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Test des poches à usage unique au point d'utilisation

La société Sartorius détaille la validation de la reproductibilité et de la fiabilité de la méthode de chute de pression.

MAGNUS STERING, manager, integrity testing solutions, Europe et Asia ;

MARTIN DAHLBERG, manager, dep. instruments, R&D instrumentation et control ;

THORSTEN ADAMS, Ph.D., head of product management, single- use bioreactors ;

DAVY DE WILDE, director of marketing, fermentation technologies, Europe et Asia ;

CHRISTEL FENGE, Ph.D., vp, marketing et product management, fermentation technologies

 

En raison du coût élevé des milieux de culture et de la durée nécessaire pour effectuer un procédé classique de culture cellulaire, il est essentiel d'effectuer des contrôles très rigoureux lors de l'installation d'un tel procédé. En effet, une fuite dans un bioréacteur entraînerait des pertes financières importantes et compromettrait le calendrier de production soigneusement planifié d'une installation BPF. Par ailleurs, dans le cas d'un procédé de fabrication de vaccins, cela pourrait également représenter un risque pour la sécurité des opérateurs.

Actuellement, les technologies à usage unique sont bien acceptées et grâce à leurs programmes d'assurance qualité, les fabricants sont en mesure de livrer des poches à usage unique parfaitement étanches. Mais qu'en est-il des risques liés à l'installation et à une mauvaise manipulation ? Il est bien entendu obligatoire de former les opérateurs, mais est-ce que ce doit être là le seul moyen de réduire les erreurs ?

Pour réduire considérablement les risques dans les installations de production à usage unique, il faudrait tester le bioréacteur complet (y compris les tubes) après l'installation, mais avant l'utilisation, de manière à détecter les fuites éventuellement causées par les erreurs de manipulation de l'opérateur. La nécessité absolue de connecter correctement les différents éléments des tubes lors de l'installation du bioréacteur, de la préparation des milieux et du transfert de l'inoculum constitue un exemple critique de cette situation étant donné que c'est au cours de ces opérations que l'erreur d'un opérateur est susceptible d'entraîner immédiatement une fuite.

Plus de 40 méthodes de test différentes ont été proposées pour détecter les fuites sur la base de diverses technologies telles que la détection de fuite de gaz (pour des gaz spéciaux utilisés comme agents d'essai d'étanchéité), l'imagerie thermique, la mesure du débit, la chute de pression et l'augmentation de pression.

Ces technologies ont chacune des avantages et des inconvénients en termes de sensibilité, de faisabilité et de coûts. Tous ces facteurs doivent donc être soigneusement examinés et pris en considération lors du développement d'un dispositif adapté pour tester les poches des bioréacteurs à usage unique qui sont destinés à être utilisés dans des installations de production BPF dans des entreprises de fabrication de vaccins, d'anticorps monoclonaux et de protéines recombinantes.

Une évaluation des risques révèle que pour les bioréacteurs à usage unique, il faut effectuer un test d'étanchéité prédictif au point d'utilisation (avant l'utilisation, mais après l'installation). Par conséquent, si on teste une poche de bioréacteur à usage unique dans un système séparé et qu'on installe ensuite la poche dans son support (le procédé normal quand on utilise la technologie avec détecteur de gaz), cela ne permet pas de détecter d'éventuelles erreurs de manipulation de l'opérateur.

La technique de la chute de pression, d'autre part, permet de tester la poche d'un bioréacteur à usage unique après l'installation dans sa configuration finale directement dans son support. Cette approche constitue un outil fiable et prédictif de réduction des risques.

 

Développement d'une méthodologie robuste

 

Avant de valider formellement une méthode de test, il faut en établir la fiabilité et la reproductibilité. Pendant le développement d'une technique basée sur la mesure de la chute de pression, les chercheurs ont découvert de bonne heure qu'une fuite dans une poche en plastique n'est absolument pas détectée quand l'emplacement de la fuite est appuyé contre une surface dure et lisse en raison de la pression du test. Dans ce cas, seule une très faible quantité du gaz de test parvient à s'échapper si bien que la fiabilité de la détection de la chute de pression est nulle.

Pour éviter cet effet masquant, il faut utiliser des matières non tissées spéciales en polyester, qui agissent comme des séparateurs poreux entre le film en plastique du bioréacteur et le support. On obtient alors des valeurs de test fiables et reproductibles comparables aux résultats obtenus avec la même méthode de test pour une poche qui n'est pas appuyée contre une surface dure.

Cette approche a été qualifiée en appliquant la même méthode de test à des poches présentant des fuites prédéfinies situées sur la partie supérieure qui n'est pas en contact avec le support, si bien que les fuites ne risquent pas d'être masquées.

