Aux États-Unis d’Amérique (USA), la réglementation cGMP pour les produits pharmaceutiques stipule que “les équipements et les ustensiles doivent être nettoyés, entretenus et stérilisés à intervalles appropriés afin de prévenir les dysfonctionnements ou la contamination susceptibles d’altérer la sécurité, l’identité, la force, la qualité ou la pureté du médicament”⁽¹⁾. De même, en juin 2007, le Département américain de la Santé et des services aux personnes, la U.S. Food and Drug Administration (FDA – Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux) a publié une réglementation concernant les compléments alimentaires.

Cette réglementation stipule que les fabricants “doivent entretenir, nettoyer et stériliser, de manière appropriée, tous les équipements, les ustensiles et les autres surfaces de contact utilisés pour fabriquer, conditionner, étiqueter ou manipuler les composants ou les compléments alimentaires”⁽²⁾.
Ceci étant dit, tous les fabricants de FOS fournissant des produits aux USA doivent avoir mis en place un programme de nettoyage afin de se conformer à ces réglementations.

Les produits FOS contiennent un ou plusieurs composants actifs qui peuvent être classés comme des produits pharmaceutiques (par ex., paracétamol, ibuprofène, etc.) ou alimentaires (par ex., vitamines, minéraux, plantes, etc.). Selon le produit, il est possible qu’il contienne plusieurs excipients (ingrédients inertes) utilisés comme produits de remplissage, agents désintégrants, agents de liaison, lubrifiants, colorants et/ou revêtements. La grande diversité des substances actives et des excipients ainsi que les variations des produits rendent difficile, pour les sociétés, la définition d’une stratégie de nettoyage unique pour les opérations de fabrication de FSO, rendant ainsi plus difficile de respecter les réglementations cGMP.

Les stratégies de regroupement, appelées aussi méthodes de la matrice ou des extrêmes, sont des méthodes dans lesquelles les produits ou les équipements sont considérés comme similaires du point de vue du nettoyage. Si les produits sont de types similaires, fabriqués sur la même chaîne d’équipements et nettoyés par les mêmes méthodes de nettoyage, alors des stratégies de regroupement peuvent être utilisées pour simplifier la procédure de nettoyage destinée à des produits multiples.
Les produits sont regroupés sur la base de leur type (comprimé, gélule, capsule molle, etc.), de leur solubilité et de la toxicité de leur(s) substance(s) active(s), ainsi que de la difficulté globale du nettoyage sur la base de l’historique ou des données obtenues en laboratoire. Le matériel de fabrication est regroupé sur la base de sa conception et de sa taille. Dans tous les cas, le produit ou la pièce du matériel qui représente le “pire des cas” est sélectionné(e) pour répondre au défi du nettoyage. Cet article traite de la sélection du regroupement des produits “pire des cas” pour les formes FOS et étudie les données relatives à la solubilité, la toxicité et la difficulté de nettoyage.
Cet article comporte également des expérimentations menées en laboratoire sur les formulations finales afin d’évaluer la nettoyabilité à l’aide, à titre d’exemple, de vitamines et de minéraux.

Solubilité des produits FOS
Les données de solubilité du composant actif dans l’eau sont souvent faciles à générer ou à obtenir. Quand un agent de nettoyage autre que l’eau est utilisé, le même type de donnée doit être recueilli. En général, les solvants organiques ne sont pas des agents nettoyants couramment utilisés par les fabricants de FOS en raison de la difficulté de l’élimination de leurs résidus à laquelle s’ajoutent des problèmes de sécurité environnementale et individuelle. Pour la plupart, les fabricants de FOS réalisent un nettoyage par des méthodes manuelles (par ex., brosse, essuie-tout, lances à mousse ou à spray, etc.) avec un agent nettoyant en formulation aqueuse.

