Wasser für Injektionszwecke (WFI): Was es ist und wann Sie es brauchen
Die Wasserqualität wird in der biopharmazeutischen Herstellung oft unterschätzt – bis die Ergebnisse nicht stimmen. In empfindlichen Zellkultursystemen können bereits kleinste Mengen an Endotoxinen oder Metallionen die Zellviabilität, die Ausbeute oder den Downstream-Prozess negativ beeinflussen.
Genau hier spielt Wasser für Injektionszwecke (WFI) eine zentrale Rolle.
Als steriles Wasser für Injektionszwecke erfüllt WFI die strengsten Anforderungen internationaler Pharmakopöen und hilft, Variabilität und Kontamination gezielt zu reduzieren.
Doch: Brauchen Sie wirklich WFI für Ihre Anwendung? In diesem Artikel klären wir, was Wasser für Injektionszwecke ausmacht, wann es unverzichtbar ist – und wann nicht.
Geprüft von Dr. Sabrina Friederichs · Zuletzt aktualisiert am 17. Juli 2025
Was genau ist WFI?
Wasser für Injektionszwecke (WFI) ist ultrareines Wasser, das durch mehrstufige Aufbereitung und sterile Filtration hergestellt wird. Es ist in internationalen Pharmakopöen definiert und erfüllt die strengsten Grenzwerte für Endotoxine, organische Rückstände und mikrobielle Verunreinigungen.
WFI ist nicht einfach nur sauber – es ist ultrareines Wasser, das immer dann zum Einsatz kommt, wenn Reproduzierbarkeit und Kontaminationskontrolle entscheidend sind.
Diese Reinheit ist kein technischer Luxus, sondern hat direkte Auswirkungen auf das Ergebnis. In sensiblen Zellkultur-Workflows können bereits Spuren von Verunreinigungen zu Schwankungen, geringerer Ausbeute oder Qualitätsverlust führen.
Endotoxinfrei in der Zellkultur: Warum es zählt
Schon Spuren haben Wirkung
Dieser Einfluss wird besonders deutlich beim Arbeiten mit empfindlichen Säugerzellen. WFI zeichnet sich durch eine unvergleichliche Reinheit aus: keine Endotoxine, keine lebensfähigen Mikroben, keine störenden Rückstände.
Diese Eigenschaften sind keine theoretischen Idealwerte – sie haben konkrete Auswirkungen auf den Zellkultur-Alltag.
Endotoxine können bereits in Spuren tiefgreifende biologische Effekte auslösen.
Eine im Journal of Clinical Medicine veröffentlichte Studie zeigte, dass Endotoxin-Kontamination in mesenchymalen Stammzellkulturen selbst bei sehr niedrigen Konzentrationen zu veränderten Zytokinprofilen und verminderter Proliferation führte.
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Wie WFI seine außergewöhnliche Reinheit erreicht
Um die strengen Anforderungen zu erfüllen, durchläuft WFI einen validierten, mehrstufigen Reinigungsprozess – typischerweise bestehend aus Umkehrosmose, Elektro-Deionisierung, UV-Behandlung, Ultrafiltration und steriler Filtration über eine 0,1-µm-Membran.
Das Ergebnis ist eine Wasserqualität, die alle Variablen minimiert, die empfindliche Bioprozesse stören könnten:
- Extrem niedrige Leitfähigkeit
→ Weist auf das Fehlen ionischer Verunreinigungen wie Salze oder Spurenmetalle hin, die zelluläre Signalwege, Puffersysteme oder Proteinstruktur beeinflussen können.
- Vernachlässigbarer Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC)
→ Spiegelt das Fehlen organischer Rückstände wider, die als unerwünschte mikrobielle Nährstoffe oder Reaktionspartner mit Medienbestandteilen wirken könnten.
- Keine nachweisbaren Endotoxine
→ Verhindert Immunreaktionen in Säugerzellen oder Immunogenität in therapeutischen Proteinen.
- Vollständige Abwesenheit lebensfähiger Mikroorganismen
→ Reduziert bioburden-bedingte Schwankungen und eliminiert das Risiko von Biofilmbildung oder Prozesskontamination.
