Detección de fugas en recipientes de proceso

En la fabricación de productos biológicos se utilizan habitualmente recipientes flexibles desechables de un solo uso como biorreactores, mezcladores y estaciones de llenado estériles. Para garantizar que los recipientes son de la calidad necesaria para asegurar la integridad del proceso, debe demostrarse que están libres de contaminación biológica y de fugas que puedan constituir una vía de entrada de contaminantes como las bacterias.

Demostrar que los recipientes de plástico desechables no presentan fugas se ha convertido en un requisito fundamental para quienes se dedican a la fabricación de productos biológicos.

En los últimos años, el sector de la fabricación biofarmacéutica ha tendido a utilizar recipientes de plástico desechables en lugar de los tradicionales de acero y vidrio. El empleo de recipientes de un solo uso puede ofrecer ventajas técnicas, operativas y económicas al reducir el riesgo de contaminación cruzada y eliminar la necesidad de procedimientos de limpieza y validación largos y costosos.

Los recipientes flexibles de un solo uso se utilizaron por primera vez para almacenar materiales GMP, pero ahora se emplean habitualmente como biorreactores, mezcladores e incluso estaciones de llenado estéril. El uso de estos recipientes para aplicaciones de almacenamiento se aceptó rápidamente en la industria durante la pasada década, pero su penetración en el mercado de la biotecnología no ha sido significativa hasta hace unos tres años.

Ahora están disponibles en una amplia gama de tamaños, desde cinco litros hasta 2.000 litros. Muchas empresas se han pasado al uso exclusivo de tecnologías desechables en todos sus procesos de biomanufactura, mientras que otras realizan aplicaciones paralelas utilizando una combinación de tecnologías tradicionales y de un solo uso.

Esta creciente demanda de reactores desechables ha ido acompañada de una exigencia cada vez mayor por parte de los usuarios de algún tipo de garantía de que los recipientes están normalizados, y también de la calidad que necesitan para asegurar la integridad del proceso. Los propios recipientes se fabrican con plástico multicapa; la capa de contacto con el producto suele ser de polietileno de baja densidad. Esta capa se lamina con capas de otros polímeros que le confieren características específicas, como un polímero de alcohol vinílico de etileno, que minimiza la difusión de gases y ofrece cierta resistencia a la flexión y la rotura, y poliamida, que evita los pinchazos.

Todas estas propiedades deben ser plenamente validadas por el proveedor del recipiente. Es vital que estos materiales no sean lixiviables ni extraíbles, ya que no se pueden tolerar productos químicos extraños en el proceso de fabricación biológica.

Demostrar que el recipiente está libre de contaminación biológica antes de que comience el proceso de fabricación es bastante sencillo, pero demostrar que el recipiente no tiene fugas es mucho más difícil. Los pequeños agujeros en las paredes o juntas del recipiente pueden constituir una vía de entrada de contaminantes del entorno, como bacterias, y las juntas y sellos entre el recipiente y los tubos y válvulas conectados son especialmente vulnerables. Es raro que los recipientes sólo tengan una entrada, y el problema de la vulnerabilidad de las juntas aumenta con la complejidad de los recipientes y el número de conectores conectados a él.

La técnica tradicional de detección de fugas, el método de caída de presión, tiene importantes limitaciones. Con este método, el recipiente se llena primero de aire hasta una presión predeterminada, se sella y se deja estabilizar entre 30 segundos y 10 minutos. Se vuelve a medir la presión y, si ha disminuido, significa que parte del aire se ha escapado. El tamaño de la caída de presión está en correlación con el tamaño del defecto, y es posible detectar agujeros de unos 250-500µm de este modo.

Sin embargo, los recipientes más grandes son más difíciles de probar con precisión, ya que el recipiente se combará, afectando a la tasa de pérdida de aire a través de los defectos. Para superar esta limitación, se introdujo una modificación en el método de ensayo, en el que el recipiente se coloca entre dos placas fijas y se presuriza. De este modo se reduce la capacidad de deformación del recipiente por efecto de la gravedad y se obtienen resultados más precisos. Con este método, el límite de detección de defectos se reduce a unas 100 µm.

