Risque, fiabilité et durabilité du WFI
FACTEURS CRITIQUES QUE LES PRODUCTEURS DE WFI DOIVENT PRENDRE EN CONSIDÉRATION LORS DU CHOIX DES SYSTÈMES DE PRODUCTION
Rédigé par : Mike Wojcik, directeur des ventes de MECO en Amérique du Nord ; Bill Essary, directeur du service après-vente de MECO ; Ian Shanahan, responsable du développement commercial en Europe chez Flow Technology Ltd.
En tant que fabricant de médicaments pharmaceutiques ou biologiques, vous souhaitez évaluer toutes les questions relatives à votre choix de conception pour la production d'eau critique. La production membranaire d'eau pour injection (WFI) continue d'être au premier plan des discussions et présente une alternative de conception. Comme vous le savez peut-être, alors que la pharmacopée américaine autorise depuis longtemps la production d'eau pour injection par distillation ou par des moyens prouvés égaux ou supérieurs, la pharmacopée européenne a révisé sa monographie dans le même sens en 2016. Plus précisément, la Pharmacopée de l'UE autorise l'utilisation d'un "procédé de purification équivalent à la distillation, tel que l'osmose inverse (OI), associé à des techniques appropriées". Outre l'harmonisation, ce changement vise également à réduire les coûts et à adopter une approche plus durable de la production d'eau. Le coût est une considération importante dans les critères de conception de tout système de production d'eau. Pour une discussion plus approfondie sur les coûts, le document "A Cost Review of Alternative Systems for Producing Water for Injection (WFI), Including Membrane-Based WFI Production Absent Distillation" est disponible à l'adresse suivante : https://www.meco.com/cost-review-of-wfi-systems. Cependant, lorsque les propriétaires et les ingénieurs prennent des décisions de conception, le risque, la fiabilité et la durabilité sont également des sujets importants. Cet article met en lumière ces trois considérations supplémentaires concernant les avantages et les inconvénients des méthodes alternatives de production de WFI. Il est important de noter que le choix du système de production (distillation ou à base de membranes) a un impact sur le système de stockage et de distribution, en particulier sur le contrôle et la prévention de la contamination microbienne. Étant donné que le stockage et la distribution peuvent poser différents problèmes de risque, de fiabilité et de durabilité, nous ne les avons pas inclus dans cet article.
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Risque
L'eau pour préparations injectables (EP I) est l'un des ingrédients les plus importants du processus de fabrication des produits pharmaceutiques. Il est important de minimiser les risques pour la qualité de l'eau produite lors de la conception, de la construction, de l'exploitation et de la maintenance d'un système d'eau donné. Lors de l'évaluation d'un nouveau système d'eau pour injection, il convient de déterminer les risques potentiels, leurs conséquences, leur fréquence d'apparition, leur détectabilité et les mesures correctives nécessaires.
When the European Pharmacopoeia monograph <0169> was revised in 2016 to include WFI by non-distillation membrane-based systems, the European Medicines Agency (EMA) published a Q & A paper with their main concern being microbiological proliferation and the associated by-products (exotoxins and endotoxins). The inside of a membrane-based system is not of sanitary construction, is an ideal environment for and readily promotes biological activity. In addition, the raw water is at a significantly higher pressure than the product side of each unit operation. As such, the EMA concerns are warranted. Each unit operation (reverse osmosis, electrodeionization, and ultrafiltration) provides a unique function and is critical to the maintenance of water quality. In addition, the quality of the individual component manufacturers is also very important. If contamination from one unit operation to the next were to occur, will it be adequately detected?
Afin d'éliminer les biofilms, les systèmes à membrane sont désinfectés à la chaleur et chimiquement. Des nettoyages périodiques sont également importants car
la matière organique devient une source de nourriture pour les bactéries, ce qui exacerbe la croissance du biofilm. Un solide programme d'entretien préventif est indispensable. Avec l'aide de votre fournisseur d'équipement pendant la phase de qualification, vous déterminerez la fréquence des arrêts du système pour les activités de maintenance préventive. Les systèmes WFI à membrane peuvent être arrêtés plusieurs fois par an pour le remplacement des élastomères, des résines et du carbone, le nettoyage et le remplacement des composants. Chaque fois que le système est ouvert, il est exposé à la contamination et à la possibilité d'une installation incorrecte de ces composants clés. Si vous confiez ce travail à un tiers, celui-ci doit être bien contrôlé.
Fiabilité
Les systèmes d'eau fonctionnant à une température comprise entre 65 et 80 °C sont reconnus comme étant autonettoyants. Les systèmes membranaires fonctionnant à des températures ambiantes nécessitent un protocole d'entretien préventif solide qui garantira que le système d'eau produit la qualité officinale attendue de manière continue et fiable.
