Framtiden för mikrobiell kontamineringstestning: Snabbt och i realtid

Hur läkemedelsföretag säkerställer vattensäkerhet och bekämpar biologisk belastning med onlineövervakning

mins

18 Aug, 2025

Areen Kalantari

När det gäller läkemedelstillverkning är vattnets renhet av största vikt. Mikrobiell kontaminering, eller biobelastning, utgör ett betydande hot mot både konsumenternas hälsa och läkemedelsföretagens rykte. Traditionella mikrobiella testmetoder är ofta tidskrävande, felbenägna och arbetskrävande. Framväxten av mikrobiella analysatorer i realtid erbjuder en lovande lösning på dessa utmaningar och revolutionerar hur läkemedelstillverkare närmar sig kontroll av biobelastning.

Vattentestning Farmaceutisk tillverkning

Mikrobiell kontaminering, även känd som bioburden i samband med farmaceutiska vatten, avser antalet och typerna av livskraftiga mikroorganismer som finns i ett vattenprov, inklusive bakterier och svampar. Sådan kontaminering är ett stort problem för läkemedelsföretagen, eftersom mikrobiell kontaminering kan äventyra läkemedlens säkerhet och effekt. Farmaceutiskt vatten måste uppfylla stränga renhetsstandarder som fastställts av tillsynsorgan, eftersom de fungerar som en kritisk komponent vid tillverkning av läkemedel. Följaktligen är rigorösa mikrobiella tester avgörande för att säkerställa vattnets renhet och skydda både patienternas hälsa och integriteten i farmaceutiska tillverkningsprocesser.

Farorna med biologisk belastning i farmaceutiska vatten

Riskerna med mikrobiell kontaminering i farmaceutiskt vatten kan inte överskattas. Förorenat vatten utgör ett direkt hot mot konsumenternas hälsa, särskilt för personer med nedsatt immunförsvar eller de som genomgår kritiska behandlingar. Att inta eller utsättas för vatten som är förorenat med patogena mikroorganismer kan leda till allvarliga hälsokomplikationer, såsom infektioner i blodomloppet, gastrointestinala sjukdomar och andra livshotande tillstånd.

För många läkemedelsföretag kan konsekvenserna av vattenförorening vara lika förödande när det gäller ekonomisk skada och ryktesspridning. Läkemedelsindustrin uppskattar att kostnaden för en enda återkallelse kan variera från hundratusentals till miljontals dollar, beroende på hur allvarligt problemet är och hur omfattande det är. En sådan incident kan skada ett företags rykte genom att urholka konsumenternas förtroende och långvariga negativa varumärkesassociationer.

I en tid då information sprids snabbt via sociala medier och onlineplattformar kan negativ publicitet leda till betydande nedgångar i försäljning, aktiekurser och investerarnas förtroende.

För läkemedelsvarumärken är insatserna otroligt höga: att navigera balansen mellan att upprätthålla operativ effektivitet och säkerställa regelefterlevnad av de högsta standarderna för vattenkvalitet är avgörande för hållbar framgång.

Traditionella testmetoder för övervakning av mikrobiella gränser

Historien om mikrobiell testning kan spåras tillbaka till slutet av 1800-talet, under det spirande området mikrobiologi. Banbrytande forskare som Louis Pasteur, Julius Petri och Robert Koch lade grunden för att förstå mikroorganismernas roll i hälsa och sjukdom. I början av 1900-talet, när läkemedelsindustrin började växa och produktionen av läkemedel blev mer komplex, blev behovet av tillförlitliga metoder för att upptäcka mikrobiell kontaminering i produkter, inklusive vatten, uppenbart.

De första testerna av uppräkning av bioburden förlitade sig främst på direkta observations- och odlingstekniker. Det var inte förrän i mitten av 1900-talet som standardiserade metoder för att kvantifiera mikroorganismer i vatten utvecklades, vilket ledde till att de första farmakopéerna upprättades. I USA började United States Pharmacopeia (USP) att skissera acceptabla mikrobiella gränser och testmetoder för farmaceutiska produkter, med betoning på vikten av kvalitetskontroll i vatten som används för tillverkning.

Räkning av plattor

Direkt platträkning innebär att man samlar in vattenprover, odlar dem i ett laboratorium och räknar de kolonier som bildas under flera dagar. Även om dessa tekniker har varit standardpraxis, har de betydande begränsningar:

Tidskrävande: Platträkning är en arbetsintensiv process som vanligtvis kräver 5-7 dagar för att ge resultat.

Subjektivt: Numrerande kolonier kan vara subjektiva och utsatta för mänskliga fel på grund av manuell räkning och variationer i inkubationsförhållanden.

Begränsad sensitivitet och specificitet: Platträkning kanske inte är tillräckligt känsligt för att upptäcka låga nivåer av kontaminering. Dessutom ger platträkning endast en ögonblicksbild av föroreningsnivåerna vid en viss tidpunkt, snarare än en kontinuerlig bild av vattenkvaliteten.

