Validieren von CO₂ in Inkubatoren: Müssen wir ein Mapping durchführen?

In der Welt der GMP-Validierung taucht immer wieder eine Frage auf: Müssen wir ein Mapping für die CO₂-Konzentration in Inkubatoren auf die gleiche Weise durchführen, wie für Temperatur? Diese Frage wurde uns kürzlich in unserem Webinar gestellt:  CO2-Inkubatoren: Präzise Steuerung und zuverlässige Überwachung

Warum Temperaturmapping anders ist

Temperaturmapping ist eine bekannte Anforderung in GMP. Wir führen ein Mapping für die Lufttemperatur als Indikator für die Produkttemperatur durch. Da sich Produkte nicht sofort an Veränderungen der Umgebungsluft anpassen, hilft das Mapping dabei, Gleichmäßigkeit und Stabilität nachzuweisen. Relative Feuchte variiert auch mit der Temperatur, weshalb ein Mapping wichtig ist.

Aber CO₂-Gas verhält sich anders.

Die Physik der CO₂-Verteilung

Im Gegensatz zu Temperatur und relativer Feuchte gleichen sich Gase sehr schnell aus. CO₂ in einer Kammer diffundiert fast augenblicklich, es sei denn, es befindet sich eine Sonde direkt vor dem Gaseinlass. Moderne Inkubatoren verfügen häufig über Ventilatoren, um die Gleichmäßigkeit der Temperatur aufrechtzuerhalten, was auch die CO₂-Vermischung beschleunigt.

Ich bin seit über zwanzig Jahren in der GMP-Validierung und in der Umgebungsüberwachung tätig. Im Laufe dieser Zeit habe ich das CO₂-Gleichgewicht oft mit dieser Analogie erklärt: Es ist vergleichbar mit Wasser in einem Tank. Sie müssen nicht überprüfen, ob die Wasseroberfläche eben ist; aufgrund der Schwerkraft ist sie von Natur aus eben. Auf die gleiche Weise stabilisiert sich die CO₂-Konzentration aufgrund des natürlichen Verhaltens von Gasen innerhalb von Sekunden in einer Inkubatorkammer.

Einige Kunden, mit denen ich zusammenarbeite, haben einen wichtigen Punkt angesprochen: Obwohl Inkubatorhersteller eine „schnelle Diffusion“ und eine „gleichmäßige CO₂-Verteilung“ versprechen, reichen in einer GMP-Umgebung die Behauptungen der Anbieter allein nicht aus, selbst wenn sie zutreffen. Validierungsteams müssen dokumentierte Nachweise vorlegen, dass Inkubatoren für ihren vorgesehenen Zweck geeignet sind.

Der Puffereffekt

Selbst wenn Türen geöffnet werden und die CO₂-Konzentration vom typischen Zielwert von 5 % auf den Umgebungswert (~ 0,04 %) abfällt, wirken die flüssigen Medien in den Kulturschalen und -kolben als Puffer. Gelöstes CO₂ entweicht nicht sofort. Diese Pufferung trägt dazu bei, Zellkulturen bei kurzen Türöffnungen zu schützen, ähnlich wie gefrorene Produkte in einem Gefrierschrank nicht sofort auftauen, wenn die Tür geöffnet wird. Bei der Validierung bedeutet dies, dass die Rückgewinnungsrate nach dem Öffnen der Tür ein aussagekräftigerer Parameter sein kann als das CO₂-Mapping an mehreren Stellen in der Kammer.  

Was erwarten Prüfer?

Hier liegt die Herausforderung: Es gibt keine formellen gesetzlichen Vorgaben, die ein CO₂-Mapping in Inkubatoren vorschreiben. USP, WHO und ISPE bieten Leitlinien für das Temperaturmapping, jedoch keines für CO₂.

Das bedeutet nicht, dass die Prüfer keine Fragen stellen. Aus Erfahrung wissen wir, dass Aufsichtsbehörden dokumentierte Nachweise dafür erwarten, dass sich die Inkubatoren „in einem kontrollierten Zustand“ befinden und „für den vorgesehenen Zweck geeignet sind“. Ein Mapping von CO₂ wird jedoch in der Regel nicht erwartet. Stattdessen sollten wir unsere Aufmerksamkeit besser darauf richten, nachzuweisen, dass der Inkubator wie vorgesehen funktioniert, ohne uns ausschließlich auf die Konstruktionsaussagen des Anbieters zu verlassen.

Meine Perspektive ist eher pragmatisch:

•    Die Überwachung und Steuerung von CO₂ ist unerlässlich.
•    Durch Mapping lassen sich wahrscheinlich keine aussagekräftigen Gradienten erkennen.
•    Nachweise zur CO₂-Rückgewinnung und -Stabilität sind möglicherweise überzeugender als eine Mappingstudie.

Wichtige Erkenntnisse für Validierungsteams

•    CO₂ gleicht sich schnell aus: Anders als bei Temperatur werden durch Mapping normalerweise keine Gradienten erkennbar.
•    Pufferung schützt Kulturen: Gelöstes CO₂ in flüssigen Medien erhöht die Widerstandsfähigkeit bei kurzen Türöffnungen.
•    Fokus auf Rückgewinnungsrate: Validierung muss hervorheben, wie schnell der CO₂-Gehalt nach einer Störung wieder auf den Sollwert zurückkehrt.
•    Dokumentationskontrolle: Auch ohne Mapping müssen Validierungsdaten den Kontrollzustand und die Eignung für die Verwendung nachweisen.
•    Vorbereitung auf Fragen von Prüfern: Behauptungen müssen durch interne Überprüfungen untermauert werden, nicht nur durch Herstellerbroschüren.

Schlussfolgerung

Ein CO₂-Mapping in Inkubatoren ist möglicherweise nicht erforderlich oder wissenschaftlich aussagekräftig, die Validierung der CO₂-Steuerung ist jedoch unbedingt erforderlich. Durch die Konzentration auf Rückgewinnungsrate, Stabilität und dokumentierte Überwachung können Validierungsteams die regulatorischen Erwartungen erfüllen und gleichzeitig die einzigartige Physik des CO₂-Verhaltens berücksichtigen. 

Ich habe einem Kunden einmal diesen frechen Kommentar gegeben: „Sie können der Erste sein, der ein CO₂-Mapping durchführt – und beweisen, dass es nichts bewirkt. Oder vielleicht erschließen Sie ein ganz neues Geschäftsfeld für GxP.“ So oder so ist das Gespräch wichtig für jedes Labor, das mit Zellkulturinkubatoren unter GMP arbeitet.

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