Некоторые аспекты проектирования и планирования современной микробиологической лаборатории контроля качества

В фармацевтической и медицинской промышленности микробиологическая лаборатория часто является обособленным структурным подразделением химической аналитической лаборатории. К сожалению, часто её располагают в небольшом помещении, оставшемся после того, как под основные отделы лаборатории контроля качества было отведено несколько больших помещений (1). При этом проблемы и риски микробиологических анализов и их влияние на качество продукции и безопасность пациента недооцениваются или игнорируются. Происходит это непреднамеренно и вследствие недостаточной осведомленности и понимания микробиологических научных основ, поскольку микроорганизмы не видны невооруженным глазом.

В результате этого часто не хватает места для отделения «грязных» работ, таких как обработка микробной культуры и проверка ростовых свойств питательных сред, от «чистых работ», таких как испытания на микробиологическую чистоту и испытания проб воды (1). Также часто технологические потоки не соответствуют рабочим условиям, что создает риск перекрестной контаминации, в результате чего удваивают количество холодильников, инкубаторов и других зон хранения для хранения стерильных сред, образцов до проведения испытаний, а также бактериальных культур на скошенном агаре и пробирок, ожидающих своего часа для использования в проверке ростовых свойств питательных сред (1). В результате каких производственных рекламаций/претензий испытуемые образцы были загрязнены в лаборатории или результаты оказались ложноположительными. Хорошо известно, насколько сложно проводить расследования отклонений микробиологических данных и выявлять основную причину. В соответствии с разделом <1117> Фарм. США результаты аналитического микробиологического анализа могут быть трудно интерпретируемы по нескольким важным причинам:

1. микроорганизмы повсеместно встречаются в природе и являются распространенными контаминантами окружающей среды, особенно организмы, связанные с людьми, преобладают во многих видах микробиологического анализа;
2. аналитик потенциально может занести контаминирующие организмы во время обработки или подготовки пробы в лаборатории;
3. микроорганизмы могут быть неоднородно распределены в пробе или окружающей среде;
4. результаты микробиологических анализов подвержены значительной изменчивости.

Лабораторные исследования должны проводиться с особой осторожностью, чтобы избежать контаминации извне, поэтому в этом случае планировка лаборатории и рабочий процесс играют важную роль.

Общие соображения

Проект микробиологической лаборатории требует особого внимания в связи с природой испытуемого материала. При проектировании микробиологической лаборатории необходимо обратить внимание на следующие общие характеристики микроорганизмов. Микроорганизмы являются невидимыми, повсеместно распространены в природе, переносятся людьми, а также могут вырастать до больших популяций. Другими словами, они являются живыми существами (2). Каждая отдельная клетка может выполнять все основные жизненные функции. Во время проведения анализов на микроорганизмы в лабораториях создают условия окружающей среды, максимально способствующие их росту. Лаборатория должна иметь разработанные методики управления зонами с высокой численностью микроорганизмов, меры предосторожности по предотвращению выброса микроорганизмов в окружающую среду и механизмы предотвращения попадания микроорганизмов в защищенные асептические зоны.

Первоначальный проект микробиологической лаборатории должен учитывать физическое разделение помещений для выполнения функциональных обязанностей и выполнения требований к безопасности, охране окружающей среды и других применимых требований. Микробиологические лаборатории должны проектироваться и обслуживаться с учетом действующих требований GMP (3). В нормативных требованиях четко указано, что лаборатория должна обеспечить, чтобы при использовании её объектов и условий окружающей среды не было неблагоприятного воздействия или же обработка проб, измерения, калибровка и квалификация приборов, а также аналитические испытания не становились недействительными (4). При разработке проекта и подготовке плана микробиологической лаборатории важно определить виды анализов, которые будут выполняться, требуемую производительность лаборатории, расположение оборудования, количество персонала, занятого в испытаниях, необходимые коммуникации (электричество, вода, газ) и механизм контроля непреднамеренного выброса микроорганизмов в окружающую среду, а также перекрестной контаминации. Другими словами, в наличии должны быть средства контроля окружающей среды, чтобы избежать контаминации испытуемых материалов, разбавителей и питательных сред (3). Кроме того, должно быть зарезервировано пространство для дальнейшего расширения. Таким образом, крайне важно, чтобы вышеупомянутые факторы были рассмотрены и учтены на перспективу при проектировании плана микробиологической лаборатории контроля качества. Ниже представлен список типичных анализов и операций, выполняемых в фармацевтической микробиологической лаборатории (5):

