Woda w przemyśle farmaceutycznym to nie tylko surowiec – to strategiczny składnik, od którego zależy jakość i bezpieczeństwo leków. W ramach projektu Miesiąc Partnera Klastra, dowiedz się, jak zaawansowane analizy – od TOC po endotoksyny – chronią pacjentów i wspierają zgodność z normami GMP, a także jaką rolę w tym procesie odgrywają laboratoria Jagiellońskiego Centrum Innowacji.
W firmach farmaceutycznych jakość wody stanowi fundament zapewnienia bezpieczeństwa i skuteczności produktów leczniczych. Woda wykorzystywana w produkcji farmaceutycznej i biotechnologii musi spełniać szereg rygorystycznych wymagań, które są szczególnie ważne w kontekście produkcji sterylnych preparatów do iniekcji. Badania jakości wody koncentrują się głównie na parametrach: całkowitym węglu organicznym (TOC), przewodności, czystości mikrobiologicznej, obecności endotoksyn oraz zawartości azotanów. Wszystkie te analizy wykonujemy w laboratoriach Jagiellońskiego Centrum Innowacji.
Całkowity węgiel organiczny
Jednym z najważniejszych parametrów jakości wody stosowanej w przemyśle farmaceutycznym jest całkowity węgiel organiczny (TOC, Total Organic Carbon). TOC określa łączną zawartość związków organicznych obecnych w wodzie, które mogą pochodzić z różnych źródeł takich jak: resztki detergentów używanych w procesach mycia, zanieczyszczenia środowiskowe, produkty uboczne materiałów eksploatacyjnych (np. uszczelnień, plastików), a także metabolity mikroorganizmów. Obecność substancji organicznych może stwarzać ryzyko wzrostu mikrobiologicznego i pogorszenia jakości produktu końcowego.
Wysoki poziom TOC w wodzie farmaceutycznej może wskazywać na niewystarczające działanie systemów oczyszczania, takich jak odwrócona osmoza, elektrodejonizacja czy filtracja końcowa. Co więcej, nadmierna zawartość związków organicznych może wpływać na stabilność preparatów farmaceutycznych, szczególnie w przypadku produktów parenteralnych, w których obecność zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych jest niedopuszczalna.
Pomiar TOC przeprowadza się najczęściej metodą utleniania próbki, za pomocą utleniania termicznego lub UV, często w obecności katalizatora. Powstały w wyniku tego procesu dwutlenek węgla jest mierzony przez detektor (zwykle przewodnościowy lub spektroskopowy), a jego ilość odpowiada zawartości węgla organicznego w próbce.
Zgodnie z wymaganiami Farmakopei Europejskiej (Ph. Eur.) oraz Farmakopei Amerykańskiej (USP), zarówno woda oczyszczona (Purified Water), jak i woda do wstrzykiwań (Water for Injection, WFI) muszą spełniać wymagania TOC. Zgodnie tymi wytycznymi poziom całkowitego węgla organicznego nie może przekraczać 0,5 mg/l (500 ppb). Jest to wartość graniczna, przy której nie stwierdza się negatywnego wpływu na jakość produktu ani wzrostu mikroorganizmów.
Warto podkreślić fakt, że dla producentów farmaceutycznych przestrzeganie limitów TOC jest nie tylko obowiązkiem prawnym, ale przede wszystkim kluczowym elementem zarządzania ryzykiem jakościowym (QRM) i dobrych praktyk wytwarzania (GMP). Właśnie dlatego systemy uzdatniania wody muszą być regularnie monitorowane, kwalifikowane i walidowane, a pomiary TOC prowadzone w sposób ciągły lub w odpowiednich odstępach czasu, zależnie od krytyczności procesu. Warto również zauważyć, że wzrost poziomu TOC może stanowić wczesny wskaźnik pogorszenia jakości systemu wodnego, jeszcze zanim pojawią się przekroczenia granicznych wartości mikrobiologicznych. Z tego względu, TOC jest nie tylko parametrem zgodności, ale też narzędziem prognostycznym w ramach prewencyjnego utrzymania jakości.
Przewodność właściwa
Przewodność właściwa wody jest miarą jej zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego, co wynika bezpośrednio z obecności rozpuszczonych w niej jonów np. sodu, wapnia, chlorkowych czy wodorowęglanowych. Pomiar ten wykonuje się za pomocą konduktometru i może być realizowany zarówno bez kompensacji temperatury (z jednoczesną rejestracją wartości temperatury), jak i z jej kompensacją, oczywiście pod warunkiem, że metoda została odpowiednio zwalidowana.
