Mikrobiologie

S. Bagel, B. WiedemannNasensprays ohne Konservierung

Nasentropfen und Nasensprays werden in der Regel in Mehrdosenbehältnissen in Verkehr gebracht. Das Design herkömmlicher Mehrdosenbehältnisse schließt bei der Anwendung eine Kontamination des Inhaltes durch Einströmen mikrobiell belasteter Luft nicht aus. Um zu gewährleisten, dass eventuell in das Applikationssystem eindringende Mikroorganismen am Wachstum gehindert bzw. abgetötet werden, sind Nasensprays üblicherweise mit Konservierungsmitteln in angemessener Konzentration versetzt. Dies schützt den Patienten vor einer möglichen Infektion und das Arzneimittel vor dem Verderb. Zubereitungen zur nasalen Anwendung sollten nach Möglichkeit nicht reizen und keine unerwünschten Wirkungen auf die Funktionen der Nasenschleimhaut und der Zilien haben. Der Einsatz von Konservierungsmitteln jedoch birgt ebendieses Risiko, da sie neben negativen Einflüssen auf die Abwehrmechanismen der Nasenschleimhaut auch Nebenwirkungen wie allergische Reaktionen, Zellschädigungen und Reizwirkungen haben können [1,2].

Das 3K-System

Im Gegensatz zu herkömmlichen Mehrdosenbehältnissen ist das 3K-System (3-Kammer-System) darauf ausgerichtet, eine Kontamination des Inhaltes im Hauptreservoir zu verhindern. Dies wird durch mehrere Maßnahmen erreicht (Abb. 1):

  • Die einzelnen Kompartimente des Systems sind physikalisch durch Ventile voneinander getrennt.
  • Die bei Betätigung der Pumpe einströmende Außenluft wird beim 3K-System durch ein filterähnlich aufgebautes Element geleitet.
  • Im System befindet sich oligodynamisch (antimikrobiell) wirkendes Silber, das eventuell in das Totvolumen (den Bereich nahe der Auslassöffnung) eindringende Mikroorganismen effektiv reduziert [3].

Die Verwendung des 3K-Systems bietet somit die Möglichkeit, Nasalia in einem Mehrdosenbehältnis ohne den Einsatz von Konservierungsmitteln zu applizieren.

Zur Beurteilung der mikrobiellen Sicherheit des 3K-Systems müssen zwei verschiedene Prinzipien berücksichtigt werden:

  • einerseits die mechanische bzw. physikalische Dichtigkeit des kompletten Systems und
  • andererseits die Keimkontrolle durch die Nutzung bakterizider und/oder bakeriostatischer Produkteigenschaften auch in Verbindung mit oligodynamisch wirkendem Silber.

Demnach muss für das konservierungsmittelfreie 3K-System zunächst gewährleistet sein, dass das Behältnis nach außen hin gegenüber Verunreinigungen geschützt ist, sodass keine Mikroorganismen in das Hauptreservoir gelangen können. Darüber hinaus müssen eventuell im halboffenen Bereich nahe der Auslassöffnung befindliche - und somit im nächsten Sprühstoß vorhandene - Mikroorganismen effektiv reduziert werden.

Challenge-Test und Anwendungssimulation

Da im Arzneibuch für diese Systeme bisher keine Prüfungsmethoden enthalten sind, wurden für die Fragestellung der Systemsicherheit verschiedene neuartige Untersuchungsmethoden etabliert [4]. Während der normalen Verwendung eines Nasensprays kommt die Auslassöffnung mehrfach mit der Nasenschleimhaut in Kontakt, so dass Mikroorganismen an der Öffnung zurückbleiben und über einen Flüssigkeitsfilm in das Innere gelangen könnten.

In einem Challenge-Test (Dichtigkeitstest: mikrobielle Qualität des Nasensprays nach 4-tägiger Belastung) wurden diese Bedingungen möglichst genau simuliert. Durch Eintauchen der Applikationsspitze des Behältnisses in ein Bakterien-Tauchbad, das 106 Kolonie-bildende Einheiten (KBE) der Spezies Pseudomonas aeruginosa je Milliliter enthält, und gleichzeitiges Betätigen des Systems wird ein Maximum an kritischen Bedingungen gewählt: eine extrem hohe Keimzahl, ein Bakterium, das bekanntermaßen besonders leicht zu Kontaminationen führt, und häufig aufeinander folgende Betätigungen.