On suppose souvent que la substance active dont la solubilité est la plus faible est la plus difficile à nettoyer et qu’elle constitue, par conséquent, le “pire des cas”, mais plusieurs facteurs peuvent compliquer cette hypothèse.
En premier lieu, la substance active n’est que l’un des nombreux composants présents dans la formulation d’un produit FOS. Les autres composants, appelés les excipients, les produits de remplissage ou les ingrédients inactifs, peuvent influencer la solubilité de la substance active. En second lieu, les excipients sont souvent plus difficiles à nettoyer que la substance active. En troisième lieu, des paramètres comme le pH et la température de la solution de nettoyage peuvent avoir un impact sur la solubilité de la substance active. En outre, quand un détergent formulé est utilisé, la solubilité de la substance active peut être améliorée en raison de la présence de multiples composants dans la formulation de nettoyage (par ex., acides, bases, chélateurs, dispersants ou surfactants).
Quoi qu’il en soit, la solubilité de la substance active peut être une donnée utile dans une perspective d’évaluation des risques pour déterminer le pire cas de souillure.

Toxicité des produits FOS
Dans l’industrie pharmaceutique, les limites d’acceptation pour les substances actives résiduelles sont souvent calculées à l’aide de la dose journalière minimum de la substance active dans le produit venant d’être fabriqué et de la dose journalière maximum du prochain produit devant être fabriqué. Ce calcul de limite est basé sur la dose thérapeutique la plus faible et a été accepté dans ce secteur par la plupart des fabricants de médicaments pour établir des limites scientifiquement justifiables pour la validation du nettoyage. Le terme “dose journalière minimum” fait référence à la dose prescrite minimum de la substance active susceptible de provoquer l’effet pharmacologique souhaité chez un patient. Un facteur de sécurité de 0,001 a été recommandé pour les formes à administration orale ⁽⁵⁾.

Comme les compléments alimentaires ne sont pas des médicaments, l’application d’un calcul pharmaceutique peut ne pas être pertinente car les informations pharmacologiques ne sont pas disponibles pour la plupart des substances actives alimentaires utilisées dans ces produits. Une autre mesure, comme l’apport nutritionnel recommandé, peut être indiquée sur l’étiquette du produit ou dans d’autres références mais ces valeurs recommandées peuvent fortement varier.
Les compléments alimentaires peuvent être pris pour de multiples raisons et leur dosage peut dépendre des besoins individuels, aussi les recommandations du nutritionniste peuvent être différentes. Par conséquent, les apports nutritionnels recommandés ne constituent pas un substitut approprié à la dose thérapeutique, ce qui est le cas des médicaments. Il existe d’autres options de calcul des limites résiduelles qui peuvent être envisagées à leur place.

Une autre méthode de calcul des limites acceptables est basée sur l’utilisation des données de toxicité animale à la place de la dose journalière minimum. Cette méthode est particulièrement utile pour l’établissement des limites pour des substances qui ne sont pas destinées à une utilisation thérapeutique.
Les informations relatives à la toxicité doivent comporter la voie d’administration, l’espèce de test et le dosage utilisé. Par exemple, la DL50 orale (dose létale pour 50% de la population) chez les rats ou les souris est couramment disponible pour la comparaison des produits à administration orale.
Les données de toxicité comme la DL50 peuvent être utilisées pour déterminer la Dose journalière acceptable (DJA) d’un contaminant potentiel. La DJA tient compte de la masse corporelle (comme 25kg pour un enfant ou 70kg pour un adulte) pour obtenir une “dose sûre”. Un tel calcul pour un complément alimentaire à l’aide de la DL50 orale serait alors :

Dans cette équation, la marge de sécurité appropriée est la combinaison d’un facteur de sécurité (donné dans la référence comme >1000 pour une exposition prolongée ou pendant toute la durée de la vie au médicament) et d’un facteur modificateur (compris habituellement entre 1 et 10, basé sur le jugement du toxicologue qui procède à la détermination)^(6-8). La DJA peut être utilisée pour calculer la contamination maximale autorisée (MACO) pour le prochain lot de produit tel que :

