Die Bedeutung der Überwachung und Dokumentation von Temperatur, relativer Feuchtigkeit und anderen kritischen Parametern während der Herstellung von Arzneimitteln sowie ihrer Lagerung und ihres Transports bis zum Endverbraucher in der Apotheke, ist spätestens seit der Corona-Pandemie allen klar geworden. Insbesondere die Lagerung und Verteilung temperaturkritischer Impfstoffe rückten in den Fokus öffentlicher Fernseh- und Radiostationen. Somit wurde einer breiten Öffentlichkeit die Wichtigkeit der Überwachung der Kühlkette als entscheidendes Qualitätskriterium bewusst.
Es ist wichtig zu bedenken, dass dieses Thema bereits viele Jahrzehnte zuvor in den Vorschriften, Richtlinien und Regularien verschiedener Organisationen und Regulierungsbehörden, wie Good Manufacturing Practice oder Good Distribution Practice, definiert wurde. Organisationen wie die WHO (Weltgesundheitsorganisation), ISPE (International Society for Pharmaceutical Engineering), USP (US Pharmacopeia), die FDA (US-amerikanische Food and Drug Administration) und europäische Regulierungsbehörden haben Vorgaben und Leitlinien entwickelt, um die Produktqualität über den gesamten Lebenszyklus eines pharmazeutischen Produkts sicherzustellen.
In diesem Blogbeitrag möchten wir die Rolle von Kaye in diesem Aspekt, der kontinuierlichen Überwachung, näher beleuchten.
Vom handschriftlichen Aufzeichnen über Chartrecorder hin zum GxP-konformen Überwachungssystem
Die regelmäßige Kontrolle von Temperatur, relativer Feuchtigkeit, Licht, CO2, oder anderen kritischen Messgrößen, z.B. bei der Lagerung pharmazeutischer Fertigprodukte, zeigt die gesamte Bandbreite möglicher Umsetzungen. Das Spektrum reicht vom Ablesen und handschriftlichen Aufzeichnen installierter Sensoren bis hin zum Cloud-basierten Überwachungssystem mit lückenlosem Datenzugriff, wann immer die Daten benötigt werden. Dies widerspiegelt die technische Entwicklung seit Mitte der 1970er Jahre. Auch seitens der Überwachungsbehörden haben sich die anfänglich sehr rudimentären Empfehlungen zu sehr detaillierten Vorgaben und Richtlinien entwickelt, die zur Umsetzung der Konformität seitens der Pharmaindustrie entsprechende technische Lösungen erfordern. Neben der physischen Umsetzung entsprechender Sensoren sind heutzutage hinsichtlich der Datenintegrität (Audit-Trail, 21 CFR Part 11), einer benutzerfreundlichen Softwareoberfläche und Flexibilität in Bezug auf Datenzugriff und Datenauswertung wichtige Vorgaben.
Wie wurde das in der Kaye-Produktlinie umgesetzt?
Die Anfänge der Verwendung von Messwertschreibern, die Daten auf Papier aufzeichneten, lassen sich bis ins 19. Jahrhundert zurückverfolgen. Diese wurden primär in der Meteorologie und für geologische Messungen eingesetzt, während in der Industrie hauptsächlich Dampfmaschinen damit kontinuierlich überwacht wurden. Solche Aufzeichnungssysteme basierten auf mechanischen Komponenten wie Federn und Hebeln, um Bewegungen zu quantifizieren und grafisch darzustellen.
Mit fortschreitender Industrialisierung im 20. Jahrhundert wurden diese Geräte in vielen Industrien und Bereichen, vor allem in der Herstellung und Produktion, weit verbreitet genutzt. In den 1970er und 1980er Jahren ermöglichte die Einführung von elektronischen Versionen eine Revolution in der Datenerfassung. Diese Geräte erlaubten nun eine präzise digitale Aufzeichnung der Messungen, indem sie die klassische, physische und mechanische Bewegung durch eine elektronische Messmethode ersetzten. Dies ermöglichte die datenbasierte Verarbeitung und Ausgabe der erfassten Messwerte.Auch im Bereich der Pharmaindustrie wurden mehrkanalige Messwertschreiber eingesetzt, um Messgrößen wie Temperatur, relative Feuchtigkeit und Druck zu erfassen.