1. Испытания на ростовые свойства питательных сред;
2. Хранение культур микроорганизмов;
3. Испытания на бионагрузку;
4. Испытания на микробиологическую чистоту;
5. Испытания на эндотоксины;
6. Испытания на стерильность;
7. Испытания на целостность упаковки;
8. Испытания на эффективность противомикробных средств;
9. Контроль окружающей среды — требует специального оборудования и инкубаторов;
10. Испытания на эффективность дезинфицирующих средств;
11. Испытания на механические включение;
12. Испытания на идентификацию микроорганизмов;
13. Испытания биологических индикаторов;
14. Испытание качества автоклавирования;
15. Испытание на деконтаминацию отходов;
16. Испытание качества мытья лабораторной посуды;
17. Специальные исследования.

Другим важным аспектом современных микробиологических лабораторий является внедрение в их проект и план концепций бережливого производства. Хорошо известно, что проект, план и размещение лабораторий оказывают существенное влияние на лабораторные процессы, режимы работы и коммуникации. Хороший проект будет изначально учитывать концепции бережливого производства в процессах, включая лабораторные потоки, визуальное управление, качественную работу, а также высокие стандарты работы на рабочих местах (6). Внедрение концепций бережливого производства позволит сократить время выполнения работ, уменьшит избыточность, исключит нерациональные этапы и повысит качество. Это позволит лабораторному персоналу работать более эффективно без затраты дополнительных усилий, поскольку истинная цель бережливости состоит в максимизации полезного эффекта и сведению к минимуму всех нерациональных действий. Несмотря на то, что условия в лаборатории не эквивалентны производственным, бережливость может быть реализована путем тщательной проработки и адаптации методов на основании глубокого понимания лабораторных процессов. Планировка лабораторий и вспомогательных зон должна способствовать потоку материалов с точки зрения практичности, разделению различных операций и надлежащим практикам утилизации отходов (3). Для повышения показателей эффективности и безопасности лаборатории к действующим и будущим сотрудникам лаборатории должна применяться, как минимум, бережливая методология 5S.

Цель данной статьи состоит в выработке рекомендаций и предложений по проектированию и планированию микробиологической лаборатории контроля качества. В ней не рассматриваются предложения или рекомендации по оснащению микробиологической лаборатории или её инженерным системам, таким как системы водоснабжения, освещения, требования к сжатым газам или вакууму. Она также не содержит подробных аспектов безопасности микробиологической лаборатории, таких как станция для промывания глаз, душ, ситуации с разливом биологически опасных веществ, хранение химикатов, расположение огнетушителей, лабораторные санитарно-гигиенические процедуры и другие общие аспекты безопасности.

Аспекты проектирования

Основываясь на вышеупомянутых факторах, ниже приводятся некоторые предложения и рекомендации для рассмотрения при разработке, проектировании и планировании микробиологической лаборатории контроля качества:

• Как уже упоминалось Sutton в 2010 году, одним из важнейших элементов проекта лаборатории является разработка спецификации требований пользователя (URS), которая позволяет разработать проект, который удовлетворяет всем требованиям, таким как нормативные, экологические, финансовые, пространственные, производственные и складские. Цели URS ограничиваются перечислением требуемых норм, а фирма-проектировщик отвечает за предоставление вариантов выполнения требований. В начале проекта заказчик должен предоставить поставщику инженерно-технических услуг достаточную информацию для разработки и оценки конкретных вариантов. Требования пользователей должны быть сосредоточены на том, что необходимо без чрезмерных предписаний относительно того, как требования должны быть выполнены (3). Ниже перечислены некоторые важные данные, которые необходимо собрать для составления URS, как это было предложено Sutton в 2010 году:

