Gemeinsame Anwendungen für WFI in der biopharmazeutischen Industrie
Wasser ist ein wichtiger Bestandteil der biopharmazeutischen Industrie, da es in jeder Phase der Forschung, Entwicklung und Herstellung von Produkten verwendet wird. Bei dem für diese Produkte verwendeten Wasser handelt es sich jedoch nicht um typisches Leitungswasser. Stattdessen werden verschiedene Produktionsmethoden zur Herstellung unterschiedlicher Wassertypen verwendet, wie z. B. Wasser für Injektionszwecke (WFI). Die Herstellung von WFI ist ein effektiver Weg, um den Bedarf an Wasser in der biopharmazeutischen Industrie zu decken. MECO hat sich auf die Produktion von Wasser in pharmazeutischer Qualität spezialisiert und liefert täglich über 25 Millionen Gallonen durch hochtechnisierte Prozesse. In diesem Artikel erfahren Sie, was Water for Injection (WFI) ist, wofür es verwendet wird, wie es sich von gereinigtem Wasser unterscheidet und wie es hergestellt wird.
Was ist Wasser für Injektionszwecke (WFI) in der pharmazeutischen Industrie?
Wasser für Injektionszwecke (WFI) ist ein Lösungsmittel, das üblicherweise zur Verdünnung von Medikamenten oder Lösungen verwendet wird, die in den Körper injiziert werden sollen. Um den Vorschriften zu entsprechen, muss WFI nur sehr wenige chemische oder biologische Stoffe enthalten, die das Wachstum von Mikroorganismen oder Bakterien fördern könnten. WFI-Systeme arbeiten in der Regel mit Hochtemperaturumgebungen und kontinuierlich zirkulierenden Wassersystemen, die das mikrobielle Wachstum im Wasser verhindern.
Wozu wird Wasser für Injektionszwecke verwendet?
Water for Injection (WFI) ist eine hoch gereinigte Form von Wasser, die in der pharmazeutischen Industrie für verschiedene Anwendungen eingesetzt wird. Einige der wichtigsten Anwendungen sind:
1. Herstellung von implantierbaren medizinischen Geräten: Biomedizinische Hersteller verwenden WFI, um die Sterilität bei der Herstellung implantierbarer medizinischer Geräte zu gewährleisten.
2. Hämofiltration: Die Hämofiltration spielt eine entscheidende Rolle bei der Filterung von Abfallprodukten aus dem Blut und der Injektion von sterilen Ersatzflüssigkeiten.
3. Reinigung von Laborgeräten: WFI ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Sterilität der Ausrüstung und die Erhaltung der Produktqualität. Es wird zur Reinigung von Behältern und Verarbeitungsgeräten verwendet, die bei der Zubereitung von parenteralen Arzneimitteln eingesetzt werden.
4. Verdünnung von Arzneimitteln: WFI ist aufgrund seines hohen Reinigungsgrades ein steriles Verdünnungsmittel für parenterale Arzneimittel.
5. Herstellung parenteraler Arzneimittel: WFI erfüllt strenge Reinigungsstandards für Medikamente, die direkt in den menschlichen Körper injiziert werden. Zu den parenteralen Arzneimitteln gehören Medikamente, die über die Haut, die Venen, die Muskeln, den Wirbelsäulenkanal und das Herz injiziert werden.
Weitere Verwendungszwecke für WFI sind:
- Reinigungsmittel
- Produkte für die Augengesundheit
- Inhalationsmedikamente
- Wachstumsmedien für Zellkulturen
- Spülung von Bioreaktoren bei biologischen Therapien
- Flüssigkeitsauffüller nach einem geeigneten Lösungsmittel
Die gereinigte Beschaffenheit von WFI eignet sich ideal für die Reinigung von allem, was mit Arzneimitteln in Berührung kommt, wie z. B. Verschlüsse, Fläschchen, Ampullen, Stopfen und Geräte, die zur Lagerung und Verarbeitung von Arzneimitteln verwendet werden.
Wie WFI produziert wird
Die Herstellung von WFI erfordert sorgfältige und komplexe Verfahren. Drei gängige Methoden sind membranbasierte Systeme, die Destillation mit mehreren Effekten und die Dampfkompressionsdestillation.
Membranbasierte Systeme
Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von WFI, die jeweils mit unterschiedlichen Betriebskosten verbunden sind. Ein Ansatz ist die Verwendung eines membranbasierten Systems wie der Umkehrosmose in Kombination mit Ultrafiltration. Solche Systeme sind kostengünstiger und benötigen weniger Platz. Sie erfordern jedoch einen höheren Überwachungsaufwand und bergen ein höheres Kontaminationsrisiko, das allerdings durch gelegentliche Heißwasserdesinfektion verringert werden kann.
