vody, která splňuje přijatelné standardy kvality.

7000RMS je v souladu s USP <1223>, který podporuje validaci alternativních metod, které prokazují výhody v přesnosti a citlivosti. Dodržuje také pokyny zveřejněné FDA a EMA pro alternativní mikrobiologické metody měření, čímž zajišťují soulad s regulačními normami a zároveň zlepšují proces monitorování.

Budoucnost testování úrovní biologické zátěže ve farmaceutické vodě spočívá v přijetí mikrobiálních analyzátorů v reálném čase. Tyto pokročilé technologie nabízejí změnu paradigmatu v tom, jak mohou farmaceutické společnosti přistupovat ke kontrole mikrobiologické kontaminace, což umožňuje proaktivnější přístup založený na datech.

Přijetím mikrobiálních analyzátorů v reálném čase mohou farmaceutické společnosti nejen zajistit bezpečnost a kvalitu svých produktů, ale také prokázat svůj závazek k dodržování předpisů.

Pokroky v mikrobiálním testování, jejichž příkladem je 7000RMS, zajišťují, že výrobci léčiv mohou dodávat bezpečné a účinné produkty, které chrání zdraví pacientů i jejich vlastní provozní integritu ve stále náročnějším regulačním prostředí.

Vzhledem k tomu, že se toto odvětví neustále vyvíjí, bude pro udržení nejvyšších standardů kvality vody, snížení rizik pro zdraví spotřebitelů a ochranu pověsti značky prvořadé přijetí monitorování v reálném čase.

On-line mikrobiální monitorování farmaceutických vod v reálném čase

METTLER TOLEDO Thornton 7000RMS™ je on-line analyzátor pro měření mikrobiální kontaminace (biologické zátěže) ve farmaceutické vodě v reálném čase. Laserová technologie umožňuje okamžitou detekci a kvantifikaci mikroorganismů přímo ze vzorku vody, čímž překonává omezení časově náročných metod založených na růstu.

Areen Kalantari

Globální specialista na farmaceutický segment

Areen Kalantari je držitelem titulu B.S. v oboru biologického/chemického inženýrství a titulu Master of Business Administration (MBA) v oboru mezinárodního obchodu. Má zkušenosti jak s biotechnologickými aplikacemi, tak s farmaceutickými vodami. Areen dříve pracoval jako produktový manažer pro pH, rozpuštěný kyslík a CO2 a spolupracoval s globálními farmaceutickými a biotechnologickými zákazníky na implementaci účinných SOP a na školení personálu pro jejich buněčné kultury a fermentační procesy. Areen je hlasujícím členem výboru pro standardy Americké společnosti strojních inženýrů – bioprocesní zařízení (ASME-BPE). Přispívá do podskupiny Process Instrumentation, kde pomáhá zavádět normy pro biozpracovatelský a farmaceutický průmysl se zaměřením na vodivost, pH, TOC a různé další procesní technologie. Ve své současné roli podporuje globální trh s farmaceutickými vodními systémy a regulační aspekty systémů WFI a PW USP, pokud jde o požadované testy, které je třeba provést.