Neben dem Challenge-Test wurde eine Anwendungssimulation (mikrobielle Qualität nach 6-wöchiger Anwendung) vorgeschlagen, da auch über einen längeren Zeitraum hinweg gewährleistet sein muss, dass sowohl der erste Sprühstoß als auch der Inhalt des Behältnisses frei von Mikroorganismen bleibt. Dabei wurde das Präparat in die Luft gesprüht.

Methoden

Mikrobielle Qualität nach 4-tägiger Kontamination (Dichtigkeitstest) Bei einem Mehrdosenbehältnis sollte jede ausgebrachte Dosis den Anforderungen des Europäischen Arzneibuches (EuAB) entsprechen. Bei allen Systemen ohne Konservierungsmittel ist die erste Dosis nach Benutzung und Stehenlassen besonders gefährdet, weil sie z. T. aus dem Totvolumen, das sich nahe der Austropfspitze befindet, stammt und damit der mikrobiell kontaminierten Umgebung besonders ausgesetzt ist.

In diesem Challenge-Test wird durch mehrfaches Eintauchen in Keimsuspension und gleichzeitiges Betätigen des Systems eine mögliche Kontamination im Bereich der Auslassöffnung nachvollzogen. Dieser Test soll beweisen, dass auch unter diesen kritischen Versuchsbedingungen

  • der Inhalt durch das System vor Kontamination geschützt wird und
  • in allen Bereichen der Pumpe (speziell nahe der Auslassöffnung) Keimwachstum verhindert wird und die danach ausgebrachte Dosis auch der EuAB-Forderung (< 10² KBE/ml) entspricht.

Als Testorganismus wird Pseudomonas aeruginosa ATCC 27 853 verwendet. Bei der Herstellung des Inokulums wird so verfahren, dass eine 12 bis 15 Stunden alte Flüssigkultur (ca. 1 x 109 KBE/ml) 1 : 1000 in physiologischer Kochsalzlösung verdünnt wird, sodass diese Suspension einer Keimzahl von ca. 1 x 106 KBE/ml entspricht.

Die Prüfmuster werden mit dem Sprühkopf in die Keimsuspension von 106 KBE/ml eingetaucht, anschließend wird durch Abgabe eines Sprühstoßes in die Umgebung das System aktiviert. Dann wird der Sprühkopf erneut in die Keimsuspension eingetaucht, und währenddessen wird einmal das Ventil betätigt. Anschließend wird das Behältnis senkrecht gestellt, die anhaftenden Keimsuspensionsreste werden nicht abgewischt, und die Kappe wird nicht wieder aufgesetzt. Diese Kontamination erfolgt 3-mal täglich über einen Zeitraum von 4 Tagen. Nach der Kontamination werden die Muster zur Überprüfung eines möglichen Keimwachstums 3 Tage bei Raumtemperatur aufbewahrt.

Keimzahlbestimmung: Die Keimzahl im ersten Sprühstoß wird 3 Tage nach dem letzten Eintauchen bestimmt. Dabei wird der Sprühstoß direkt auf eine Agarplatte aufgebracht, wo die Lebendkeimzahl ermittelt werden kann. Zur Bestimmung der Keimzahl im Flascheninhalt wird der Flaschenmantel mechanisch geöffnet und der Flascheninhalt mit Hilfe einer Spritze unter sterilen Bedingungen entnommen. 5 ml des Inhaltes werden filtriert, und der Filter wird auf eine Agarplatte gelegt, wo die Lebendkeimzahl ermittelt werden kann. Aus dem Restvolumen wird eine Verdünnungsreihe in physiologischer Kochsalzlösung hergestellt, um auch Keimzahlen über 104/ml auszählen zu können. Die Verdünnungen werden auf entsprechende Agarplatten aufgetragen, wo die Lebendkeimzahl ermittelt werden kann.

Mikrobielle Qualität nach 6-wöchiger Anwendung (Anwendungssimulation) Auch nach langer Anwendung und häufiger Betätigung der Pumpe des Systems müssen sowohl der Restinhalt als auch jede ausgesprühte Dosis den mikrobiologischen Anforderungen entsprechen. Daher wird nach einer langen Anwendungssimulation über 6 Wochen sowohl der Rest des Flascheninhaltes als auch der erste Sprühstoß mikrobiologisch quantitativ untersucht.

Die Betätigung des Systems erfolgt 2-mal täglich über einen Zeitraum von 6 Wochen (oder länger entsprechend der Aufbrauchzeit), indem der Sprühstoß in die Luft abgegeben wird. Die Lagerung und Keimzahlbestimmung werden entsprechend der oben beschriebenen Methode durchgeführt.