 

Principes généraux de la méthode de test d'étanchéité

 

Cette méthode de test a pour objectif d'identifier un dommage potentiel sur des poches de bioréacteur déjà installées (y compris sur les soudures des poches et des ports, les connexions et la surface des poches) afin d'éviter une perte du contenu du bioréacteur ou un risque en matière de sécurité biologique.

La méthode de test repose sur la norme ASTM F2095-01 : « Standard Leak Test for Pressure Decay Leak Test for Nonporous Flexible Packages with and without Restraining Plates ». Pour cela, on utilise l'appareil de test pour poches Sartocheck®4 plus Bag tester (Sartorius Stedim Biotech) avec une matière non tissée spécialement développée à cet effet, qui empêche que les fuites éventuellement apparues pendant l'installation ne soient masquées. Cet appareil permet de détecter la présence de fuites sur des poches de bioréacteurs à usage unique installées dans leur support de poche final, entre le moment de leur installation et celui de leur utilisation.

Ce test d'étanchéité par contrôle de la chute de pression permet de détecter avec fiabilité des défauts de 50 µm sur les poches CultiBag STR de 50 l, de 100 µm sur les poches CultiBag STR de 200 l, de 200 µm sur les poches CultiBag STR de 500 l et des défauts de 400 µm sur les poches CultiBag STR de capacité 1000 l au niveau de la paroi des poches, des soudures ou des connexions de l'ensemble du système de poche souple, y compris des tubes. Cette méthode de test non destructive permet d'implémenter un test fiable et reproductible sur le point d'utilisation dans des installations de bioproduction.

Au cours du test, l'appareil mesure la chute de pression et la compare à des critères d'acceptation établis lors de la qualification de la méthode. L'approche de validation était séparée en deux parties : 1) une étude technique destinée à établir la limite de détection pour différents volumes de poche et 2) la qualification formelle pour vérifier la taille minimum détectable des fuites et établir les critères d'acceptation du test (chute de pression maximum autorisée).

 

Étude technique

 

Pour déterminer la taille minimum détectable d'une fuite, on a préparé une poche simplifiée (avec un seul port inférieur pour l'application de gaz de test) avec plusieurs patchs défectueux définis représentant des fuites de différentes tailles. Un patch défectueux est une pellicule circulaire soudée à la surface de la poche et présentant un orifice de fuite réalisé au laser et avec un débit étalonné.

Au cours d'une seconde étape, on a établi les paramètres du test final à l'aide d'une poche standard sans patch défectueux et d'une poche standard dotée d'un patch défectueux avec une fuite de la taille minimum détectable déterminée auparavant.

Pour la poche CultiBag STR 50 L, on a déterminé une taille minimum détectable des fuites de 50 µm et pour les CultiBag de 200 l, on a pu détecter avec fiabilité une fuite de 100 µm. Pour la poche CultiBag STR 500 l, on a déterminé une taille minimum détectable des fuites de 200 µm et pour les CultiBag de 1000 l, on a pu détecter avec fiabilité une fuite de 400 µm.

Les paramètres du test final pour la méthode de qualification ont été établis sur la base des résultats de l'étude technique (voir tableau ). Ces paramètres ont servi à créer un programme de test automatique pour chaque volume de poche STR dans l'appareil de test de poches Sartocheck 4 plus Bag tester.

 

Étude de qualification

 

L'étude de qualification avait pour objectif de vérifier la taille minimum détectable des fuites pour les différents volumes de poches à partir d'un nombre statistiquement significatif de poches standard provenant de différents lots de production de routine.

Pour l'étude de qualification, on a utilisé des poches standard issues de la production sans aucune modification supplémentaire et une poche standard préparée avec un seul patch défectueux (conforme à la taille minimum détectable des fuites déterminée lors de l'étude technique) provenant de différents lots par volume de poche. Toutes les poches ont été irradiées aux rayons gamma. Un minimum de 10 tests ont été effectués par poche.

Toutes les poches testées ont montré les résultats escomptés, c'est-à-dire que les poches standard non défectueuses ont passé le test tandis que les poches standard préparées avec un seul défaut ont échoué. La méthode de test à l'aide de la chute de pression combinée aux matières non tissées a donc été qualifiée avec succès et s'est avérée être une méthode solide et prédictive permettant de détecter des fuites avec fiabilité.

Ce nouveau test de fuite qui est qualifié pour être utilisé après l'installation mais avant l'utilisation des bioréacteurs à usage unique permet désormais de réduire les risques et d'assurer le même niveau de qualité auquel ne parvenaient auparavant que les bioréacteurs traditionnels qu'il était facile de tester en pression avant utilisation. Le test de fuite contribue à réduire les retards dans l'exécution des projets tout en aidant à diminuer les risques, notamment dans les applications critiques de biosécurité.

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