Tout système WFI est composé de multiples opérations unitaires pour atteindre la qualité finale de l'eau requise. Les systèmes comportant moins d'opérations unitaires ont tendance à être plus fiables car il y a moins de choses qui peuvent mal tourner. La fiabilité d'un système est inférieure à la fiabilité la plus faible de chacune de ses opérations unitaires. Les systèmes WFI typiques comprennent les éléments suivants Distillation VC - adoucisseurs, filtre à charbon et alambic VC. Production d'eau usée par membrane - adoucisseurs, filtre à charbon, OI (simple ou double passage), électrodéionisation, ultrafiltration, et un moyen de désinfection chimique et/ou thermique périodique.
A membrane-based water system’s performance is directly linked to the feed water quality. As such, they have to be designed and operated to handle the extremes of feed water quality that can differ seasonally. Frequent sampling and monitoring of the feed water and points within the water system are critical. Daily sampling is required at each step of the purification process and every use point during the validation process. At a minimum, the system should include conductivity, temperature, pressure, and flow monitors. Action limits of <10 Colony-Forming Units (CFU)/100ml for WFI should be used while finalizing Standard Operating Procedures (SOPs). Once SOPs are finalized, qualification is completed after daily routine sampling at a single point of use and weekly for all other Point of Uses (POUs) for an entire year. Sampling/monitoring for endotoxin is also required. This data is paramount to support the SOPs.
Un biofilm se forme et peut se détacher, ce qui fait varier considérablement la numération microbienne. Un système à écoulement continu réduira la formation de biofilm. Un solide programme d'entretien préventif est nécessaire et comprend généralement des désinfections chimiques au moins une fois par an et des désinfections thermiques toutes les semaines ou toutes les deux semaines. Des désinfections fréquentes ou la nécessité d'un nettoyage/défaut d'encrassement en raison d'un mauvais fonctionnement et d'une mauvaise maintenance des équipements de prétraitement en amont entraîneront des problèmes de performance et une durée de vie réduite, nécessitant des remplacements coûteux. L'installation d'un système robuste de surveillance des processus, comme MECO smartANALYTICS, peut aider à atténuer les problèmes de fiabilité grâce à des analyses de tendances en temps réel et à des rapports actualisés sur l'état du système, ce qui permet de planifier de manière proactive la maintenance de routine.
Pour les systèmes à membrane, il est important d'éliminer les matières organiques (source de nourriture pour les bactéries) du système, c'est pourquoi il est recommandé d'installer des moniteurs de carbone organique total (COT) à plusieurs endroits du système de production. Il a également été recommandé d'installer des analyseurs de charge biologique/microbienne en ligne à l'aide d'unités fluorescentes actives (AFU) dans l'ensemble du système. Toutefois, ces instruments posent encore des problèmes de validation et de corrélation entre les UFA et les UFC. Tous ces instruments doivent être étalonnés régulièrement. Il convient de prévoir un temps suffisant pour la maintenance du système.
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D'autres éléments de maintenance doivent être pris en compte pour garantir la fiabilité du système :
- Remplacer les élastomères tous les ans.
- Remplacer le charbon tous les ans. (Certaines eaux d'alimentation peuvent nécessiter des remplacements plus fréquents). Assainir chimiquement le récipient après l'élimination du charbon.
- Prélever et tester la résine de l'adoucisseur tous les ans et la remplacer tous les 1 à 3 ans.
- Nettoyer chimiquement les membranes RO tous les 3 à 6 mois. Remplacer par une nouvelle membrane tous les 18 à 24 mois.
- Remplacer ou remettre à neuf les modules CEDI tous les 3 ans ou après 80 à 90 cycles de désinfection à la chaleur.
- Remplacer les modules UF si nécessaire. Vérifier l'intégrité chaque année.
- Remplacer les lampes UV, les manchons en quartz et les élastomères connexes tous les 6 à 12 mois.
- Les tests d'alarme et les performances des instruments doivent être vérifiés tous les six mois et réétalonnés tous les ans.
Il est important de conclure un contrat d'entretien avec le fournisseur du système, qui contribuera à assurer la fiabilité du fonctionnement du système.
Durabilité
Outre les différences de risque et de fiabilité, les choix actuels en matière de technologie de production d'eau et d'électricité posent également la question de la durabilité à long terme de ces processus. La durabilité consiste à répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre à leurs besoins. La durabilité repose sur trois piliers : L'économie, l'environnement et la société. Plus familièrement, nous pourrions dire : "Profits, Planète et Personnes" : Profits, Planète et Personnes.
Bénéfices
Le coût direct des intrants d'un système WFI jouera un rôle dans les coûts d'exploitation globaux d'un site. L'approvisionnement en intrants (électricité, vapeur, produits chimiques, eau réfrigérée) à partir de sources non durables affectera progressivement les bénéfices au fur et à mesure que les coûts augmenteront. C'est particulièrement vrai pour les sources d'électricité et de vapeur à base de combustibles fossiles, car de plus en plus de gouvernements augmentent les taxes carbone sur les combustibles fossiles afin d'encourager l'utilisation de sources d'énergie plus durables, en particulier dans l'Union européenne. La grande majorité de la vapeur industrielle est générée par des systèmes utilisant des combustibles fossiles. Un système de génération de WFI qui réduit son besoin de grandes quantités de vapeur à haute pression peut être plus durable à l'avenir, en particulier pour les entreprises qui disposent d'une centrale de cogénération. Les systèmes de WFI à compression de vapeur et à membrane utilisent moins de vapeur qu'un système de distillation à effets multiples (la VC en utilise moins, parfois en utilisant des chaudières électriques, tandis qu'un système à membrane ozonée peut ne pas utiliser de vapeur du tout).
