Zuverlässige Vakuumversorgung bei der isokinetischen Probeentnahme in Reinräumen

Fig. 1: Zwei redundante Mink MV Klauen-Vakuumpumpen von Busch im Technikraum des Laborzentrums. / Fig. 1: Two redundant Mink MV claw vacuum pumps from Busch in the engineering room of the laboratory centre.

Fig. 2: Funktionsprinzip einer Mink Klauen-Vakuumpumpe. / Fig. 2: Operating principle of a Mink claw vacuum pump.

Eine permanente und zuverlässige Messung der Partikel in der Luft der Reinräume des José-Carreras-Centrums für Somatische Zelltherapie am Universitätsklinikum Regensburg ist unerlässlich. Die isokinetische Probeentnahme in fünf Sterilwerkbänken erfolgt über einen definierten Luftstrom, in dem die Partikelanzahl gemessen wird. Der Luftstrom wird von Mink MV Klauen-Vakuumpumpen der Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme erzeugt, deren intelligenter Antrieb die exakt erforderliche Luftmenge an der Messsonde vorbeiströmen lässt, ohne dass es nach einjährigem Betrieb [Stand Mai 2015] jemals zu einer Unregelmäßigkeit, Störung oder gar einem Ausfall gekommen wäre.

Das José-Carreras-Centrum für Somatische Zelltherapie (JCC) ist ein spezialisiertes Zentrum für die Entwicklung und Herstellung von Zelltherapeutika, das in den Jahren 2008 und 2009 errichtet wurde. Es handelt sich um eine Einrichtung des Universitätsklinikums Regensburg, angesiedelt in der Klinik und Poliklinik für Innere Medizin III. Der Bau des Zentrums wurde finanziert von der José-Carreras-Leukämie-Stiftung e.V., der Europäischen Union im Rahmen der Regionalförderung sowie dem Universitätsklinikum Regensburg. Das Zentrum bietet alle technischen Möglichkeiten zur Entwicklung moderner zellbasierter Therapieansätze für die Anwendung im Rahmen klinischer Prüfungen und stellt damit eine wichtige infrastrukturelle Voraussetzung für zahlreiche translationale Forschungsprojekte nicht nur des Universitätsklinikums selbst dar.

Für die aseptische Herstellung von Arzneimitteln – worunter auch die im JCC produzierten Zelltherapeutika fallen – schreibt der EU-Leitfaden der Guten Herstellungspraxis (EU-GMP-Leitfaden) eine kontinuierliche Überwachung der Partikelzahlen in der höchsten Reinraumklasse A vor. Die Partikelmessung in Reinraumklasse A erfolgt im JCC direkt in den fünf installierten Sterilwerkbänken durch permanente isokinetische Probeentnahmen. Dabei wird über den Partikelzähler ein Teilstrom aus der Luft abgesaugt, der exakt einen Volumenstrom von einem Kubikfuß/Minute (1 cfm) betragen muss, was 28,3 Liter/Minute entspricht. Der Partikelzähler misst mit einem Laser die Partikelanzahl pro definierter Luftmenge und leitet die Messwerte an ein unabhängiges Monitoring-System weiter, in dem die zulässigen Grenzwerte hinterlegt sind. Bei Grenzwertüberschreitung löst das System optischen und akustischen Alarm aus. Aber nicht nur die Partikelzahlen werden durch das Monitoring-System überwacht, sondern auch die genaue Einhaltung des vorgeschriebenen Volumenstroms an den einzelnen Partikelzählern, da nur so eine korrekte Beurteilung der Messwerte gegen die im EU-GMP-Leitfaden hinterlegten Grenzwerte pro Kubikmeter Luft erfolgen kann. Sobald der vorgeschriebene Volumenstrom über- oder unterschritten wird, gibt das System ebenfalls Alarm (Flow-Alarm).

