Farmacopea europea EP 2.2.44 y carbono orgánico total

Resumen

El capítulo 2.2.44 de la Farmacopea Europea4 recomienda que los analizadores de carbono orgánico total (COT) diseñados para medir el agua purificada (AP) y el agua para inyección (API) oxiden completamente los contaminantes orgánicos hasta convertirlos en dióxido de carbono para liberar el carbono orgánico para la medición precisa del COT. La nueva revisión del capítulo de la Farmacopea Europea sobre el Agua para la Inyección (API) permite ahora la generación de API usando osmosis inversa1 (RO), allanando el camino para que las empresas reduzcan sus facturas de energía y la huella de carbono alejándose del uso de alambiques/destiladores. Sin embargo, este cambio se ha producido con una advertencia del taller de expertos² que guió a la Dirección Europea sobre este cambio, indicando que la osmosis inversa puede no ser tan sólida como un destilador para la fabricación de API y sugirió que los usuarios deben poner un mayor énfasis en las mediciones de COT en línea y de conductividad como indicadores clave de que la calidad del agua puede estar a punto de verse comprometida. Este documento trata sobre los antecedentes que hay detrás de la concentración de la Farmacopea Europea en la oxidación completa de COT en vista de la mayor importancia de la medición en línea de la conductividad en el carbono orgánico total (COT).

Importancia del COT y la conductividad con el nuevo capítulo EP sobre API

El grupo de trabajo que ayudó a la Dirección Europea advirtió que el tratamiento de agua con RO puede no ser tan sólido como un destilador y destacó el rol de los analizadores de COT y conductividad como detectores tempranos de posibles eventos inminentes relativos a oscilaciones microbianas o de endotoxinas.

El grupo de trabajo que apoya a la Dirección Europea hace hincapié en la importancia de los analizadores de COT y de conductividad 
Figura 1. El grupo de trabajo que apoya a la Dirección Europea hace hincapié en la importancia de los analizadores de COT y de conductividad

 

Un aumento de los resultados de COT en un sistema de agua que normalmente tiene resultados de COT consistentes puede ser un indicador importante de que la cantidad de moléculas orgánicas presentes en el agua está aumentando, o que existe una molécula de cadena larga diferente y más compleja que está entrando en el sistema de agua. Estos cambios en los resultados de COT pueden ser un indicador de que la integridad del sistema de tratamiento de agua se está viendo amenazada y puede ser una advertencia temprana de una posible brecha microbiana inminente. Como tales eventos suelen ser transitorios, es importante capturar una muestra del agua en el momento en que se detecta el aumento de COT, de modo que se pueda enviar al laboratorio de control de calidad para realizar un análisis posterior de la raíz del problema transitorio.

Los analizadores de COT y de conductividad deben calibrarse correctamente y su calibración debe validarse para garantizar que funcionan correctamente en caso de que se produzca un cambio en la química del agua. De igual manera, se debe monitorizar la intensidad de la lámpara UV de oxidación para garantizar que sea lo necesariamente fuerte como para oxidar las moléculas orgánicas lo suficiente como para extraer todos los átomos de carbono de modo que se logre una medida precisa. Aunque los analizadores de COT no pueden determinar qué tipo de moléculas orgánicas están presentes en el agua, se pueden utilizar para detectar un cambio en la química orgánica del agua, ya que las moléculas orgánicas de cadena más larga tienden a exhibir un perfil de oxidación diferente en comparación con las moléculas orgánicas de cadena corta. Si el analizador de COT es capaz de detectar un cambio en el perfil de oxidación cuando cambia la química orgánica del agua, esta información combinada con un cambio en los resultados de COT puede indicar al usuario la necesidad de realizar una investigación para determinar si se está poniendo
en peligro la integridad del sistema de agua.

COT y conductividad

El análisis de COT es una prueba no específica, es decir, es simplemente una medida de los átomos de carbono que se encuentran en cualquier compuesto orgánico del agua, no puede identificar exactamente qué tipo de molécula orgánica está presente. Un analizador de COT de calidad farmacéutica utiliza luz ultravioleta (UV) para oxidar las moléculas orgánicas para liberar los átomos de carbono presentes como dióxido de carbono (CO)2) y luego mide la diferencia en la conductividad del agua causada por el dióxido de carbono disuelto en el agua. El COT debe calcularse midiendo el carbono inorgánico total (CIT) y el carbono total (CT) y restando uno del otro.

