Bioburden: Alles zur mikrobiellen Belastung von Produkten
Zuletzt aktualisiert: 05. Mai 2026
Der Bioburden ist definiert als die Population lebensfähiger Mikroorganismen auf oder in einem Produkt und/oder einem Sterilbarrieresystem. Dazu gehören vor allem Bakterien, Pilze und Hefen, die aus der Umgebung, der Produktion oder durch den menschlichen Kontakt eingebracht werden. Er wird üblicherweise an Proben erhoben, die alle Produktionsschritte inklusive Reinigung und Verpackung durchlaufen haben und bereit für die abschließende Sterilisation sind.
Die Bestimmung des Bioburden erfolgt durch mikrobiologische Analyseverfahren, bei denen vorhandene Keime extrahiert, kultiviert und als koloniebildende Einheiten (KBE) quantifiziert werden. Eine valide und regelmäßig überprüfte Methode ist entscheidend, da Materialeigenschaften und Produktdesign die Wiederfindung von Mikroorganismen beeinflussen können.
Ein einfaches Beispiel: Ein chirurgisches Instrument wird unmittelbar vor der Verpackung und Sterilisation geprüft. Werden darauf noch 150 KBE nachgewiesen, beschreibt dieser Wert den Bioburden. Er dient als Maßstab dafür, ob das anschließende Sterilisationsverfahren sicher eine Sterilitäts-Sicherheitsstufe (SAL) von 10⁻⁶ erreichen kann.
Ein erhöhter Bioburden kann das Risiko für Infektionen erhöhen und weist häufig auf unzureichend kontrollierte Prozesse hin. Deshalb ist die Kontrolle und Reduktion der mikrobiellen Belastung ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätssicherung, insbesondere bei Medizinprodukten.
Ziele der Bioburden-Prüfung
Die Bioburden-Prüfung dient der Bestimmung der Gesamtzahl lebensfähiger Mikroorganismen auf einem Produkt vor der finalen Sterilisation. Sie liefert eine zentrale Grundlage zur Bewertung mikrobiologischer Risiken und zur Sicherstellung der Produktqualität, insbesondere bei Medizinprodukten.
Gleichzeitig unterstützt der Test die Auslegung und Kontrolle von Sterilisationsprozessen, etwa bei der Festlegung von Strahlendosen, und wirkt als Frühindikator für Abweichungen im Herstellungsprozess. Auffällige Ergebnisse können auf hygienische oder prozessbedingte Probleme hinweisen und helfen, Risiken frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden.
Zentrale Fragestellungen und Herausforderungen im Bioburden-Management
Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung geeigneter Kontrollstrategien entlang des gesamten Produktlebenszyklus – von der Entwicklung bis zur Produktion. Dabei stellt sich die Frage, welche Mikroorganismen überwacht werden sollen und an welchen Prozessschritten Prüfungen sinnvoll sind, etwa bei Rohstoffen, in der Herstellung oder am Endprodukt. Ebenso wichtig sind die Festlegung produktspezifischer Grenzwerte sowie die Auswahl geeigneter Methoden wie TAMC oder TYMC.
Weitere Themen betreffen den Umgang mit Biofilmen, die mikrobiologische Bewertung von Rohstoffen sowie die Definition von Warn- und Aktionsgrenzen. Ergänzend spielen Probenstabilität, Trendanalysen und das Vorgehen bei Abweichungen eine Rolle. Bei Grenzwertüberschreitungen stehen Ursachenanalyse und gezielte Keimidentifikation im Mittelpunkt.
Wie erfolgt die Bioburden-Prüfung?
Die Bioburden-Prüfung erfolgt nach einem klar strukturierten mikrobiologischen Verfahren, das auf die zuverlässige Erfassung und Quantifizierung von Mikroorganismen ausgelegt ist. Die Methodik ist in ISO 11737-1 festgelegt und bildet die Grundlage für die Bewertung der mikrobiellen Qualität sowie die Validierung von Sterilisationsprozessen.