Um das Wasser zu reinigen, kann ein Enthärter die Härte entfernen, und ein Kohlefilter kann Chlor entfernen. Die Umkehrosmose beseitigt die meisten gelösten Ionen, Partikel und organischen Stoffe. Durch Elektrodeionisation können die restlichen gelösten Ionen entfernt werden. Die Ultrafiltration schließlich entfernt alle Endotoxine und biologischen Verunreinigungen, die noch im Wasser vorhanden sein können.
Mehrfacheffekt-Destillation
Mehrstufige Destillierapparate erzeugen WFI unter Verwendung mehrerer Stufen von "Effekten". Pharmazeutische Destillierapparate mit mehreren Effekten sind modular aufgebaut und bieten Optionen für die ausschließliche und gleichzeitige Erzeugung von reinem Dampf. Die Standardmerkmale umfassen:
- Zwei Kondensatoren
- PLC-basierte Steuerungen
- Hot-Standby-Option
- Vertikale Naturumlaufverdampfer
- Gerade geglühte Rohre im Verdampfer
- PID-Regelung des Drucks der ersten Wirkung und des Speisewasserstands
Die Anlage wird ebenfalls im Werk auf Skids zusammengebaut, verkabelt und verrohrt. Die Mehrstufen-Destillation ist die energieintensivste Methode zur Herstellung von WFI.
Dampfkompressionsdestillation
Die Dampfkompressionsdestillation gilt als die zuverlässigste Methode zur Herstellung von Wasser für Injektionszwecke. Der VC-Prozess für die pharmazeutische Destillation beginnt in der Regel mit enthärtetem und entchlortem Wasser (als Minimum) und wird in einem Rohrbündel gekocht. Der erzeugte Dampf strömt dann durch einen Nebelabscheider, um alle Verunreinigungen aus dem aus der Speisewasserzufuhr erzeugten Dampf zu entfernen. Der reine Dampf gelangt bei kontrolliertem Sättigungsdruck (und folglich Temperatur) in den Kompressor, wo die Kompression stattfindet, was zu einem höheren Sättigungsdruck führt. Der unter höherem Druck (und höherer Temperatur) stehende komprimierte Dampf wird in den Verdampfer auf die Außenseite der Rohre abgegeben, wo er kondensiert und seine latente Wärmeenergie an das kochende Wasser im Inneren der Rohre abgibt. Der VC-Prozess ist thermodynamisch sehr effizient, da nur etwa 10-15 BTU (11-16 kJ) Kompressorarbeit aufgewendet werden, um etwa 1000 BTU (1056 kJ) der in den freigesetzten Dämpfen enthaltenen latenten Wärme zu recyceln. Es wird zusätzlicher Dampf erzeugt, und der Prozess wird fortgesetzt. Der Dampf, der an der Außenseite der Rohre kondensiert, wird gesammelt, von der Destillatpumpe abgesaugt und durch einen Wärmetauscher gepumpt. Das überschüssige Speisewasser (Blowdown) wird durch einen Wärmetauscher gepumpt. Das Destillat und der Blowdown werden in den jeweiligen Wärmetauschern gekühlt, während gleichzeitig das einströmende
Speisewasser vorgewärmt wird. Die Wärmetauscher tragen dazu bei, den Energieverbrauch des Systems zu minimieren.
Das VC-Verfahren hat im Vergleich zum ME-Verfahren eine relativ hohe Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Speisewasservorbehandlung bei VC-Anlagen in der Regel geringer als bei ME-Anlagen. In einigen Fällen, in denen die Vorbehandlung des Speisewassers vereinfacht werden kann, kann die Gesamtinvestition für ein VC-basiertes System niedriger sein, und die Betriebskosten für den Wasserreinigungsprozess, bei dem VC zum Einsatz kommt, sind geringer. Die Wasserrückgewinnungsraten des Gesamtsystems sind bei einer VC-Anwendung manchmal höher, wenn man die effizientere Speisewasservorbehandlung und den geringeren Kühlwasserbedarf berücksichtigt.