CT - CIT = COT

Figura 2. El CIT y el CT se miden y el COT se calcula

Los resultados de COT se notifican en partes por mil millones (ppb), que en este caso es la masa (peso) de carbono orgánico por litro de agua. Las moléculas orgánicas complejas de cadena más larga pueden contener más átomos de carbono que las moléculas orgánicas de cadena corta, por lo que el analizador de COT notificará los números equivalentes de las moléculas de cadena larga y cadena corta de manera diferente, con el COT notificado de los compuestos orgánicos de cadena larga proporcionando resultados de COT más altos.

La molécula orgánica de la sacarosa contiene 12 átomos de carbono C12H22O11

Figura 3. La molécula orgánica de la sacarosa contiene 12 átomos de carbono

Los analizadores de COT que utilizan conductividad para medir el carbono orgánico también se pueden utilizar para detectar contaminación inorgánica. Sin embargo, las farmacopeas son muy específicas en cuanto a la calibración de los analizadores de conductividad y el analizador de COT tendría que cumplir con sus requisitos. USP<645> deja muy claro que la constante de celda del medidor de conductividad debe verificarse con una solución de conductividad certificada y que los componentes electrónicos del medidor deben verificarse mediante el uso de una resistencia de calibración certificada.

Resistencia de calibración externa del analizador de conductividad directa Beckman Coulter PAT700; la exactitud del medidor se puede verificar utilizando una resistencia certificada según los requisitos establecidos en la USP<645>  

Figura 4.  La exactitud del analizador de conductividad directa Bekcman Coulter PAT700 se puede verificar utilizando una resistencia certificada según los requisitos establecidos en la USP<645>. El elemento 1 indica la resistencia de calibración externa.

 

Importancia de la oxidación completa

El capítulo EP 2.2.44 sobre análisis de COT4 enfatiza la importancia de la oxidación completa de la contaminación orgánica a fin de obtener una medición precisa del COT.

 Atributo EP 2.2.44 
Tecnología que utilizar  "... tienen en común el objetivo de oxidar completamente las moléculas orgánicas en el agua de muestra para producir dióxido de carbono…" 

Figura 5. Extracto del EP 2.2.44 sobre el COT, donde se enfatiza la oxidación completa

 

Implicaciones de la oxidación incompleta

Los analizadores de COT con tiempos de oxidación cortos y fijos pueden tener dificultades para informar de los niveles de COT con exactitud. La Conferencia Internacional sobre Armonización (ICH) es un grupo de trabajo con expertos representantes de las farmacopeas de Europa, los Estados Unidos y y Japón y en su directriz tripartita ICH Q2, Validación de Procedimientos Analíticos⁵, recomiendan una prueba de idoneidad del sistema para determinar la solidez de la medición de un analizador. Si un analizador de COT con tiempos de oxidación fijos se calibra con patrones de COT utilizando sacarosa relativamente fácil de oxidar, probablemente no informe de valores precisos si se enfrenta a un estándar de COT relativamente difícil de oxidar como el SDBS, tal como se recomienda en el capítulo de la farmacopea japonesa⁶ sobre COT. La trayectoria de flujo fija y el tiempo de exposición a la luz UV significan que el SDBS no se oxidará completamente y que gran parte del carbono permanecerá sin medir.

Algunos analizadores de COT emplean persulfato y luz UV para ampliar su rango de medición. En presencia de luz UV el persulfato se convierte en un potente agente oxidante, lo que permite que el analizador de COT oxide cantidades relativamente grandes de COT en un corto plazo. Sin embargo, en los diseños que emplean membranas selectivas de gases como parte de la celda de medición, esto puede suponer un desafío. Si se añade demasiado persulfato, existe el peligro de que aparezcan burbujas en la muestra y estas burbujas pueden ocluir las membranas de medición que conducen a una notificación por debajo de lo correcto de los niveles de COT. Del mismo modo, si se añade muy poco persulfato, el COT no se oxida completamente y, una vez más, el analizador de COT informará de un contenido de COT más bajo de lo que debería en la muestra. En esta situación paradójica, el usuario del analizador tiene que saber de alguna manera por adelantado el valor de COT en la muestra para poder configurar correctamente la dosificación de persulfato en el analizador antes de realizar su medición de COT.

Las moléculas orgánicas más complejas y de cadena más larga pueden crear ácidos orgánicos como especies intermedias conforme se oxidan hasta llegar al CO2. Los ácidos orgánicos pueden contribuir con mayor fuerza a la medición de la conductividad que el CO2 final de la oxidación completa, por lo que el si no se garantiza una oxidación completa de los compuestos orgánicos eso puede provocar un valor de COT incorrecto. Del mismo modo, la incapacidad de oxidar completamente los compuestos orgánicos puede dejar átomos de carbono atrapados en lo que permanece de la estructura de moléculas orgánicas, lo que conduce a resultados de COT inferiores a la realidad.