Die genaue Erfassung z.B. der Messgröße Temperatur war, wie wir als treue Leser dieser Blogpost-Reihe wissen, genau das Thema unseres Firmengründers. Schon anfang der 1970er Jahre wurde das Kaye System 8000 zur technischen Umsetzung der industriellen Anforderungen auf den Markt gebracht. Das System ermöglichte die Anbindung einer Vielzahl von Temperatursensoren zusammen mit anderen Messgrößen wie Druck oder relativer Feuchte an dieselbe Grundeinheit und eine entsprechende Papierdokumentation. Dies entwickelte sich in vielen Anwendungen zum industriellen Standard. So fanden Kaye-Messwertschreiber Anwendung in Bereichen wie der Energiegewinnung in Dampfkraftwerken, Grundlagenforschung, Gasturbinen oder zur einfachen Überwachung von Kühlsystemen in der Pharma- oder Lebensmittelbranche. Mit den steigenden Anforderungen im Bereich GxP ergab sich die Notwendigkeit zur Entwicklung eines kontinuierlichen Überwachungssystems
Der Grundstein für die technische Umsetzung war bereits gelegt. Die Nachfolgemodelle aus der Kaye Digistrip-Familie reflektierten den technologischen Fortschritt. Dies zeigte sich in verbesserter Genauigkeit, wachsendem Bedarf an mehr Messkanälen und der Notwendigkeit, Messsignale zu bearbeiten, die auf einem 0-10V/4-20mA Ausgangssignal basierten, zusätzlich zur Temperaturmessung. Mit der Einführung der Kaye NetPac Produktlinie standen nahezu unbegrenzte Möglichkeiten im Hinblick auf die Anzahl der Messkanäle und der erfassten Messwerte zur Verfügung. Der nächste Fortschritt zu einem kontinuierlichen Überwachungssystem konzentrierte sich auf die Datenverarbeitung und -auswertung. Während zu Beginn ein einfacher Papierausdruck auf Thermopapier ausreichte, wurden zunehmend Datenbanken auf SCADA-Basis (Supervisory Control and Data Acquisition) verwendet. Zukünftige Entwicklungen prägten zusätzliche Funktionen wie die Definition unterschiedlicher Alarmstufen, die Implementierung der "21 CFR Part 11", Datenredundanz, die Einbindung von grafischen Übersichtsplänen und ein wachsender Bedarf an Flexibilität der Softwareoberflächen.
Insbesondere die Flexibilität hinsichtlich der Anzahl der Messpunkte und deren einfache Platzierung erfuhr einen Entwicklungsschub durch die Einführung von Funksystem-Loggern. Mit den Kaye RF ValProbe in den frühen 2000er Jahren und der späteren Weiterentwicklung zu den Kaye RF II Monitoring-Loggern wurde dieser Entwicklung Rechnung getragen.
So stehen in diesem Anwendungsgebiet sowohl kabelgebundene als auch drahtlose Messsysteme zur Verfügung, die je nach Anwendung optimal eingesetzt werden können.
Der letzte Entwicklungsschritt weg von serverbasierten SCADA-Systemen hin zu einem Cloud-basierten Datenmanagementsystem wurde mit der Einführung des ersten GxP-konformen Überwachungssystems Kaye LabWatch IoT im Jahr 2019 realisiert.
Fazit
In einem Zeitraum von 65 Jahren hat die Technologie zur Validierung von thermischen Prozessen in der Pharma- und Biotechnologieindustrie kontinuierliche Fortschritte gemacht. Was einst mit einfachen handschriftlichen Aufzeichnungen begann, hat sich durch den technologischen Fortschritt und wachsende Anforderungen stetig weiterentwickelt. Heutzutage haben wir die Möglichkeit, komplexe Messdaten präzise zu erfassen und in einem Cloud-basierten Datenmanagementsystem zu analysieren und zu speichern. Produkte wie die aus der Kaye Digistrip-Familie haben nachweislich zur technischen Entwicklung beigetragen. Sie bieten eine verbesserte Genauigkeit und die Fähigkeit, eine Vielzahl von Messsignalen zu verarbeiten. Das GxP-konforme Überwachungssystem Kaye LabWatch IoT, das wir 2019 einführten, stellt dabei die aktuellste Innovation dar. Durch den starken Fokus auf technische Innovation und Anpassung an sich verändernde Anforderungen hat Kaye sich eine Schlüsselposition in der kontinuierlichen Überwachung kritischer Parameter in der Pharma- und Biotechnologieindustrie gesichert. Zudem hat Kaye durch seine Kernkompetenz - die präzise Erfassung und Verarbeitung von Temperatur, Druck und anderen Messungen - bewiesen, dass die kontinuierliche Anpassung an technologischen Fortschritt der Grundpfeiler seines heutigen Erfolges ist. Dies ist nicht nur für die Validierung eines Dampfautoklavs relevant, sondern auch für die durchgehende Überwachung kritischer Prozesse in der Pharma- und Biotechindustrie.
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