Vapor-Compression-Destillierapparate können Wasser sowohl bei heißen Temperaturen als auch bei Umgebungstemperaturen oberhalb der Speisewassertemperatur erzeugen. Durch Öffnen und Schließen des Ventils um den Destillationswärmetauscher herum kann der Destillator zwischen der Produktion von Wasser bei Umgebungstemperatur und heißem Wasser umgeschaltet werden. Einer der Hauptvorteile einer ambient (kalten) VC-Destille besteht darin, dass das Lager- und Verteilungssystem regelmäßig mit heißem Wasser aus der Destillationsanlage gereinigt werden kann. Diese Art von Destillierapparat gewinnt auch mehr Wärme zurück und benötigt weniger Anlagendampf für den Betrieb als ein Destillierapparat, der heißes WFI produziert.
Einige Merkmale der Dampfkompression sind:
- Abfallvermeidung
- Erhöhte Energie- und Wassereinsparungen
- Variable Produktion
- Vereinfachte Wasservorbehandlung
- Die Fähigkeit, bei unterschiedlichen Temperaturen zu funktionieren
Ein weiterer Vorteil der VC-Destillation besteht darin, dass eine Leckage im Verdampfer aufgrund der hohen Leitfähigkeit bereits beim Anfahren erkannt wird. Dies liegt daran, dass das destillierte Wasser mit einem höheren Druck als das Speisewasser verarbeitet wird, so dass jede Leckage von der destillierten Wasserseite der Wärmeübertragungsfläche zur Speisewasserseite gelangt. In einem membranbasierten System steht das Speisewasser immer unter einem höheren Druck als das Produktwasser. Daher wird die Wasserqualität negativ beeinflusst, wenn die Integrität eines der Membransysteme oder der EDI beeinträchtigt wird. In der Vergangenheit wurden Dampfkompressionssysteme wegen ihrer Kompressoren kritisiert, die als mechanische Komponenten für den ordnungsgemäßen Betrieb notwendig sind. Mit modernen Fortschritten und Diagnosemöglichkeiten sind diese Kompressoren jedoch sehr zuverlässig geworden, und die Wartung kann bei Bedarf oft in nur wenigen Stunden durchgeführt werden.
Wasser für Injektionszwecke vs. gereinigtes Wasser
WFI und Purified Water werden auf der Grundlage ihrer mikrobiologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften unterschieden. In der Regel umfasst ein Purified Water System zwei Stufen zur Aufbereitung des Speisewassers. Diese Stufen sind die Vorbehandlung und die Endbehandlung.
In der ersten Vorbehandlungsstufe wird die Wasserqualität so verändert, dass Metalle, Härte, Schwebstoffe, organische Stoffe, Ablagerungen von nachgeschalteten Komponenten, Desinfektionsmittel und andere schädliche Stoffe in den nachgeschalteten Anlagen entfernt oder reduziert werden. Die zweite Stufe umfasst ein modernes System, das das in die Umkehrosmosemembranen eintretende Wasser vorbehandelt, bevor es ein Deionisierungsverfahren oder ein Elektrodeionisierungsmodul (EDI) durchläuft. Dadurch wird das Wasser weiter poliert und seine Leitfähigkeit gesenkt.
Ein System für gereinigtes Wasser kann auch Destillation beinhalten. Die Dampfkompression ist die gängigste Methode zur Erzeugung von Umgebungswasser ohne ein externes Kühlmedium. Gereinigtes Wasser kann in nicht-parenteralen Zubereitungen für pharmakologische Anwendungen, wie Analysen und Tests, verwendet werden. Es kann auch zur Reinigung von Geräten, als Verdünnungsmittel für nicht sterile Produkte und als Vorbehandlung für die Zubereitung von WFI verwendet werden. Gereinigtes Wasser ist jedoch für die Verwendung in sterilen pharmazeutischen Produkten nicht ausreichend sterilisiert.
WFI ist mit gereinigtem Wasser vergleichbar, da beide die gleichen Qualitätsanforderungen erfüllen müssen. Allerdings muss WFI einer zusätzlichen Behandlung unterzogen werden, um die strengen Endotoxin-Grenzwerte einzuhalten, damit es für die Injektion sicher ist. Systeme, die WFI produzieren, müssen außerdem einen Validierungsprozess durchlaufen, der sicherstellt, dass das produzierte Wasser die erforderlichen Spezifikationen erfüllt. Für WFI sind die einzigen drei akzeptablen Produktionsmethoden membranbasierte Systeme, die Mehrfacheffekt-Destillation und die Dampfkompressionsdestillation. WFI ist das reinste regulierte Wasserprodukt in dieser Branche.