1. 1. Какая цель проекта?
   2. Какая область применения проекта?
   3. Определение расположения лаборатории.
   4. Какие основные функциональные зоны в лаборатории (например, одевания, приемки образцов, общего хранения, приготовления и хранения сред, приготовления и хранение культур, хранения химикатов, испытания образцов, инкубации, подсчета, идентификации микроорганизмов, мытья стеклянной посуды и т. д.)?
   5. Какие препараты будут производиться?
   6. На каком рынке будут продаваться препараты?
   7. Какие требования к температуре и влажности?
   8. Какие требуются уровни чистоты?
   9. Сколько дней должны храниться в архиве образцы исходных материалов и готовой продукции?
   10. Какие требования к стабильности?
   11. Какое требуется количество испытуемых образцов (на основе объемов производства/количества)?
   12. Какие требования к окружающей среде препарата?
   13. Какие испытания будут проводить на продуктах / испытуемых образцах?
   14. Сколько смен будет работать?
   15. Сколько аналитиков будет в каждой зоне во время каждой смены?
   16. Перечисляют все известные рабочие диапазоны и допуски для критических параметров испытаний.
   17. Указывают любые эксплуатационные ограничения или затруднения.
   18. Указывают любую информацию по безопасности для связанных материалов и процессов.
   19. Указывают как будут утилизироваться отходы.
   20. Указывают любые известные совместимости или несовместимости со строительными материалами.
   21. Описывают предполагаемые методы, средства и предельные значения для процедур очистки.
   22. Какие предпочитаемые типы шкафов?
   23. Какое оборудование требует резервной системы аварийного питания?
   24. Какая информация о проекте и конструкции доступна для реконструкции существующего здания?
   25. Какие планы на будущее расширение?

• При проектировании микробиологической лаборатории необходимо учесть на будущее следующие вопросы (7):

1. 1. Как спроектирована и насколько пригодна зона проведения испытаний на стерильность?
   2. Где проводятся испытания на стерильность? В изоляторе или нет?
   3. Как оценивается защита от микробиологического загрязнения во время асептических операций?
   4. Имеются ли в наличии соответствующие процедуры по доступу в критические зоны?
   5. Где проводят проверку ростовых свойств питательных сред?
   6. Отделена ли зона для испытаний положительных контролей / испытаний на проверку ростовых свойств питательных сред от зон испытания продукта.
   7. Отделена ли система вентиляции от других зон? Какие перепады давления? Имеются ли в наличии визуальные сигналы тревоги?
   8. Где подготавливают материалы для асептических операций? Где приготавливают питательные среды для испытаний? Есть ли отдельная зона/помещение для манипуляций с питательными средами?
   9. Как и где хранятся деконтаминированные материалы для микробиологических испытаний? Есть ли какое-либо разделение зоны мойки на участки очищенных и неочищенных объектов?

