Cada año, la industria farmacéutica mundial produce billones de dosis de medicamentos. La producción de estos medicamentos implica varias etapas y la posibilidad de contaminación aumenta con cada paso.
Por lo tanto, antes de que se pueda administrar una sola gota de cualquier medicamento a un paciente, es necesario esterilizarlo. En mi trabajo como investigador en producción farmacéutica, investigo cómo las propiedades de diferentes medicamentos y filtros afectan la forma en que se esterilizan los medicamentos mediante ciertos métodos. Garantizar la seguridad de los medicamentos y al mismo tiempo preservar la integridad del producto sigue siendo un desafío persistente y técnicamente matizado, incluso en un buen día.
Sin embargo, a medida que las terapias médicas se vuelven más complejas, el objetivo de proteger estos medicamentos de la contaminación bacteriana enfrenta obstáculos sin precedentes, incluida la escasez mundial de medicamentos debido a materiales frágiles, presiones regulatorias y cadenas de suministro tensas.
De la contaminación a la crisis
La filtración estéril actúa como un escudo entre el fármaco fabricado y el paciente. Cuando este escudo falla, la contaminación resulta costosa tanto para los pacientes como para los fabricantes.
En 2012, se produjo un gran brote de meningitis fúngica en el New England Compounding Center. Las inyecciones epidurales estaban contaminadas en la farmacia con el hongo Exerohilum rostratum debido a una esterilización inadecuada y a malas condiciones asépticas durante la producción. Este descuido provocó más de 750 contagios y más de 60 muertes.
En 2021, la contaminación del gel de ultrasonido multipropósito de un fabricante provocó un brote de infecciones bacterianas por Burkholderia stabilis en 10 estados de EE. UU. Alrededor de 14 muertes se han relacionado con pruebas inadecuadas del producto terminado por parte de los fabricantes, inspección inadecuada de las materias primas y falta de controles ambientales.
Los medicamentos deben pasar pruebas estrictas para garantizar su seguridad. Costfoto/NurPhoto vía Getty Images
Aparte de las ramificaciones legales de dañar a los pacientes, las compañías farmacéuticas también enfrentan enormes riesgos financieros cuando falla la filtración.
Aunque existen costos involucrados en el mantenimiento del proceso de esterilización durante la producción, producir productos que no son suficientemente estériles impone los costos más altos. Si el filtro no pasa una verificación de rutina para confirmar su capacidad para eliminar impurezas, se debe desechar todo el lote de medicamento. Esto provoca enormes pérdidas para la empresa.
Los informes de la industria señalan que las fallas en los lotes relacionadas con la contaminación pueden resultar en pérdidas de millones de dólares no solo por el producto desechado, sino también por los costos de investigación y el tiempo de inactividad de la producción.
Cómo funciona la filtración estéril
La filtración estéril implica pasar el medicamento a través de un filtro microscópico para eliminar contaminantes como bacterias y otros microorganismos peligrosos. Este filtro, también llamado membrana, es extremadamente delgado. Suele tener entre 105 y 170 micrómetros de espesor, aproximadamente el espesor de una hoja de papel.
Estas membranas funcionan mediante un mecanismo llamado exclusión de tamaño. Los poros permiten que pequeñas moléculas del fármaco atraviesen la membrana, mientras que las partículas más grandes quedan retenidas. Las propiedades químicas de la membrana, que afectan la forma en que las moléculas interactúan con ella, también pueden determinar qué atrapa.
El uso de membranas semipermeables para eliminar bacterias se remonta a más de 100 años, a los primeros trabajos del premio Nobel Richard Zigmondi sobre membranas de nitrocelulosa. La industria farmacéutica comenzó a utilizar estas membranas como filtros estériles después de su comercialización en la década de 1920. Sin embargo, después de que los científicos descubrieron que la bacteria Pseudomonas diminuta podía atravesar estas membranas, los tamaños de poros aún más pequeños se convirtieron en el estándar.