Auswahl der richtigen WFI-Erzeugungstechnologie
Während die Anwendungen für Wasser für Injektionszwecke in der gesamten biopharmazeutischen Industrie einheitlich sind, kann die effektivste Strategie zur Erzeugung von WFI je nach Einrichtung erheblich variieren.
Faktoren wie verfügbare Versorgungsleistungen, Nachhaltigkeitsziele, Produktionsumfang, Platzbeschränkungen und Überlegungen zu den Lebenszykluskosten beeinflussen die Entscheidung, welche Technologie am besten geeignet ist.
MECO unterstützt mehrere weltweit anerkannte Methoden zur Herstellung von WFI, darunter:
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Dampfkompressionsdestillation (VC)
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Mehrfach-Effekt-Destillation (MED)
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Membranbasierte WFI-Systeme
Jeder Ansatz bietet je nach Projektanforderungen, Regulierungsstrategie und langfristigen betrieblichen Prioritäten unterschiedliche Vorteile.
Destillationsbasierte WFI-Systeme
Destillationstechnologien haben eine lange Geschichte in der pharmazeutischen Herstellung und werden weiterhin in kommerziellen und großtechnischen Anlagen weit verbreitet eingesetzt.
Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:
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Bewährtes, thermisch angetriebenes Reinigungsverfahren
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Robuste mikrobielle Kontrolle durch Phasenwechsel
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Kompatibilität mit zentralisierten WFI-Verteilungssystemen mit hoher Kapazität
MECO verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Unterstützung von destillationsbasierten WFI-Systemen, die den Anforderungen der globalen Arzneibücher und den cGMP-Erwartungen entsprechen.
WFI-Systeme auf Membranenbasis
Fortschritte in der Membrantechnologie und Aktualisierungen der globalen Arzneibücher haben den Einsatz von membranbasierten WFI-Systemen bei Raumtemperatur für qualifizierte Anwendungen erweitert.
Membranbasierte Ansätze können folgende Vorteile bieten:
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Geringerer Energiebedarf im Vergleich zu thermischen Verfahren
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Kompakte, auf Kufen montierte Systemkonstruktionen
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Flexible Integration für modulare, nachgerüstete oder schrittweise errichtete Anlagen
Die MPAK-Plattform von MECO ist eine membranbasierte PW- und WFI-Lösung, die speziell für Anlagen entwickelt wurde, die Effizienz, Skalierbarkeit und eine vereinfachte Installation benötigen – und dabei dennoch strenge pharmazeutische Wasserqualitätsstandards erfüllen müssen.
Ein plattformgesteuerter, anwendungsspezifischer Ansatz
Anstatt eine einzelne Technologie zu fördern, arbeitet MECO mit Kunden zusammen, um die WFI-Anforderungen ganzheitlich zu bewerten, wobei Folgendes berücksichtigt wird:
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Regulatorische Erwartungen und Risikoprofil
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Verfügbarkeit von Versorgungsleistungen und Nachhaltigkeitsziele
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Überlegungen zu Kapital- und Betriebskosten
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Anlagenlayout, Erweiterungspläne und Projektzeitpläne
Dieser anwendungsorientierte Ansatz ermöglicht es MECO, für jede Anlage die richtige WFI-Lösung zu liefern – sei es eine Destillations-, Membran- oder Hybridstrategie.
Partnerschaft mit MECO
In der biopharmazeutischen Produktion ist Wasser für Injektionszwecke eine entscheidende Komponente. Es gibt verschiedene Produktionsmethoden, die in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Kapazität, Infrastruktur, Risiko, Zuverlässigkeit, Energieeffizienz und Anforderungen an die Wasserrückgewinnung für jede Anlage eingesetzt werden können. Jedes System hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und MECO kann Ihnen dabei helfen, die am besten geeignete Option für Ihr WFI-System zu bestimmen.
Seit über 96 Jahren ist MECO auf die Entwicklung, Konstruktion und Wartung von technischen Produkten und Systemen für die Erzeugung von Wasser für Injektionszwecke, gereinigtem Wasser, Reinstwasser und reinem Dampf spezialisiert. Als weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung von Wasseraufbereitungssystemen können wir dank unserer fortschrittlichen Technologie und umfangreichen Erfahrung unseren Kunden wertvolle und nachhaltige Lösungen anbieten. Wir haben uns verpflichtet, hochwertige und innovative Lösungen anzubieten, um den weltweiten Bedarf an sauberem, reinem Wasser zu decken. Wenden Sie sich an unser MECO-Team, um mehr zu erfahren.