À partir de là, le reste du calcul de la limite résiduelle peut suivre une stratégie similaire à celle présentée dans de multiples références^(5,9). La valeur de la MACO, avec celle de la surface partagée totale et/ou du volume de rinçage final, peut être utilisée pour déterminer les limites de résidu pour chaque écouvillon ou échantillon de rinçage, respectivement.
Les données de toxicité orale sont en général disponibles pour les substances actives alimentaires approuvées par la FDA. Pour les substances actives ou les produits pour lesquels les données de toxicité sont limitées ou indisponibles, la DJA peut alors être basée sur le principe du seuil de Problème Toxicologique (SPT) ou en utilisant une Exposition Journalière Admissible (EJA) ou une Exposition Journalière Permise (PDE)^(10-12). Pour le regroupement de produits, la limite d’acceptation pour le nettoyage doit être basée sur la valeur de la MACO la plus faible déterminée pour le groupe de produits⁽⁹⁾.
Les données de toxicité utilisées pour déterminer la limite d’acceptation doivent être soigneusement pondérées avec le(s) produit(s) le(s) plus difficile(s) à nettoyer⁽¹³⁾.

Défis du nettoyage des FOS
Parmi les défis rencontrés lors du nettoyage des FOS figure la conception du matériel de fabrication. Les mélangeurs, les poubelles, les granulateurs, les séchoirs, etc., peuvent ne pas avoir été conçus pour manipuler des liquides et, par conséquent, la technique du nettoyage en place (NEP) peut ne pas constituer une option sans modifications substantielles de l’équipement. Dans la plupart des cas, le matériel de fabrication doit être démonté et nettoyé manuellement par sections. Les procédures de nettoyage manuel doivent tenir compte de la sécurité de l’opérateur et du type d’équipement de protection individuel (EPI) à porter pour minimiser l’exposition aux résidus des agents nettoyants et de fabrication. De même, la compatibilité du substrat devient un problème en cas de nettoyage de pièces constituées d’acier trempé de grades différents, qui sont susceptibles de corrosion (par ex., outils de fabrication de comprimés).
Comme mentionné plus tôt, les FOS sont composées de divers ingrédients dont certains sont particulièrement difficiles à éliminer du matériel de fabrication. Les carbomères, des polymères de poids moléculaire élevé, par exemple, sont des ingrédients très souvent utilisés dans la fabrication des FOS en raison de leur polyvalence qui sont, en général, considérés comme sûrs (GRAS)^(36,37). Les produits FOS peuvent également contenir des revêtements polymères formulés pour des fonctions spécifiques. Ces types de substances polymères ont tendance à sécher sur les côtés des récipients de fabrication et à durcir (comme du vernis à ongles) ce qui rend leur élimination extrêmement difficile.

La détermination du produit le plus difficile à nettoyer est basée sur la solubilité de la substance active, sur les informations historiques transmises par les opérateurs chargés du nettoyage/de l’élimination du produit des surfaces et/ou des études en laboratoire. L’utilisation des études en laboratoire peut permettre de définir les paramètres critiques du nettoyage comme la sélection de la température et de la durée du nettoyage, de l’agent de nettoyage et de sa concentration. Les données des études en laboratoire peuvent aussi permettre de définir les procédures standard de nettoyage ce qui facilite le regroupement des produits pour le nettoyage. Les études de la nettoyabilité en laboratoire peuvent également aider à déterminer les résidus les plus difficiles à nettoyer pour un ensemble donné de paramètres de nettoyage.

Matériels et méthodes
Lors de la préparation des échantillons de test en laboratoire, les comprimés ont été écrasés, les capsules molles ouvertes, et leurs contenus appliqués sous forme de poudre libre ou comprimée sur 304 coupons d’acier inoxydable de finition de surface 2B. Le liquide provenant de l’intérieur des capsules molles a été appliqué directement sur les coupons. Les différentes applications sur les coupons simulaient les différentes conditions résiduelles observées au cours de la fabrication.