Die einzelnen Schritte bauen aufeinander auf und werden produktspezifisch angepasst:
1. Extraktion (Elution/Keimfreisetzung)
Die Mikroorganismen werden durch validierte mechanische oder chemische Verfahren (z. B. Ultraschall, Schütteln oder Spülen) von der Oberfläche oder aus dem Inneren des Produkts abgelöst und in eine sterile Flüssigkeit überführt, wobei sichergestellt wird, dass alle relevanten Oberflächenbereiche einschließlich schwer zugänglicher Stellen ausreichend erfasst werden.
2. Filtration
Der gewonnene Extrakt wird unter sterilen Bedingungen durch eine Membran filtriert, um die Mikroorganismen zu konzentrieren. Flüssige Proben können direkt kultiviert werden, während feste Produkte über Membranfiltration (≤ 0,45 µm) oder durch Überführung in geeignete Nährmedien verarbeitet werden.
3. Kultivierung & Inkubation
Überführung der Membran auf geeignete Nährmedien und Inkubation unter definierten Bedingungen. In der Regel erfolgt die Bebrütung für Bakterien (TAMC) bei 30–35 °C und für Hefen/Pilze (TYMC) bei 20–25 °C über einen Zeitraum von insgesamt 3 bis 7 Tagen, um sichtbare Kolonien zu generieren.
4. Auswertung
Auszählung der koloniebildenden Einheiten (KBE) zur Bestimmung der mikrobiellen Gesamtbelastung.
5. Validierung der Methode
Ermittlung der Extraktionseffizienz (Wiederfindungsrate). Da kein Extraktionsverfahren alle Keime ablösen kann, wird ein produktspezifischer Korrekturfaktor ermittelt, mit dem der rohe Zählwert multipliziert wird, um den tatsächlichen Bioburden zu berechnen.
6. Bewertung & Trendanalyse
Einordnung der Ergebnisse im Zeitverlauf zur Überwachung des Herstellungsprozesses und zur frühzeitigen Erkennung von Abweichungen.
Als ergänzende Verfahren kommen moderne schnelle mikrobiologische Methoden (RMM) zum Einsatz, die eine deutlich verkürzte Analysedauer ermöglichen und eine effiziente Alternative zu klassischen Nachweismethoden darstellen.
Gesetzliche Anforderungen und Normen
Die Kontrolle der mikrobiellen Belastung ist eine grundlegende regulatorische Anforderung im Bereich der Medizinprodukte und pharmazeutischen Herstellung. Die EU-Medizinprodukteverordnung MDR (EU) 2017/745 fordert im Rahmen der allgemeinen Sicherheits- und Leistungsanforderungen (GSPR 11), dass Produkte und Herstellungsprozesse so ausgelegt sind, dass das Risiko mikrobieller Kontamination minimiert wird. Dies betrifft sowohl sterile als auch unsterile Produkte und schließt Anforderungen an Reinigung, Desinfektion, Sterilisation sowie geeignete Verpackungssysteme ein.
Ergänzend definieren Normen und Richtlinien konkrete Anforderungen an Umsetzung und Nachweis:
- ISO 13485: Qualitätsmanagement und Prozesskontrolle
- ISO 11737-1: Bestimmung der mikrobiellen Belastung
- ISO 17665 (Dampf), ISO 11135 (EO), ISO 11137-1 (Bestrahlung): Validierung von Sterilisationsverfahren
- 21 CFR 211: In-Prozess-Kontrollen in der Produktion
Während bei Medizinprodukten die ISO-Normen im Vordergrund stehen, richten sich pharmazeutische Hersteller nach den Vorgaben der Arzneibücher (z. B. Ph. Eur. 2.6.12) sowie dem EU-GMP Annex 1, um die mikrobiologische Qualität ihrer Produkte sicherzustellen.
Alle Vorgaben verlangen ein System zur mikrobiellen Qualitätskontrolle mit definierten Grenzwerten und Maßnahmen bei Abweichungen. Die Bioburden-Bestimmung ist damit ein zentraler Bestandteil der Qualitätssicherung. Sie unterstützt die Auswahl und Validierung geeigneter Sterilisationsverfahren, ermöglicht die Überwachung von Herstellprozessen und trägt zur Einhaltung regulatorischer Anforderungen sowie zur Sicherheit von Patienten und Anwendern bei.