Filtrering med membran

Membranfiltrering blev populärt i mitten av 1900-talet, särskilt för att testa större volymer vatten. I denna teknik leds vattenprover genom ett filter med porer som är tillräckligt små för att fånga mikroorganismer (vanligtvis 0,45 μm i diameter). Filtret placeras sedan på ett odlingsmedium och inkuberas, på samma sätt som med platträkningsmetoden. Därför står membranfiltrering inför liknande nackdelar:

Lång process: Membranfiltrering kan vara tidskrävande, särskilt om stora mängder vatten testas.

Benägen för fel: Processen kräver noggrann hantering och kan vara känslig för de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos vattenprovet, vilket kan hämma mikrobiell tillväxt. Dessutom kommer alla mikroorganismer som finns men inte kan odlas att förbli oupptäckta, vilket leder till potentiella luckor i övervakningen och möjlig överväxt av farliga kolonibildande enheter.

Även om traditionella metoder för mikrobiell belastningstestning har fungerat som kritiska verktyg i många år, har de betydande begränsningar som kan äventyra vattenkvaliteten och därmed patientsäkerheten. Båda teknikerna som nämns är specifikt beroende av att räkna kolonibildande enheter (CFU), vilket kräver tid för mikroberna att växa till kolonier som kan räknas fysiskt. Således är dessa tekniker resurskrävande, kräver betydande tid och arbete för provtagning, bearbetning och analys, och ger endast en ögonblicksbild av mikrobiella nivåer vid ett specifikt ögonblick. De tillhandahåller därför inte kontinuerlig övervakning av vattenkvaliteten. I en bransch där kontaminering kan inträffa snabbt och få omedelbara konsekvenser kan denna fördröjning av att uppnå resultat vara särskilt problematisk.

Dessutom är det inte alla mikroorganismer som är lätta att odla i laboratorier, vilket innebär att vissa patogener kan förbli oupptäckta. Denna selektivitet kan leda till en underskattning av den totala mikrobiella belastningen, eftersom vissa mikroorganismer som finns i provet kanske inte kan växa på det valda mediet.

Här kommer kontinuerliga mikrobiella analysatorer i realtid in i bilden, som presenterar en modern lösning på de utmaningar som traditionella metoder innebär. Dessa avancerade system ger omedelbar upptäckt av mikrobiell kontaminering, vilket möjliggör proaktiva ingripanden.

Mikrobiell detektering i realtid, som används i analysatorer som vår 7000RMS, bygger på två etablerade optiska mättekniker: Laser Induced Fluorescence (LIF) och Mie Scattering. Dessa tekniker arbetar tillsammans för att upptäcka och kvantifiera mikroorganismer i vatten med hög renhet som de som används inom läkemedelsproduktion.

Så här fungerar processen:

Laserinducerad fluorescens (LIF) står i centrum genom att utnyttja den naturliga fluorescensen hos mikrobiella metaboliter, såsom NADH och riboflavin. När 405 nm-lasern i analysatorn lyser upp vattnet som strömmar genom den, absorberar dessa metaboliter ljuset och går in i ett exciterat tillstånd. När de återgår till sitt ursprungliga tillstånd frigör de energi i form av fluorescerande ljus, som sedan fångas upp av en fotodiod i 7000RMS.

Mie Scattering kompletterar denna process genom att mäta hur ljuset interagerar med själva mikroorganismerna. När laserljuset passerar genom vattnet sprids ljuset av alla mikroorganismer som är närvarande. En detektor registrerar hur ljuset sprids och avslöjar viktig information om partiklarnas storlek och mängd. 7000RMS syntetiserar data från både fluorescens- och spridningsdetektorerna. När båda signalerna stämmer överens under specifika kriterier identifierar analysatorn en enda mikroorganism som en autofluorescerande enhet (AFU). Resultaten visas live på ett användarvänligt pekskärmsgränssnitt, vilket ger tydliga och omedelbara insikter om vattenkvaliteten.

På en grundläggande nivå är AFU-räkning som att omedelbart ta ett levande och detaljerat foto, medan CFU-räkning är som att vänta på att en grundläggande och ihålig skiss ska renderas. Denna realtidsfunktion är avgörande för läkemedelsindustrin där snabb upptäckt av kontaminering är avgörande.

Dessutom tillåter AFU en direkträkningsmetod för att numrera enskilda celler, till skillnad från CFU-räkning, som bara uppskattar populationen i en hel koloni. Efterföljande AFU-mätningar kan göras direkt i processmiljön, vilket minskar risken för kontaminering i samband med traditionella provtagningsmetoder. Denna in-situ-övervakning ger kontinuerliga insikter om vattenkvaliteten och ger en dynamisk bild av mikrobiell aktivitet