Les coupons revêtus ont été nettoyés pendant au maximum 60 min. ou jusqu’à ce qu’ils aient atteint les résultats de nettoyage suivants : Visuellement Propre (VP), sans rupture du film d’eau et masse gravimétrique inférieure ou égale à 0,1mg de résidu par coupon (environ 0,5 – 1,0mcg/cm²). La figure 1 fournit une illustration visuelle d’un coupon souillé, d’un échec au test visuel et d’un échec au test de rupture du film d’eau.

Figure 1 : Un coupon souillé sur la gauche ; un échec au test visuel au centre ; un échec au test de rupture du film d’eau sur la droite.

Visuellement propre – Le test de propreté est confirmé à l’aide de grands coupons d’acier inoxydable (habituellement 3″ x 6″). Une fois l’essai de nettoyage exécuté, le coupon est rincé à l’eau du robinet pendant 10 secondes puis sa propreté est observée. Un coupon est considéré comme visuellement propre si aucun résidu de l’échantillon ou de détergent n’est visible sur aucun des côtés du coupon.
Sans rupture du film d’eau – Un coupon visuellement propre est rincé avec de l’eau désionisée et fait l’objet du test de rupture du film d’eau. La surface du coupon est revêtue d’eau désionisée pendant 10 secondes en position verticale et elle est examinée pendant que le film d’eau s’écoule. Si la surface est propre, l’eau forme un mince film continu qui revêt uniformément celle-ci. Ce film persistera pendant 30 à 60 secondes.
Poids pré/post-nettoyage – Un coupon visuellement propre et ayant fait l’objet du test de rupture du film d’eau est séché à l’air à température ambiante puis pesé sur une balance analytique pour une détermination du poids post-nettoyage. Le poids post-nettoyage est comparé au poids pré-revêtement obtenu pour le coupon propre et sec avant revêtement avec un échantillon. Un grand coupon est considéré comme propre à 100 % en poids si les poids pré et postnettoyage sont égaux à 0,1 mg près.

Les études de nettoyage en laboratoire ont été réalisées à l’aide de la méthode par immersion agitée pour comparer divers agents de nettoyage aqueux. Bien que le nettoyage manuel soit couramment utilisé dans l’industrie des compléments alimentaires, l’immersion agitée a été sélectionnée pour éliminer la variabilité liée à l’opérateur typique des méthodes de nettoyage manuelles. De plus, la méthode par immersion agitée peut aussi permettre d’évaluer les performances réelles du nettoyage des produits chimiques car elle n’emploie qu’une force mécanique minimum.

Les agents de nettoyage évalués étaient : l’eau désionisée (DI), un détergent à pH neutre, un détergent acide et un détergent alcalin. Les températures utilisées au cours de l’étude étaient la température ambiante (20-25°C), 45°C et 60°C. Si un coupon était nettoyé avec succès à une température plus basse, alors la température plus élevée n’était pas évaluée (pour le nettoyage manuel, des températures de 45°C ou inférieures sont en général recommandées). La concentration du détergent formulé sélectionné était fixée à 1% v/v. Des concentrations efficaces moindres en détergent sont souhaitables car elles sont susceptibles d’avoir un impact sur la sécurité de l’opérateur, de réduire le volume de neutralisant nécessaire (le cas échéant), de minimiser le volume d’eau de rinçage nécessaire et d’optimiser l’utilisation efficace du détergent formulé. Enfin, le temps de contact entre les souillures et la solution de nettoyage a été augmentée (jusqu’à 60 minutes au maximum) jusqu’à obtention des résultats souhaités.

Les figures 2 à 5 (ci-après) récapitulent les résultats obtenus pour l’eau DI et les détergents formulés évalués. Chaque diagramme mentionne les souillures nettoyées avec succès par un détergent particulier et comporte la température et le temps de contact nécessaires à l’obtention de résultats de nettoyage acceptables.