W kontekście przemysłu farmaceutycznego, przewodność właściwa wody jest jednym z podstawowych parametrów stosowanych do oceny jej czystości i zgodności z wymaganiami jakościowymi określonymi przez Farmakopeę Europejską (Ph. Eur.). Zgodnie z jej zapisami, woda oczyszczona (Purified Water, PW) powinna charakteryzować się przewodnością nieprzekraczającą 5,1 µS/cm w temperaturze 25°C, natomiast woda do iniekcji (Water for Injection, WFI) – nie więcej niż 1,3 µS/cm przy tej samej temperaturze.
W praktyce farmaceutycznej znaczenie tego pomiaru jest niezwykle ważne, ponieważ przewodność stanowi szybki, czuły i nieniszczący wskaźnik obecności zanieczyszczeń jonowych w wodzie. Zanieczyszczenia te mogą pochodzić z różnych źródeł, takich jak nieodpowiednia jakość wody zasilającej system, degradacja żywic jonowymiennych, korozja instalacji lub niewłaściwe warunki eksploatacji systemu uzdatniania. W związku z tym, monitorowanie przewodności jest nieodzownym elementem systemów zarządzania jakością (Quality Assurance) i kontroli jakości (Quality Control) w zakładach farmaceutycznych.
Co więcej, przewodność właściwa stanowi jeden z parametrów krytycznych (Critical Quality Attributes, CQA) w systemach wody farmaceutycznej, gdzie odchylenia od wartości referencyjnych mogą wskazywać na awarię systemu uzdatniania lub ryzyko mikrobiologicznego skażenia. Dlatego pomiar ten jest często zintegrowany z systemami monitorowania ciągłego (online), co pozwala na natychmiastową detekcję nieprawidłowości i szybką reakcję w przypadku przekroczenia wartości granicznych.
Ponadto, pomiar przewodności jest stosowany nie tylko na etapie produkcji wody oczyszczonej czy WFI, ale również w procesach produkcyjnych leków, czyli wszędzie tam, gdzie jakość wody ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i skuteczności produktu końcowego. Obejmuje to m.in. produkcję roztworów do infuzji, leków biologicznych, produktów oftalmicznych oraz wszelkich form jałowych.
Czystość mikrobiologiczna
Kolejnym niezwykle istotnym czynnikiem jest czystość mikrobiologiczna wody. Jest ona oceniana na podstawie liczby jednostek tworzących kolonie (Colony Forming Units – CFU), co odzwierciedla ilość zdolnych do wzrostu mikroorganizmów obecnych w próbce. Parametr ten ma wręcz fundamentalne znaczenie, szczególnie w przypadku wody wykorzystywanej w produkcji produktów jałowych, iniekcyjnych oraz w obszarach o podwyższonych wymaganiach aseptycznych, gdzie nawet minimalna obecność drobnoustrojów może zagrozić bezpieczeństwu pacjenta i integralności produktu leczniczego.
Zgodnie z wymaganiami Farmakopei Europejskiej (Ph. Eur.), woda oczyszczona (Purified Water, PW) nie powinna zawierać więcej niż 100 CFU/mL, natomiast woda do iniekcji (Water for Injection, WFI) musi spełniać znacznie bardziej rygorystyczny limit – nie więcej niż 10 CFU w 100 mL. Tak surowe kryteria wynikają z konieczności minimalizacji ryzyka mikrobiologicznego w produktach podawanych bezpośrednio do krwiobiegu lub tkanek jałowych.
Ocena czystości mikrobiologicznej przeprowadzana jest zazwyczaj metodą filtracji membranowej, w której określony wolumen wody (np. 100 mL) przesączany jest przez filtr membranowy o porowatości 0,45 µm, a następnie inkubowany na pożywce agarowej (najczęściej agarze R2A) w temperaturze 30–35°C przez co najmniej 5 dni. Warto wiedzieć, że R2A to pożywka o obniżonej zawartości składników odżywczych, która sprzyja wzrostowi bakterii środowiskowych, często występujących w wodzie, również tych o wolniejszym tempie wzrostu.
W kontekście przemysłu farmaceutycznego, kontrola mikrobiologiczna wody pełni wiele istotnych funkcji. Przede wszystkim stanowi krytyczny element kwalifikacji i walidacji systemów uzdatniania wody oraz ich bieżącego nadzoru (monitoring środowiskowy). Dane z tej analizy pozwalają ocenić skuteczność systemów dezynfekcji (np. termicznej, ozonowania, promieniowania UV) oraz wczesne wykrywanie kontaminacji, zanim dojdzie do skażenia produktu lub linii produkcyjnej.
Ponadto, regularne monitorowanie czystości mikrobiologicznej wody pozwala na trendowanie wyników i identyfikację wzorców sezonowych lub związanych z działaniami eksploatacyjnymi. W przypadku wystąpienia niezgodności, dane mikrobiologiczne stanowią kluczowe źródło informacji w analizie przyczyn źródłowych (root cause analysis) oraz podejmowaniu działań korygujących i zapobiegawczych (CAPA).