Fördelar med kontinuerlig vattentestning

Hastighet	Kontinuerlig	Direkta mätningar	Förbättrad känslighet	Omedelbara åtgärder
Med resultat varannan sekund ger realtidsövervakning snabb upptäckt av föroreningar. Medan platträkning kan ta 5-7 dagar, fångar 7000RMS 216 000+ mätningar under samma tidsperiod.	Till skillnad från statiska platträkningar, som ger en ögonblicksbild i ett enda ögonblick, analyserar 7000RMS kontinuerligt vattenflödet, vilket möjliggör proaktiv trendidentifiering och tidiga insatser.	Avancerad optisk mätteknik räknar enskilda mikroorganismer och är inte beroende av tillväxt, vilket eliminerar de variationer som kommer från kolonibildning i plattmetoder.	7000RMS kan detektera mikroorganismer så små som 0,3 μm. Analysatorn avslöjar också livskraftiga men icke-odlingsbara (VBNC) bakterier – mikroorganismer som traditionella metoder kan missa.	Trenddata från 7000RMS hjälper till att avgöra när sanering av vattensystemet är nödvändig och underlättar snabba reaktioner på föroreningar. Detta proaktiva tillvägagångssätt gör det möjligt att minska risken för att släppa ut förorenat vatten samtidigt som saneringsfrekvensen optimeras.

Hur online-vattenövervakning stöder läkemedelsefterlevnad

Inom läkemedelsindustrin är mikrobiell övervakning av renat vatten, ultrarent vatten och vatten för injektion inte bara en god kvalitetskontrollpraxis; Det är ett lagstadgat krav. Standarder som fastställts av USA:s farmakopé (USP) dikterar under vilka förhållanden mikrobiell kontaminering måste testas.

I USP <61> beskrivs till exempel krav på mikrobiella gränser, där man specificerar acceptabla nivåer av mikroorganismer i icke-sterila produkter och betonar vikten av vattenkvalitet. USP <62> beskriver metoder för att detektera specifika patogener, inklusive E. coli, Salmonella och Pseudomonas aeruginosa, i steriliserat vatten. Dessutom har USP <1231> om vatten för farmaceutiska ändamål från USP konsekvent godkänt kontinuerlig övervakning av farmaceutiskt vatten på nätet. Detta tillvägagångssätt säkerställer att historiska processdata samlas in, vilket möjliggör effektiv kontroll av vattensystem och upprätthållande av produktionen av vatten som uppfyller acceptabla kvalitetsstandarder.

7000RMS är i linje med USP <1223>, vilket uppmuntrar validering av alternativa metoder som visar fördelar när det gäller noggrannhet och känslighet. Den följer också riktlinjer som publicerats av FDA och EMA för alternativa mikrobiologiska mätmetoder, vilket säkerställer överensstämmelse med regulatoriska standarder samtidigt som övervakningsprocessen förbättras.

Framtiden för testning av biobelastningsnivåer i farmaceutiskt vatten ligger i användningen av mikrobiella analysatorer i realtid. Dessa avancerade tekniker erbjuder ett paradigmskifte i hur läkemedelsföretag kan närma sig mikrobiologisk kontamineringskontroll, vilket möjliggör ett mer proaktivt, datadrivet tillvägagångssätt.

Genom att använda mikrobiella analysatorer i realtid kan läkemedelsföretag inte bara garantera säkerheten och kvaliteten på sina produkter utan också visa sitt engagemang för regelefterlevnad.

Framstegen inom mikrobiell testning som exemplifieras av 7000RMS säkerställer att läkemedelstillverkare kan leverera säkra och effektiva produkter, vilket skyddar både patienternas hälsa och deras egen operativa integritet i ett alltmer krävande regulatoriskt landskap.

I takt med att branschen fortsätter att utvecklas kommer det att vara av största vikt att använda realtidsövervakning för att upprätthålla de högsta standarderna för vattenkvalitet, minska riskerna för konsumenternas hälsa och skydda varumärkets rykte.

Mikrobiell övervakning i realtid för farmaceutiska vatten

METTLER TOLEDO Thorntons 7000RMS™ är en online-analysator för realtidsmätning av mikrobiell kontaminering (bioburden) i farmaceutiskt vatten. Laserbaserad teknik möjliggör omedelbar detektering och kvantifiering av mikroorganismer direkt från vattenprovet, vilket övervinner begränsningarna med tidskrävande tillväxtbaserade metoder.

Areen Kalantari

Specialist inom det globala läkemedelssegmentet

Areen Kalantari har en kandidatexamen i biologisk/kemisk teknik och en MBA i International Business. Han har erfarenhet av både biotekniska tillämpningar och farmaceutiska vatten. Areen har tidigare arbetat som produktchef för pH, löst syre och CO2, där han arbetat med globala läkemedels- och bioteknikkunder för att implementera effektiva SOP:er och för att utbilda personal för deras cellodlings- och fermenteringsprocesser. Areen är en röstberättigad medlem i American Society of Mechanical Engineers – Bioprocess Equipment (ASME-BPE) standardkommitté. Han bidrar till undergruppen Process Instrumentation för att hjälpa till att implementera standarder för bioprocess- och läkemedelsindustrin, med fokus på konduktivitet, pH, TOC och olika andra processtekniker. I sin nuvarande roll stödjer han den globala marknaden för farmaceutiska vattensystem och USP:s regulatoriska aspekter av WFI- och PW-system när det gäller nödvändiga tester som ska utföras.