Les coûts des sources d'électricité renouvelables continuent de baisser à l'échelle mondiale, et un système WFI conçu pour utiliser davantage de ces sources peut permettre de réaliser des économies à l'avenir, car le coût par kWh de cette électricité sur le réseau continue de baisser. Les experts s'attendent à ce que cette tendance à ce que les énergies renouvelables deviennent moins chères que les combustibles fossiles se poursuive, en particulier avec la construction d'un plus grand nombre de systèmes de stockage d'énergie en réseau (hydroélectricité, stockage d'énergie ferroviaire, stockage d'air comprimé, stockage d'hydrogène, etc.) Cette baisse des coûts globaux de l'électricité en gros sur un réseau donné profite aux systèmes qui fonctionnent davantage à l'électricité qu'à la vapeur, protégeant ainsi un site de la volatilité et de l'augmentation des coûts des services publics.
Planète
La considération la plus pertinente dans la durabilité d'un système de génération WFI est son empreinte carbone et son empreinte environnementale. Les chaudières à biomasse pour la vapeur provenant de forêts gérées durablement peuvent être neutres en carbone (c'est-à-dire qu'elles ne libèrent que la quantité de carbone absorbée pendant leur durée de vie, ce qui signifie un gain net nul de carbone atmosphérique), alors qu'un combustible fossile sera positif en carbone et contribuera au changement climatique provoqué par l'homme par le biais de l'"effet de serre". Si un site dispose d'une source disponible et durable de sources d'énergie à faible teneur en carbone ou à teneur nulle en carbone, l'utilisation de cette source d'énergie influencera grandement la durabilité du site.
La question des déchets est également un facteur de la durabilité d'un système WFI d' un point de vue environnemental. Les systèmes de distillation sont principalement fabriqués en acier inoxydable, dont la production nécessite de grandes quantités d'énergie, mais qui est souvent considéré comme un matériau plus "vert", car il peut être entièrement recyclé et ses qualités environnementales augmentent à chaque utilisation et réutilisation. Les systèmes d'osmose inverse nécessitent des membranes consommables, qui doivent être nettoyées et éventuellement remplacées. À moins que les membranes ne puissent être nettoyées et réutilisées dans d'autres applications, la seule option pour traiter les membranes en fin de vie est la mise en décharge. Il faut également tenir compte de l'impact des produits chimiques nécessaires au nettoyage des systèmes WFI à membrane. S'ils ne sont pas traités correctement, ils peuvent nuire à l'environnement lorsqu'ils sont rejetés dans les déchets.
Les personnes
Outre les sujets déjà abordés, nous devrions réfléchir à la manière dont la dotation en personnel pour les différents systèmes de production de WFI pourrait garantir une planète plus durable pour les générations futures. Les systèmes de WFI à membrane nécessiteront sans aucun doute plus d'attention physique de la part des opérateurs sur place, car ils devront être nettoyés, changer les membranes et prélever des échantillons fréquemment pour garantir une qualité de produit constante. Comme indiqué dans la section "Risque", alors qu'un système de distillation nécessite généralement une maintenance une fois par an pendant l'arrêt, un système WFI à membrane peut nécessiter plusieurs arrêts par an. Il devient de plus en plus difficile pour les sites d'embaucher et de conserver du personnel formé disposant de la base de connaissances et de l'expérience nécessaires pour faire fonctionner et entretenir ces systèmes de production d'eau usée "sur le tas". Bien que les systèmes de distillation aient tendance à être plus " manuels ", ils offrent une solution plus durable en termes de personnel.
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Résumé
L'harmonisation des normes a ouvert davantage d'options aux fabricants de systèmes d'injection d'eau dans l'industrie biopharmaceutique, et une analyse minutieuse des facteurs clés de la prise de décision révèle les avantages et les inconvénients associés aux systèmes d'injection d'eau à base de membranes.
Bien qu'un système à membrane offre des avantages en termes d'investissement, les dépenses d'exploitation nécessaires pour maintenir un système exempt de salissures biologiques réduisent ces avantages. Il convient d'examiner attentivement la nécessité d'une désinfection continue, d'un entretien de routine et d'un nettoyage du système. Un contrat d'entretien solide avec votre fournisseur de système est essentiel pour que votre système fonctionne de manière fiable. Avec une fréquence d'échantillonnage appropriée, l'expertise sur site peut réduire le risque de contamination du système. Dans l'ensemble, les systèmes WFI à base de membranes semblent être une solution plus compliquée pour les fabricants de WFI, mais avec le bon fournisseur de systèmes, vous pouvez minimiser les risques, augmenter la fiabilité et parvenir à une durabilité à long terme.