• Микробиологические лаборатории и отдельное вспомогательное оборудование (например, автоклавы и стеклянная посуда) должны быть специально выделены для этих операций и отделены от других зон, в частности, от производственных зон (8).
• В микробиологической лаборатории должно быть достаточно места для всех видов деятельности, чтобы избежать путаницы, контаминации и перекрестной контаминации (8).
• Для обеспечения надлежащего хранения стеклянной посуды, портативных приборов, микробиологических сред, расходных материалов, реактивов, растворителей, химикатов, опасных или регулируемых отходов, а также стандартных образцов и материалов в лаборатории должны быть соответствующие отдельные зоны хранения достаточного размера (9).
• Микробиологическая лаборатория должна быть надлежащим образом спроектирована с учетом пригодности строительных материалов для обеспечения надлежащей очистки, дезинфекции и минимизации рисков контаминации (8, 9). Например, поверхности в микробиологической лаборатории не должны быть выполнены из деревянных материалов.
• Планировка и проект лаборатории должны тщательно учитывать требования надлежащей микробиологической практики и лабораторной безопасности (10).
• Подача воздуха для лабораторий и производственных зон должна быть раздельной. А в тех случаях, когда это уместно и необходимо, микробиологическая лаборатория должна иметь собственную установку воздухоподготовки, а также другое оснащение, включая средства контроля температуры и влажности. Подаваемый в лабораторию воздух должен быть надлежащего качества и не должен быть источником контаминации. Проект лаборатории должен учитывать перепады давления и визуальные сигналы тревоги (7, 8).
• Перекрестная контаминация микробиологических культур должна быть сведена к минимуму на сколько это возможно (10).
• Решающую роль в микробиологической лаборатории играют потоки материалов и персонала. Лаборатория должна быть спроектирована таким образом, чтобы поток из чистых зон в грязные зоны был однонаправленным.
• Обработка микробиологических образцов должна осуществляться в среде, обеспечивающей минимальную или полностью исключающей контаминацию образцов (10).
• Лаборатория должна быть разделена на чистые или асептические зоны и зоны живых культур (9, 10).
• Зоны, в которых подготавливают и инкубируют пробы окружающей среды или стерильного продукта, должны поддерживаться полностью стерильными и не содержать живых культур (10).
• В микробиологической лаборатории может возникнуть потребность в работе с коллекциями культур. А в какой-то момент может потребоваться надежное хранение и восстановление чистых культур (3). Поэтому работа с живыми культурами должна осуществляться в зоне для живых («грязных») культур. А для обеспечения безопасности технических специалистов лаборатории открытые работы, включающие операции с живыми культурами, такие как проверка ростовых свойств питательных сред, испытания положительных контролей, валидация и квалификация методик (включая внесение добавок живых культур), хранение и идентификация микроорганизмов, испытания биологических индикаторов, испытания эффективности дезинфекции и т. д., должны осуществляться в боксе биологической безопасности (BSC) типа II.
• Рабочая зона для открытия контейнера с продуктом или какого-либо контейнера с образцом для проведения испытаний должна располагаться либо в боксе с ламинарным потоком воздуха, профильтрованным через HEPA-фильтр, либо в альтернативной контролируемой среде, для защиты открытых питательных сред и продукта от воздействия контаминантов из окружающей среды или от персонала. В связи с этим, испытания на бионагрузку и микробиологическую чистоту должны проводиться как минимум в боксе с ламинарным потоком воздуха, профильтрованным через HEPA-фильтр (11).
• BSC или бокс с ламинарным потоком воздуха не должен располагаться непосредственно под вентиляционными отверстиями. Они также должны быть расположены вдали от лабораторных дверей и раковин.
• Следует уделить внимание проектированию соответствующих классифицированных зон для операций, которые будут выполняться в микробиологической лаборатории. Классификация должна основываться на критичности продукта и операциях, выполняемых в этой зоне. Испытание на стерильность должно проводиться в том же классе, что и для стерильных/асептических производственных операций (8). Испытание на стерильность должно проводиться в боксе с ламинарным потоком воздуха класса А, расположенном в чистом помещении класса В или в изоляторе, который не обязательно должен находиться в контролируемой среде. Испытания на стерильность должны проводиться в рабочей зоне, которая имеет достаточное пространство, а материал должен располагаться таким образом, чтобы он не нарушал ламинарный поток воздуха (12).
• Доступ в чистое помещение, в котором проводится испытание на стерильность, должен осуществляться через воздушный шлюз, в котором операторы должны переодеться в одежду для чистого помещения (12).
• Вся фурнитура, такая как электрические розетки, а также осветительная арматура, должна быть выполнена заподлицо с поверхностями стен или потолка и герметично закрыта для предотвращения попадания неочищенного воздуха. Поверхности в чистом помещении должны быть гладкими и непроницаемыми для чистящих средств (12).
• Для облегчения очистки стыки в чистом помещении между потолками/стенами/полом должны быть скругленными (12).
• Стулья, шкафы для хранения и тележки в чистом помещении должны быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать легкую очистку и должны быть пригодны для использования в условиях чистого помещения (12).
• Мебель в лабораториях должна соответствовать требованиям операций, которые будут выполняться в лаборатории, а не наоборот (6).
• В тех случаях, когда это возможно, для проектирования новой лаборатории следует использовать концепцию трех зон. Например, первая зона представляет собой лабораторное пространство для испытания образцов, вторая охватывает зону документации, где аналитики записывают результаты, а третья зона представляет собой зону, где выполняют не связанные с испытаниями работы по проекту и взаимодействие с коллективом (6). Ключом к успеху такой компоновки является смежность зон 1 и 2, то есть они должны составлять единое целое, но при этом требуют некоторого разделения для того, чтобы создать подходящую и безопасную среду. По сути регистрация данных, полученных в результате испытаний, должна проводиться внутри микробиологической лаборатории, но зоны испытания образцов и документирования должны быть разделены.
• Пространство лаборатории должно быть спроектировано таким образом, чтобы руководитель лаборатории, управленческий персонал и инспекторы могли наглядно ознакомиться с рабочим процессом, оборудованием и процессом сбора данных без входа в фактическое рабочее пространство.