**IMAGEN**

Figura 6. Las especies intermedias formadas conforme los compuestos orgánicos se oxidan contribuyen con mayor fuerza a la conductividad de la muestra que el carbono oxidado final

 

El analizador de COT PAT700 de Beckman Coulter Life Sciences

Diseñado específicamente para el análisis de COT en AP y API, el Analizador de COT PAT700 de Beckman Coulter emplea un tiempo de oxidación variable combinado con detección de punto final dinámico para determinar cuándo se ha completado la oxidación de la muestra. Se atrapa una alícuota del agua que se está muestreando en la celda de medición. Un único sensor de conductividad mide la conductividad de esta muestra, lo que representa el COT de la muestra. A continuación, se enciende una luz UV para oxidar los compuestos orgánicos de la muestra. A medida que las moléculas se oxidan, el carbono orgánico liberado en la muestra se convierte en dióxido de carbono, que se disuelve y aumenta la conductividad de la alícuota atrapada. El PAT700 monitoriza el cambio en la conductividad de la muestra y cuando la conductividad deja de cambiar, el PAT700 sabe que se ha alcanzado el punto final del análisis y que la muestra se ha oxidado por completo. Ahora la muestra contiene COT y CIT, es decir, CT. La conductividad del CT se mide utilizando el mismo sensor de conductividad utilizado para medir el CIT y se resta una cifra a la otra para calcular el COT.

El Beckman Coulter PAT700 utiliza detección de punto final dinámico para garantizar una oxidación completa y lograr un análisis preciso del COT, incluso cuando la intensidad de la lámpara UV disminuye 

Figura 7. El Beckman Coulter PAT700 utiliza detección de punto final dinámico para garantizar una oxidación completa y lograr un análisis preciso del COT, incluso cuando la intensidad de la lámpara UV disminuye

   
Al utilizar un solo sensor para medir tanto el CIT como el CT, los efectos de cualquier ligera desviación del sensor de conductividad a lo largo del tiempo en la exactitud del cálculo de COT se eliminan, ya que el error de desviación del sensor de conductividad sería aplicable por igual a las mediciones de CIT y de CT y, por tanto, se cancelarían mutuamente.

Una de las debilidades del PAT700 es que no se puede utilizar en muestras de agua que no cumplan con la prueba de límite de COT de las farmacopeas para AP y API, ya que no utiliza persulfato para ampliar su rango de medición. Se limita a un intervalo de medición de 2000 ppb. Sin embargo, al contrario que los analizadores de COT que utilizan persulfato, el usuario no tiene que adivinar los niveles de COT en el AP y el API para establecer correctamente el nivel de dosificación del persulfato.

Dado que el tiempo de oxidación del PAT700 es variable y se controla mediante detección de punto final dinámico, el análisis de materiales más difíciles de oxidar como SDBS recomendado en la prueba de idoneidad del sistema en la farmacopea japonesa no causa ningún problema: el PAT700 simplemente prolonga su tiempo de análisis, continúa oxidándose hasta que detecta que la conductividad de la muestra ha dejado de cambiar y la oxidación se completa.

Se mide el nivel de luz UV que emite la lámpara UV para garantizar que sea suficientemente potente para oxidar la muestra y, en caso de fallo de la lámpara, se enciende una segunda lámpara UV de reserva para garantizar una oxidación completa.

El PAT700 protege contra el tiempo de inactividad no planificado y las costosas llamadas al servicio técnico gracias a sus lámparas UV principales y de apoyo, conmutables automáticamente 

Figura 8 El PAT700 garantiza que siempre haya suficiente luz UV oxidante mediante la medición de la salida UV y la conmutación automática de las lámparas UV principales y de apoyo
   

Captura de las oscilaciones transitorias del COT para análisis de la causa fundamental

Los eventos de contaminación de la conductividad o COT pueden ser de naturaleza transitoria. Por ejemplo, un sistema de agua que está experimentando una acumulación gradual de biopelícula puede experimentar aumentos de COT justo después de ciclos de saneamiento, ya que la biopelícula se suelta del interior de la tubería. Este aumento puntual puede desaparecer rápidamente, ya sea diluyéndose a medida que pasa por la gran cantidad de agua en el depósito de almacenamiento, o bien se al romperse gracias a las lámparas UV conectadas a la red de distribución de las tuberías colocadas para desalentar la acumulación microbiana. Sin embargo, esta rápida desaparición puede enmascarar la acumulación de biopelícula hasta que se descomponga el control del sistema y la contaminación microbiana. El PAT700 puede programarse para capturar una muestra de agua si se detecta una oscilación de COT para que la muestra pueda analizarse más a fondo y llegar a la causa fundamental.