Warto również zaznaczyć, że woda stosowana w farmacji może być rezerwuarem specyficznych mikroorganizmów, takich jak Burkholderia cepacia, Pseudomonas aeruginosa czy inne oportunistyczne patogeny środowiskowe. Dlatego oprócz klasycznego oznaczenia CFU, w wielu zakładach stosuje się dodatkowe metody identyfikacji, takie jak spektrometria mas MALDI-TOF, sekwencjonowanie genetyczne (np. 16S rRNA) czy testy PCR w celu wykrycia mikroflory krytycznej.
Endotoksyny bakteryjne
Endotoksyny bakteryjne to lipopolisacharydy (LPS), będące integralnymi składnikami zewnętrznej błony komórkowej bakterii Gram-ujemnych. Choć nie są one zdolne do namnażania poza organizmem gospodarza, ich obecność w produktach farmaceutycznych, szczególnie tych podawanych pozajelitowo, może prowadzić do poważnych reakcji niepożądanych, takich jak gorączka polekowa (tzw. reakcja pirogenna), wstrząs endotoksyczny, a w skrajnych przypadkach nawet do zgonu pacjenta. Właśnie dlatego woda do iniekcji (Water for Injection, WFI), jako kluczowy składnik wielu leków jałowych i roztworów do infuzji, musi spełniać wyjątkowo rygorystyczne normy mikrobiologiczne i pirogenne. Jednym z fundamentalnych parametrów jakości WFI jest poziom endotoksyn, który – zgodnie z wymaganiami Farmakopei Europejskiej – nie może przekraczać 0,25 jednostki endotoksynowej (IU) na mililitr.
Znaczenie kontroli endotoksyn w wodzie farmaceutycznej jest nie do przecenienia. Nawet jeśli woda jest wolna od żywych mikroorganizmów, może zawierać endotoksyny jako pozostałości po rozpadzie komórek Gram-ujemnych, które były obecne wcześniej lub zostały wprowadzone do systemu z zewnątrz. Co istotne, endotoksyny są niezwykle stabilne termicznie i mogą przetrwać procesy, które skutecznie eliminują drobnoustroje, np. standardową sterylizację parową. Z tego względu monitoring poziomu endotoksyn musi być niezależny od kontroli mikrobiologicznej.
Do detekcji endotoksyn najczęściej stosuje się test LAL (Limulus Amebocyte Lysate), który opiera się na zdolności hemolimfy krabów podkowiastych (Limulus polyphemus) do reakcji z endotoksynami. Test LAL może być wykonywany w trzech formatach: żelującym (gel-clot), turbidymetrycznym i chromogennym. Każdy z nich jest czuły i dokładny, ale wybór metody zależy od specyfiki produktu i wymagań regulacyjnych.
W kontekście systemów wody farmaceutycznej, zwłaszcza tych opartych na obiegach zamkniętych (loopach), kontrola endotoksyn pełni również funkcję monitorowania skuteczności procedur dezynfekcji oraz integralności systemu dystrybucji. Regularne badania próbek pobieranych z punktów kontrolnych (Point of Use – POU) pozwalają na identyfikację potencjalnych miejsc namnażania się mikroorganizmów Gram-ujemnych i formowania biofilmów będących głównym źródłem endotoksyn w systemach wodnych.
Wysokie stężenia endotoksyn mogą być sygnałem, że system wymaga interwencji: np. przeprowadzenia sanityzacji termicznej, walidacji procedur mycia (CIP – Clean-In-Place), a nawet rekonstrukcji niektórych odcinków instalacji. Dlatego badania endotoksyn są nie tylko wymogiem regulacyjnym, ale także kluczowym narzędziem zapewnienia jakości w ramach zarządzania ryzykiem i strategii prewencji kontaminacji zgodnie z zasadami ICH Q9 i Q10.
Azotany
Azotany (NO₃⁻) w wodzie mogą mieć różnorodne pochodzenie, w tym z rolniczych nawozów sztucznych, ścieków komunalnych, odcieków z gleby czy emisji przemysłowych. W kontekście produkcji farmaceutycznej ich obecność, zwłaszcza w wodzie oczyszczonej (Purified Water, PW), traktowana jest jako potencjalny wskaźnik nie tylko zanieczyszczeń chemicznych, ale również biologicznych, ponieważ azotany mogą powstawać jako końcowy produkt utleniania azotu organicznego obecnego w wodzie, w tym z rozkładu białek i materiału mikrobiologicznego.