La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. y la Agencia Europea de Medicamentos consideran que la filtración es un método apropiado para esterilizar medicamentos altamente sensibles.
Poros y otros métodos.
¿Por qué introducir medicamentos a través de poros microscópicos en lugar de otros métodos de esterilización?
Aunque técnicas como la esterilización por calor o la radiación gamma son muy efectivas para instrumentos quirúrgicos o ciertos medicamentos más antiguos, a menudo son destructivas para los medicamentos modernos y sensibles. Muchas drogas están compuestas de proteínas delicadas y material genético que pueden descomponerse o modificarse fácilmente de tal manera que la droga sea inútil.
Otra alternativa a la esterilización es el procesamiento aséptico, que implica ensamblar componentes preesterilizados en un ambiente completamente estéril. Sin embargo, este enfoque es costoso y muy susceptible a errores humanos.
La filtración estéril se está convirtiendo en un método fiable para procesar medicamentos sin destruir sus ingredientes activos.
Cada año se producen en todo el mundo billones de dosis de medicamentos. Thomas Coek/AFP vía Getty Images Ingeniería de mejores estrategias de filtración
A pesar de su uso generalizado, la filtración estéril tiene ciertas limitaciones. Muchos enfoques nuevos y prometedores de administración de fármacos, como la tecnología y la nanotecnología del ARNm, los anticuerpos monoclonales y las terapias celulares y genéticas, también introducen nuevos desafíos para la filtración estéril y la fabricación de fármacos.
Por ejemplo, las nanoemulsiones son mezclas de aceite y agua que se usan comúnmente para ayudar a que los medicamentos viajen por el cuerpo cuando no se disuelven fácilmente en agua. Estas partículas son similares en tamaño al poro de la membrana; si se agrupan, pueden bloquear los poros para que nada pase por el filtro. Cuando los poros están completamente bloqueados, el material ya no puede pasar a través del filtro.
Piense en este proceso como intentar empujar a un grupo de personas que cargan mochilas grandes a través de una única puerta estrecha. Si algunas personas se quedan atascadas, bloquean la puerta para todos los demás.
Además, cuando estas partículas se atascan en la superficie del filtro, los costosos medicamentos que contienen también quedan atrapados y se pierden. La pérdida de estas partículas en el filtro provoca enormes pérdidas económicas. Para productos biofarmacéuticos de alto valor, un lote fallido o rechazado puede costar millones de dólares en materias primas, procesamiento, pruebas y tiempo de inactividad de la producción.
Mi equipo y yo hemos examinado varias técnicas para ayudar a encontrar soluciones a estos desafíos. Descubrimos que las membranas de doble capa (donde la capa superior tiene poros más grandes y la capa inferior tiene poros más pequeños) pueden aumentar la capacidad de filtrado en más del 50 % en algunos casos y aumentar el rendimiento a más del 94 %.
También hemos descubierto que elegir el prefiltro adecuado teniendo en cuenta el tamaño y la distribución de los poros, así como las propiedades químicas de su superficie, puede reducir la pérdida de rendimiento en más del 10%. Además, humedecer previamente los filtros con una sustancia química específica puede aumentar la cantidad de nanoemulsiones que pasan a través de los poros antes de que se obstruyan.
Seguro por lotes
Se estima que el mercado mundial de filtración estéril crecerá de más de 5 mil millones de dólares en 2026 a casi 13 mil millones de dólares en 2035.
A medida que la industria farmacéutica continúa desarrollando terapias complejas, mantener estos medicamentos seguros y asequibles requiere métodos de esterilización en evolución. Comprender las intrincadas interacciones entre las moléculas de los fármacos y los filtros de membrana puede ayudar a los investigadores a encontrar formas de mantener el flujo de producción y al mismo tiempo mantener los lotes.
Proteger estas puertas microscópicas ayuda a garantizar que la próxima generación de medicamentos que salvan vidas sea segura, confiable y esté disponible para los pacientes que más los necesitan.
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