La figure 6 récapitule le groupe des souillures qui n’ont pas été nettoyées avec succès avec de l’eau DI ou l’un des détergents à la concentration souhaitée de 1% v/v, même pour les paramètres température et temps de contact les plus élevés du test. Pour ces souillures, une concentration plus élevée de détergent de 5% v/v a été évaluée. Le détergent alcalin a été la seule formulation qui a obtenu des résultats de nettoyage acceptables pour la plupart des souillures testées. Les capsules molles de Vitamine E n’ont pas été nettoyées avec succès avec l’eau DI, les agents nettoyants 1% v/v ou 5% v/v évalués au cours de cette étude. Cependant, les capsules molles de vitamine E ont été nettoyées avec succès par une approche comportant deux produits, un détergent alcalin formulé à 1% v/v plus un détergent additif contenant du peroxyde d’hydrogène à 1% v/v, pendant 30 min. à 60°C. Si les capsules molles de vitamine E sont considérées comme le ”pire des cas” de cette évaluation du nettoyage, alors cette méthode comportant deux éléments doit aussi être efficace pour tous les autres produits évalués.

Des évaluations supplémentaires peuvent être réalisées pour confirmer une procédure de nettoyage à un seul élément pour toutes les vitamines et minéraux.

Figure 2 : Résumé des paramètres de nettoyage obtenus pour les compléments nettoyés avec succès avec de l’eau DI uniquement. La figure indique la température et le temps de contact minimum requis pour obtenir la propreté des coupons test.

Figure 3 : Résumé des paramètres de nettoyage obtenus pour les compléments nettoyés avec succès avec un détergent neutre. La figure indique la température et le temps de contact minimum requis pour obtenir la propreté des coupons test.

Figure 4 : Résumé des paramètres de nettoyage obtenus pour les compléments nettoyés avec succès avec un détergent acide. La figure indique la température et le temps de contact minimum requis pour obtenir la propreté des coupons test.

Figure 5 : Résumé des paramètres de nettoyage obtenus pour les compléments nettoyés avec succès avec un détergent alcalin. La figure indique la température et le temps de contact minimum requis pour obtenir la propreté des coupons test.

Figure 6 : Résumé des paramètres de nettoyage obtenus pour les compléments nettoyés avec succès avec une concentration plus élevée en détergent alcalin. La figure indique la température et le temps de contact minimum requis pour obtenir la propreté des coupons test.

Discussion et recommandations en matière de nettoyage pour les produits “pire des cas” comportant des vitamines et des minéraux
Pour les vitamines, les informations relatives à la solubilité indiquaient que la vitamine B présentait la solubilité la plus élevée dans l’eau et qu’elle était nettoyée avec succès par l’eau désionisée et les détergents (neutre, acide, ou alcalin). Les autres vitamines étaient partiellement ou presque insolubles dans l’eau et nécessitaient un détergent formulé pour leur nettoyage. La vitamine D3 présentait la dose journalière recommandée la plus faible, à hauteur de 5-10mcg, et était la substance active la plus toxique chez les rats et les souris avec une DL50 de 5-50mg/kg. Les capsules molles de liquide ou de gel nécessitaient le même temps de nettoyage ou un temps de nettoyage plus long que les résidus secs pour être éliminées. Les études de nettoyabilité ont montré que les vitamines les plus difficiles à nettoyer étaient la forme gel des vitamines A, D, E et K ; les vitamines K et D étaient les formes sèches les plus difficiles à nettoyer. Les capsules molles de vitamine E ont nécessité une combinaison de deux détergents et ont été les échantillons les plus difficiles à nettoyer évalués au cours de cette étude.
En ce qui concerne les minéraux, les informations relatives à la solubilité indiquaient que le sulfate ferreux, le gluconate de potassium et le gluconate de zinc étaient solubles dans l’eau, mais sous leurs formes finales d’administration, aucun n’a été nettoyé avec succès par de l’eau désionisée. Le sélénium est la substance la plus toxique de ce groupe, sur la base d’une DL50 orale de 3-7mg/kg chez les rats et les souris. Le sulfate ferreux a été le minéral le plus difficile à nettoyer ainsi que l’ont déterminé nos études de nettoyabilité, sous forme de poudre sèche ou compactée, nécessitant une concentration de 5% v/v du détergent alcalin. Le citrate de magnésium a été le deuxième minéral le plus difficile à nettoyer, nécessitant une concentration de 1% v/v du détergent alcalin pour être éliminé avec succès.
Sur la base des résultats obtenus lors de cette évaluation, plusieurs options peuvent être recommandées pour le regroupement. À des fins de simplification, nous supposerons que les produits évalués sont fabriqués sur le même équipement ; cela peut, cependant, ne pas être le cas dans la réalité.