Sin embargo, este método no siempre garantiza el nivel de pruebas de integridad que exigen las empresas de biotecnología. El problema es que los orificios de 100 µm siguen siendo bastante grandes si se comparan con el tamaño de los contaminantes y las bacterias que podrían penetrar en orificios tan pequeños como de 15 µm. Lo ideal sería que el límite de detección fuera de unos 10 µm para garantizar que ninguna bacteria pudiera entrar en los recipientes. Sin embargo, está muy por debajo del límite de detección incluso de la versión modificada de la técnica de caída de presión.

Sin embargo, el límite de detección excesivamente alto del método de caída de presión con placa constreñida no es su único inconveniente. Para probar un recipiente de este modo, es necesario retirar todos los conectores, válvulas y tubos antes de colocar el recipiente entre las placas y sellar los orificios que quedan. Pero en el mundo real, estos conectores, válvulas y tubos son las partes más vulnerables del recipiente: las juntas que los rodean son precisamente donde es más probable que aparezca cualquier defecto.

Retirarlos para realizar las pruebas aumenta significativamente la probabilidad de cualquier defecto que pudiera afectar al proceso de biomanufactura.

Sellar los accesorios y los tubos en el recipiente después de realizar la prueba significa que esas zonas se pasan por alto, ya que sólo se prueba el recipiente en sí, y no las partes donde los defectos son más comunes.

Por tanto, es esencial un método más sensible, y la solución al problema viene de la mano de las pruebas de integridad con helio. Esta técnica ya ha sido probada en otros sectores, sobre todo en la industria aeroespacial, automovilística y de vacío, pero la comprobación de recipientes de bioprocesamiento de un solo uso es una nueva aplicación. Para ello, empresas del sector han innovado y creado un método fiable y repetible.

El recipiente vacío se coloca dentro de un contenedor rígido bien sellado y se hace el vacío para eliminar todo el aire.

Aunque sigue siendo necesario presurizar el recipiente, hay varias diferencias importantes. La más importante es que se llena de helio en lugar de aire. Esto permite medir el escape de gas directamente detectando el helio, en lugar de indirectamente buscando una caída de presión. Dado que el aire sólo contiene aproximadamente un 0,0005% de helio, el helio que se detecta debe haberse escapado del recipiente.

Para realizar la prueba, primero se coloca el recipiente vacío dentro de un contenedor rígido bien sellado y se hace el vacío para eliminar todo el aire. A continuación, se coloca una válvula de entrada en el recipiente colapsado y se inyecta helio. El vacío dentro del recipiente hará que el helio salga a través de cualquier pequeño defecto del recipiente, y cualquier helio que haya escapado de esta manera se detecta utilizando un espectrómetro de masas. Si no hay helio, el recipiente no tiene defectos. Si se detecta algo de helio, la cantidad puede cuantificarse mediante un espectrómetro de masas, lo que permite establecer una correlación con el tamaño del defecto.

Este método permite detectar fácilmente defectos de tan sólo 10 µm, lo que garantiza que las bacterias y otros contaminantes no puedan penetrar en el recipiente durante el proceso de fabricación. Actualmente no se conoce ningún otro método capaz de detectar defectos a un nivel tan bajo. Incluso los defectos más pequeños pueden detectarse con este método, pero lleva mucho más tiempo y el coste es mayor, ya que primero hay que eliminar todo el helio de fondo del aire. En cualquier caso, el nivel de 10 µm es satisfactorio, ya que está por debajo del límite de penetración de las bacterias.

Los problemas que suelen plantear los métodos tradicionales de ensayo de deterioro de la presión se evitan con el método de ensayo de integridad con helio. Como la prueba se realiza dentro de un recipiente sellado, no es necesario retirar los accesorios y conectores del recipiente. El recipiente, incluidos todos los accesorios, simplemente se coloca dentro del contenedor para la prueba; el único requisito adicional es que los tubos abiertos deben sellarse. De este modo, es posible comprobar la integridad de todo el sistema: recipiente y accesorios.

Dado que los fabricantes de productos biológicos dependen cada vez más de los recipientes de un solo uso, su penetración en el mercado ha aumentado drásticamente. Por lo tanto, es vital que la integridad y esterilidad de estos recipientes pueda probarse y mantenerse, y los ensayos de materiales forman parte de ese proceso. Las pruebas de integridad con helio son un avance importante en el arsenal de técnicas que pueden utilizarse para garantizar que un recipiente es estéril antes de su uso y que lo seguirá siendo mientras se utilice.

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