Obecność azotanów w wodzie farmaceutycznej może wskazywać na niewystarczającą skuteczność etapów uzdatniania, takich jak filtracja, wymiana jonowa czy odwrócona osmoza. Zbyt wysokie stężenie może być również skutkiem degradacji żywic jonowymiennych, ich niewłaściwego doboru lub przestarzałej konfiguracji instalacji uzdatniania. W związku z tym pomiar zawartości azotanów pełni rolę wskaźnika czystości ogólnej oraz skuteczności barier technologicznych w systemach produkcji wody.
Farmakopea Europejska (Ph. Eur.) jednoznacznie określa maksymalny dopuszczalny poziom azotanów w wodzie oczyszczonej na poziomie 0,2 ppm (mg/L). Przekroczenie tej wartości może prowadzić nie tylko do niezgodności produktu z wymaganiami farmakopealnymi, ale również do zakwestionowania jakości wody jako surowca w procesie wytwarzania.
W praktyce przemysłowej analiza zawartości azotanów wykonywana jest najczęściej za pomocą metod spektrofotometrycznych (test z kwasem sulfanilowym i NEDA), metod jonochromatograficznych lub elektrochemicznych. Czułość tych metod umożliwia wykrycie azotanów w stężeniach poniżej wymaganego limitu, co pozwala na skuteczne monitorowanie nawet niewielkich zmian w jakości wody.
Wysoka zawartość azotanów może stanowić punkt wyjścia do dalszej diagnostyki zarówno chemicznej (np. analiza azotynów, amoniaku, węgla organicznego TOC), jak i mikrobiologicznej (np. badania obecności bakterii azotujących, wskaźnikowych). W niektórych przypadkach obecność azotanów może sugerować rozwój biofilmu w systemie dystrybucji wody, co wiąże się z dodatkowymi zagrożeniami dla jakości mikrobiologicznej i endotoksycznej wody.
Zarządzanie poziomem azotanów w wodzie jest więc elementem podejścia opartego na analizie ryzyka oraz prewencji kontaminacji w ramach systemów jakości opartych na wymaganiach ICH Q9/Q10. Regularne monitorowanie tego parametru wpisuje się również w praktyki zapewnienia jakości środowiska produkcyjnego (GMP) oraz walidacji i kwalifikacji systemów wodnych.
Podsumowanie
Woda stosowana w przemyśle farmaceutycznym nie jest jedynie surowcem – jest strategicznym komponentem, którego jakość bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo, skuteczność i stabilność produktów leczniczych. Parametry takie jak przewodność właściwa, czystość mikrobiologiczna, zawartość endotoksyn bakteryjnych czy poziom azotanów nie są tylko wskaźnikami chemicznymi lub biologicznymi lecz pełnią rolę czułych i niezawodnych markerów stanu całego systemu wytwarzania i dystrybucji wody.
Ich regularna kontrola pozwala nie tylko na spełnianie wymogów farmakopealnych i regulacyjnych, ale również na wczesne wykrywanie potencjalnych zagrożeń, zapobieganie kontaminacjom oraz utrzymanie integralności procesów produkcyjnych. W dobie coraz większego nacisku na jakość, zgodność z zasadami Dobrej Praktyki Wytwarzania (GMP) oraz zarządzanie ryzykiem zgodnie z wytycznymi ICH Q9 i Q10, zintegrowane podejście do monitorowania jakości wody staje się nieodzownym elementem nowoczesnych strategii zapewnienia jakości.
Dlatego też właściwa walidacja systemów, ciągłe monitorowanie kluczowych parametrów oraz szybkie reagowanie na odchylenia stanowią fundament bezpiecznej i przewidywalnej produkcji farmaceutycznej. Jakość wody to nie tylko obowiązek lecz jeden z głównych filarów zaufania do produktu, którego pacjent oczekuje i na którym producent nie może sobie pozwolić na kompromis.
Tabela – Parametry jakościowe dotyczące wody oczyszczonej i wody do iniekcji:
| Parametr | Limit | Uwagi |
| TOC | ≤ 0,5 mg/L | Wskazuje obecność zanieczyszczeń organicznych |
| Przewodność właściwa | ≤ 1,3 µS/cm (25°C) – woda do wstrzykiwań ≤ 5,1 µS/cm (25°C) – woda oczyszczona | Odzwierciedla ilość jonów rozpuszczonych |
| Czystość mikrobiologiczna | ≤ 10 CFU/100 mL – woda do wstrzykiwań ≤ 100 CFU/mL – woda oczyszczona | Ocena obecności drobnoustrojów |
| Endotoksyny | ≤ 0,25 IU/mL | Krytyczne w produktach iniekcyjnych |
| Azotany | ≤ 0,2 ppm | Dotyczy głównie wody oczyszczonej; obecność może świadczyć o skażeniu |
Po więcej informacji odwiedź profil Jagiellońskiego Centrum Innowacji na Platformie Współpracy LSOS.
Materiały do powyższego artykułu zostały dostarczone przez Jagiellońskie Centrum Innowacji.