Вывод

При проектировании микробиологической лаборатории контроля качества важно учитывать природу микроорганизмов, потенциальные источники перекрестной контаминации, природу испытуемых материалов, а также нормативные требования фармацевтической промышленности и промышленности по производству медицинских изделий. Получение и сбор данных являются ключом к обеспечению качества продукции и безопасности пациентов.

Список литературы

1. bioforum.org.il/en-US/Course.aspx?cid=1309 (accessed August 22, 2017)
2. B. Whitman, D.C. Coleman, and W.J. Wiebe, Prokaryotes: the unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(12), 6578-6583, 1998.
3. Sutton, Laboratory Design: Establishing the facility and management structure. DHI Publishing, IL, USA, PDA, Bethesda, MD, USA, 2010.
4. agilent.com/cs/library/primers/Public/5991-5700EN.pdf (accessed August 22, 2017)
5. Booth, Method development and validation for the pharmaceutical microbiologist. DHI Publishing, IL, USA, PDA, Bethesda, MD, USA, 2017.
6. flad.com/content/epubs/Novartis_BSM_LeanLabDesignWorkshopWhitePaper.pdf(accessed August 22, 2017)
7. PIC/S, Inspection of pharmaceutical quality control laboratories, (2007).
8. WHO, WHO good practices for pharmaceutical microbiology laboratories. Annex 2, (2011).
9. FDA, Facilities and Environmental Conditions, (2008).
10. USP 40-NF 35 General Chapter <1117>, “Microbiological Best Laboratory Practices”, page 1443.
11. FDA, Pharmaceutical Microbiology Manual, (2015).
12. PIC/S, Recommendation on Sterility Testing, (2007).

Автор: Ratul Saha
Перевод: Антон Мымриков
По материалам IVTNetwork

Похожие записи:

Пробы для микробиологического анализа: отбор, хранение и обработка

Выбор вспомогательного вещества и его качество — часть 2

GMP-сказания о братьях наших меньших

Понимание природы, предотвращение появления и уничтожение плесневых грибов в чистых помещениях

Зачем валидировать время хранения в неочищенном состоянии?

Голуби на заводе: 10 реальных ошибок фармацевтических предприятий (и как их избежать)

Нормативы очистки — Почему следует отказаться от критерия «10 ppm»?

Микробиологические испытания и нормы для оценки эффективности очистки