El software del PAT700 puede capturar una muestra de agua para respaldar el análisis de la causa fundamental si se detecta una oscilación del COT 

Figura 9. El PAT700 puede capturar una muestra de agua para respaldar el análisis de la causa fundamental si se detecta una oscilación del COT
   

COT como indicador principal de contaminación del sistema de agua

Una de las ventajas adicionales de la detección de punto final dinámico para la oxidación completa en el PAT700 de Beckman Coulter es que puede proporcionar una indicación del perfil de curva de oxidación durante cada análisis de COT. Un cambio en el tipo de perfil, combinado con un cambio en los niveles de COT, puede proporcionar información sobre un cambio en la química orgánica del sistema de agua, lo que sugiere una posible degradación de la integridad del sistema RO, lo que indica al usuario que debería investigar y considerar medidas correctivas para evitar un evento de contaminación a gran escala y le sugiere que ponga en marcha medidas preventivas para evitar que se repita el problema en el futuro.

Los cambios en la curva del perfil de oxidación del COT pueden indicar una posible degradación de la integridad del tratamiento del agua, lo que incita a la investigación para evitar un evento de contaminación a gran escala 

Figura 10. Los cambios en la curva del perfil de oxidación del COT pueden indicar una posible degradación de la integridad del tratamiento del agua, lo que incita a la investigación para evitar un evento de contaminación a gran escala

 

Conclusión

Como indicadores de vanguardia de los posibles cambios en la salud del sistema de agua, los analizadores de COT y conductividad en línea están tomando una importancia cada vez mayor para evitar que el AP y API contaminada se mezcle con un producto farmacológico caro durante la fabricación. La capacidad de notificar cambios en la química orgánica del agua combinada con la captura de oscilación de transición del COT proporciona más apoyo para las investigaciones de causas fundamentales antes de que el AP o el API superen los límites establecidos en las farmacopoeas. La oxidación completa del COT con una liberación de todo el carbono orgánico como dióxido de carbono, incluso las moléculas orgánicas de cadena larga y difíciles de oxidar, de acuerdo con el capítulo 2.2.44 europeo es primordial si se deben realizar mediciones precisas de COT. 

 

Referencias

  1. Farmacopea europea (Ph. Eur.) Comunicado de prensa 18 de marzo de 2016
    https://www.edqm.eu/sites/default/files/press_release_water_for_injections_march_2016_0.pdf
  2. EDQM Expert Workshop, 24 March 2011 European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare (EDQM) 7 allée Kastner, CS 30026 F -67081 Strasbourg
  3. US Pharmacopeia Convention, United States Pharmacopoeia, Rockville MD, USA and Council of Europe, European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare, European Pharmacopoeia, Strasbourg, France
  4. Council of Europe, European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare, European Pharmacopoeia 8.0, 01/2008:20244, Total Organic Carbon in Water for Pharmaceutical Use, Strasbourg, France
  5. International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use VALIDATION OF ANALYTICAL PROCEDURES: TEXT AND METHODOLOGY ICH Q2 9, ICH Secretariat, Chemin des Mines, 1202 Geneva, Switzerland
    http://www.ich.org/products/guidelines/quality/article/quality-guidelines.html
  6. The Japanese Ministry of Health Labour and Welfare, The Japanese Pharmacopoeia, Seventeenth Edition, Pharmaceuticals and Medical Devices Agency, Shin-Kasumigaseki Building, 3-3-2 Kasumigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo 100-0013 Japan https://www.pmda.go.jp/english/rs-sb-std/standards-development/jp/0019.html
  7. Sociedad Internacional de Ingeniería Farmacéutica, La Guía de buenas prácticas de ISPE: Ozone Sanitization of Pharmaceutical Water Systems, First edition July 2012
    http://www.ispe.org/ispe-good-practice-guides/ozone-sanitization-pharmaceutical-water-systems  [14th August 2014]
  8. Sociedad de Ciencias Farmacéuticas y de la Salud, Mejores prácticas para la monitorización de partículas en instalaciones farmacéuticas, Monografía técnica de la PHSS N.º 16, Primera edición 2008, ISBN 978-1-905271-15-3
  9. Ministry of Health, Labour and Welfare, The Japanese Pharmacopoeia, 17th Edition, 1-2-2 Kasumigaseki Chiyoda-ku Tokyo, 100-8916 Japan

 

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