Utilisation des capsules molles de vitamine E en tant que souillure la plus difficile à nettoyer
Les capsules molles de vitamine E ont été les seuls produits nécessitant la combinaison de deux détergents. Globalement, elles ont constitué la souillure la plus difficile à nettoyer, aussi l’une des options consiste à nettoyer tous les autres produits à l’aide de la même procédure de nettoyage que celle qui est recommandée pour les capsules molles de vitamine E.

La validation peut être réalisée pour les capsules molles de vitamine E, avec une valeur résiduelle acceptable basée sur les limites de la substance active la plus toxique du groupe, le sélénium. Une évaluation préliminaire peut s’avérer nécessaire pour confirmer que les capsules molles de vitamine E peuvent être nettoyées avec succès conformément aux limites prédéfinies. Si ce n’est pas faisable, alors deux validations distinctes peuvent être menées à l’aide de la procédure de nettoyage recommandée pour les capsules molles de vitamine E. L’une des validations est menée pour les capsules molles de vitamine E avec les limites de nettoyage basées sur la toxicité de la substance active la plus toxique suivante. L’autre validation est menée pour le sélénium sur la base des limites de toxicité du sélénium. La combinaison de ces deux études constituerait la validation des “pire des cas” du groupe en termes de souillures les plus difficiles à nettoyer et les plus toxiques.

Utilisation des capsules molles de vitamine E, des capsules molles de vitamine A, des capsules molles de vitamine D et du sulfate de fer compacté en tant que souillures représentatives les plus difficiles à nettoyer

1. Comme les capsules molles de vitamine E sont les seuls produits qui nécessitent la combinaison de deux détergents, une étude de validation peut être réalisée au cours de laquelle la procédure de nettoyage recommandée et la valeur résiduelle acceptable seront basées uniquement sur les capsules molles de vitamine E. Cela constituera une matrice à “un produit” qui ne sera applicable qu’au nettoyage des capsules molles de vitamine E.

2. La seconde matrice de produits inclura tous les produits restants et elle sera basée sur la procédure de nettoyage recommandée pour les capsules molles de vitamine A, les capsules molles de vitamine D et le sulfate de fer compacté qui suivront la même procédure.
Une validation peut être réalisée pour l’une de ces souillures, avec la valeur résiduelle acceptable basée sur les limites obtenues pour le sélénium, ou bien deux études de validation distinctes peuvent être menées en suivant la procédure de nettoyage recommandée pour les capsules molles de vitamine A, les capsules molles de vitamine D et le sulfate de fer compacté.
Une validation est menée pour l’une des souillures susmentionnées au choix avec des limites de nettoyage basées sur la toxicité de la substance active la plus toxique suivante.
L’autre validation est menée pour le sélénium sur la base des limites de toxicité pour le sélénium.

Le développement d’une procédure de nettoyage unique pour plusieurs produits qui sont fabriqués sur la même chaîne d’équipements à l’aide d’études en laboratoire peut permettre l’emploi de stratégies de regroupement scientifiquement justifiées. Les stratégies de regroupement peuvent fortement réduire l’étendue des protocoles de validation du nettoyage. Une réduction des protocoles de validation du nettoyage peut permettre d’économiser du temps, des ressources et de l’argent sans compromettre la qualité.