Ergebnisse

In einem Zeitrahmen von Mai 1996 bis März 1999 wurde eine Vielzahl der oben genannten Untersuchungen mit verschiedenen Nasalia unterschiedlicher Arzneimittelhersteller durchgeführt, wobei die Zahl der insgesamt ausgeführten mechanischen Betätigungen des 3K-Systems beeindruckend angewachsen ist: Gemäß den verwendeten Methoden wird bei der Prüfung auf mikrobielle Qualität nach 4-tägiger Belastung jedes Behältnis 24-mal und bei der 6-wöchigen Anwendungssimulation jedes Behältnis mindestens 60-mal betätigt.

Im Rahmen der Untersuchung der mikrobiellen Qualität nach 4-tägiger Belastung (Tab. 1) wurde das System insgesamt rund 23000-mal betätigt, und zwar unter den extremen Kontaminationsbedingungen im Ps. aeruginosa-Tauchbad. Keine der untersuchten Proben wies danach Mikroorganismen im Inhalt auf, lediglich in einigen Sprühstößen des Produktes B waren Bakterien vorhanden: Die Untersuchung des ersten Sprühstoßes drei Tage nach Ablauf der letzten Belastung erbrachte in zehn Fällen eine extrem geringe Keimzahl (1 bis 2 KBE pro Sprühstoß), in vier Fällen allerdings wurde ein Keimgehalt von über 100 Keimen pro Sprühstoß (entsprechend ≥ 1300 KBE/ml) festgestellt. Dieser Wert liegt oberhalb des vom EuAB angegebenen Grenzwertes.

Um festzustellen, ob die aufgetretenen Mikroorganismen aus dem Inhalt des Behältnisses stammten oder lediglich an der äußeren Spitze des Systems haften geblieben sind, wurde die Untersuchung des ersten Sprühstoßes dieser vier Behältnisse am 4. Tag nochmals durchgeführt; dabei traten keine Mikroorganismen auf, der Keimgehalt war in allen Fällen < 1 pro Sprühstoß (entsprechend < 13 KBE/ml). Abschließend lässt sich sagen, dass in keinem der 984 Behältnisse trotz der extremen Belastung eine Verkeimung des Inhalts aufgetreten ist.

Im Rahmen der 6-wöchigen Anwendungssimulation (Tab. 2) wurden über 10000 Systembetätigungen ausgeführt. Es wurden jeweils der erste Sprühstoß und der Flascheninhalt auf das Vorhandensein von Mikroorganismen untersucht. Die Untersuchung des Flascheninhalts ergab in allen Fällen ein keimfreies Hauptreservoir, auch über einen längeren Zeitraum sind in keinem Fall Mikroorganismen in den Flascheninhalt gelangt. Es ist hingegen zu beobachten, dass der erste Sprühstoß vereinzelt Mikroorganismen enthielt. Der Keimgehalt lag jedoch in allen sechs Fällen um den Faktor 10 unterhalb des Grenzwertes der EuAB-Vorschrift. Bei den Kontaminationen handelte es sich um aus der Umwelt stammende Mikroorganismen, z. B. Luftkeime.

Schlussbetrachtung

Das EuAB 1998 erlaubt in Nasalia maximal 100 Keime/ml. Auch die mikrobiologische Reinheit und Qualität der aus dem 3K-System applizierten konservierungsmittelfreien Nasalia muss diesen allgemein gültigen Anforderungen entsprechen.

Das 3K-System ist in verschiedene Kompartimente aufgeteilt: die Auslassöffnung, das Totvolumen (der Bereich nahe der Auslassöffnung mit Teilen des nächsten Sprühstoßes), das Zwischenvolumen und das Hauptreservoir, wobei letzteres durch Ventile hermetisch von den anderen Kompartimenten abgeschlossen ist. Durch den zwangsläufig intensiven Kontakt des Außenbereichs mit der Nasenschleimhaut ist das Risiko, dass Mikroorganismen dort haften bleiben und damit den nächsten Sprühstoß kontaminieren, erheblich. Darüber hinaus besteht ein Risiko, dass der Inhalt durch einströmende Luft kontaminiert wird, die im Zuge des Unterdruckausgleichs nach Betätigung in das System gelangt.

Die Anforderungen, die hier an das System zu stellen sind, sind einerseits eine möglichst geringe Kontaminationsrate des Totvolumens und für den Fall eingedrungener Mikroorganismen deren Wachstumshemmung bzw. Abtötung. Darüber hinaus muss das Ventil, das den halboffenen vom geschlossenen Bereich trennt, selbst bei hoher Kontamination des Totvolumens den Rest des Flascheninhalts vor Verkeimung schützen.