Ursprünglich war für jeden einzelnen Partikelzähler eine trockenlaufende Drehschieber-Vakuumpumpe eingesetzt, die den Volumenstrom erzeugte. Dieses System hatte jedoch zwei große Nachteile: Zum einen hielt es keine Redundanz vor. Wenn eine Vakuumpumpe ausfiel, konnte der zugehörige Partikelzähler und damit der gesamte Sterilarbeitsplatz nicht mehr genutzt werden. Zum anderen konnten die alten Pumpen nicht geregelt werden, sodass Schwankungen der Volumenströme nicht kompensiert werden konnten und es immer wieder zu Flow-Alarmen kam. Die Vakuumpumpen zeigten zudem bereits nach wenigen Jahren deutliche Verschleißerscheinungen und hätten sukzessive ausgewechselt werden müssen.

Für die operative Leiterin des Laborzentrums, Dr. Andrea Hauser, war dies ein nicht hinnehmbarer Zustand, zumal Störungen der kontinuierlichen Partikelüberwachung während der Arzneimittelherstellung extrem kritisch sind. Nach jedem Flow-Alarm musste eine aufwändige Fehlersuche und -analyse durchgeführt und die Partikelzähler danach gegebenenfalls zur Überprüfung und Neukalibrierung eingeschickt werden. Dies stellte sowohl einen hohen zeitlichen als auch finanziellen Aufwand dar, der den Neupreis einer Vakuumpumpe überstieg. Betriebstechniker Erich Six nahm daraufhin Kontakt mit der Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme auf, die gemeinsam mit ihm ein neues Konzept entwickelte: Eine zentrale Vakuumversorgung für alle Partikelzähler mit zwei Vakuumpumpen, die nach dem Mink Klauen-Vakuumprinzip arbeiten und zudem mit einem intelligenten Antrieb mit Frequenzumrichter ausgestattet sind, der es ermöglicht, die Vakuumpumpen so zu regeln, dass sie die eingegebene Leistung permanent erbringen, auch wenn sich die Prozessbedingungen ändern. Im Mai 2014 wurden in der Technikzentrale des JCC zwei Mink MV 0040 D Klauen-Vakuumpumpen installiert, die redundant betrieben werden. Das heißt, es ist nur eine der beiden Vakuumpumpen in Betrieb, während die andere eine Stand-by-Funktion hat. Die beiden neuen Vakuumpumpen sind so programmiert, dass an den Partikelzählern der Normfluss von 28,3 Litern pro Minute genau eingehalten wird. Die komplette Steuerung der Vakuumpumpen wurde intern von Betriebstechniker Bernhard Horn programmiert und realisiert.

Mink Klauen-Vakuumpumpen arbeiten trocken, das heißt frei von Betriebsmitteln im Verdichtungsraum, und berührungsfrei. Durch die berührungsfreie Arbeitsweise entsteht, im Gegensatz zur trockenlaufenden Drehschieber-Vakuumpumpe, kein Verschleiß. Dies ist mit ein Grund dafür, dass diese Art von Vakuumpumpen permanent die geforderte Saugleistung erbringt. Der Betrieb ohne Betriebsmittel und ohne Verschleißteile macht die Mink Klauen-Vakuumpumpe annähernd wartungsfrei. Die beiden Vakuumpumpen sind an das Gebäude-Leitsystem angeschlossen, werden so kontinuierlich überwacht und eventuelle Störungen sofort angezeigt. Das Vakuumsystem ist rund um die Uhr im Einsatz, wobei die Steuerung der Pumpen von der Technischen Zentrale des Universitätsklinikum so ausgelegt wurde, dass die Vakuumpumpen abwechselnd in Betrieb sind und somit beide die gleiche Betriebszeit aufweisen. Bei einer eventuellen Störung an einer der beiden Vakuumpumpen würde die Steuerung sofort dafür sorgen, dass die andere Pumpe in Betrieb geht und es zu keinem Ausfall der Vakuumversorgung kommt.

Diese neue Vakuumtechnologie ist im José-Carreras-Centrum seit Mai 2014 in Betrieb, bislang kam es weder zu Flow-Alarmen im Reinraum noch zu anderen Störungen oder Unterbrechungen der Vakuumversorgung. Bislang [Februar 2017] waren auch keine Wartungsarbeiten an den Vakuumpumpen notwendig. Deshalb sind sich Dr. Andrea Hauser und Betriebstechniker Erich Six sicher, sich mit der Mink Vakuumtechnologie für die optimale Lösung zur Vakuumerzeugung entschieden zu haben.