Da das Arzneibuch keine Methoden für die Untersuchung der mikrobiellen Qualität konservierungsmittelfreier Mehrfachdosenbehältnisse vorschreibt, wurden neue Untersuchungsmethoden entwickelt, die für diese Fragestellung der mikrobiologischen Sicherheit adäquate Ergebnisse liefern [4].

In einem Untersuchungszeitraum von knapp drei Jahren wurden insgesamt über 34000 Betätigungen des 3K-Systems durchgeführt. Während dieser Zeit konnte weder eine Kontamination des Inhaltes durch die Auslassöffnung noch durch in das System einströmende Luft festgestellt werden. Somit genügten alle getesteten Proben den Anforderungen des Arzneibuches. Während andere, z. T. bereits auf dem Markt befindliche Systeme, nach der Belastung im Ps. aeruginosa-Tauchbad einen Keimgehalt von 107 KBE/ml in der ausgebrachten Dosis aufwiesen, wurde im 3K-System durch die Verwendung von oligodynamisch wirkendem Silber das Wachstum von eventuell eingedrungenen Mikroorganismen deutlich reduziert bzw. diese sogar abgetötet.

Der erste ausgebrachte Sprühstoß enthielt in extrem wenigen Fällen Mikroorganismen. Im Falle der 4-tägigen Belastung handelte es sich um Bakterien, die nach der Belastung außen an der Applikationsspitze verblieben waren, da die Spitze laut Vorschrift nicht abgewischt wird. Die Bakterien wurden mit dem ersten Sprühstoß "mitgerissen" und gelangten somit auf die Agarplatte. Die nachfolgenden Untersuchungen einen Tag später konnten in allen Fällen einen keimfreien ersten Sprühstoß belegen. Bei den vereinzelt aufgetretenen Mikroorganismen im Rahmen der Anwendungssimulation handelte es sich um Luftkeime. Da die Auslassöffnung gemäß den Versuchsbedingungen über den gesamten Zeitraum ungeschützt der Luft ausgesetzt war, sind diese Ergebnisse verständlich. Die Keimzahlen lagen bei allen Proben weit unterhalb der vom EuAB geforderten Grenze von 100 Keimen/ml.

Die Ergebnisse der vorstehenden, sehr umfangreichen Prüfungen belegen eindrucksvoll, dass das 3K-System hinsichtlich der beiden untersuchten Prinzipien, der mechanischen Systemdichtigkeit und der Keimkontrolle im Totvolumen, aus mikrobiologischer Sicht als absolut sicher gelten kann. Durch die Nutzung und zweckmäßige Kombination der verschiedenen technischen Möglichkeiten sowie die Verwendung von antimikrobiell wirkendem Silber erfüllt das 3K-System die mikrobiologischen Sicherheitsforderungen des Europäischen Arzneibuches 1998 für Nasalia.

Literatur [1] Junginger, H. E., J. C. Verhoef, F. W. H. M. Merkus: Nasale Arzneiformen für die systemische Wirkstoffabsorption. Dtsch. Apoth. Ztg. 131, 295-303 (1991). [2] Hermens, W.A.J.J., F.W.H.M. Merkus: Nasale Arzneimittel - der Einfluss von Arzneimitteln auf die Bewegung nasaler Flimmerhaare. Dtsch. Apoth. Ztg.130, 2411-2416 (1990). [3] v. Mach, G.: Kolloidales Silber als Konservierungsmittel pharmazeutischer und kosmetischer Produkte, Vortrag anlässlich des Concept-Symposions "Konservierung pharmazeutischer und kosmetischer Produkte", 4.-5. Dezember 1980, Frankfurt/Main. [4] Wiedemann, B., B. Kratz: Konservierungsmittelfreie Nasalia. Dtsch. Apoth. Ztg. 138, 529-533 (1998).

Nasentropfen und Nasensprays enthalten meistens Konservierungsmittel, damit Mikroorganismen, die bei der Applikation in die Behältnisse eindringen, abgetötet werden. Es gibt jedoch eine Alternative: Das 3K-System gewährleistet die Sterilität durch eine Silberfeder an der Auslassöffnung des Behältnisses und durch Trennung des Innenraums in drei Kammern mit Filterelement. In harten Tests hat das 3K-System seine Wirksamkeit bewiesen.

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