Water for Injection (WFI), Ph. Eur. Grade, sterile-filtered
Wann WFI unverzichtbar wird
Monoklonale Antikörper und rekombinante Proteine
Bei der Herstellung monoklonaler Antikörper (mAbs) und vieler anderer Zellkulturprozesse hängen Zellviabilität, Produktivität und Produktqualität entscheidend von der Integrität des Kulturmediums ab. Während oft die Formulierung und Fütterungsstrategie im Fokus stehen, ist die Qualität des Wassers zur Herstellung von Medien, Feeds und Puffern ein ebenso kritischer Faktor – insbesondere in chemisch definierten Systemen, wo selbst Spurenverunreinigungen als Störfaktoren wirken können.
Mehrere Studien zeigen, dass Medien, die mit WFI statt mit gereinigtem Wasser angesetzt wurden, zu folgenden Ergebnissen führten:
- Einige Hersteller berichten über verbesserte Konsistenz bei Verwendung von WFI in CHO-Zellkulturen.
- Die Wasserqualität kann die Glykosylierung indirekt beeinflussen, indem sie die Stabilität des Mediums verändert.
- Die geringere Ionenlast von WFI kann – abhängig von der Pufferzusammensetzung – die Ausfällung empfindlicher Formulierungen reduzieren.
Auswirkungen von WFI auf die Herstellung rekombinanter Proteine
Bei der Produktion von rekombinanten Proteinen spielt die Wasserqualität eine entscheidende Rolle – insbesondere bei:
- Schwer faltbaren Proteinen
- Redox-sensitiven Zielstrukturen
Der Einsatz von Wasser für Injektionszwecke (WFI) anstelle von standardisiertem Reinstwasser bietet klare Vorteile:
- Der Verzicht auf Metallionen und oxidierende Rückstände im WFI kann redoxbedingte Schwankungen während der Protein-Faltung minimieren.
- WFI vermeidet Spuren von Metallen und organischen Verunreinigungen, die redox-sensible oder aggregationsanfällige Proteine beeinträchtigen könnten.
- WFI verbessert die Leistung in zentralen Prozessschritten wie:
- Protein-Faltung
- Chromatographie und Downstream-Processing
- Endformulierung
💡 Bewährte Ergebnisse: Fallbeispiel
Ein von einem Hersteller veröffentlichtes Fallbeispiel zeigte einen möglichen Ertragsanstieg beim Wechsel auf WFI.
Weitere Einblicke
Die Wasserqualität kann zur Stabilität von Proteinen während Expression und Aufreinigung beitragen – insbesondere in Systemen mit erhöhter Aggregationsneigung.
🔍 Wann WFI nicht erforderlich ist
Trotz seiner Vorteile ist der Einsatz von WFI nicht immer notwendig – seine Verwendung sollte im Hinblick auf Prozessrisiken, Kosten und regulatorischen Kontext abgewogen werden.
Beispiele dafür:
- In frühen Forschungsphasen oder beim initialen Testing ist Konsistenz zwar wünschenswert, aber nicht regulatorisch vorgeschrieben – hier reicht meist ultrapures Laborwasser aus.
- Bei bakteriellen Kulturen zur Plasmidvermehrung oder für Proteinscreenings sind die Anforderungen an die Wasserreinheit geringer; geringe TOC-Schwankungen beeinflussen das Ergebnis in der Regel nicht.
- In nicht-sterilen Prozessschritten (z. B. bei der Abtrennung von Biomasse im Bulk) bringt WFI nur begrenzten Mehrwert – es sei denn, Sterilität oder Endotoxinkontrolle sind entscheidend.
Die Unterscheidung wird besonders relevant in der GMP-Produktion und späten Phasen der Prozessentwicklung, wo regulatorische Vorgaben, Chargenkonsistenz und Kontaminationskontrolle den Einsatz von WFI rechtfertigen.
Wasser, das für die GMP-Herstellung eingesetzt wird, muss strenge Freigabespezifikationen für TOC, Leitfähigkeit und Endotoxine erfüllen. In vielen Anlagen ist die Echtzeit-Freigabeprüfung von WFI regulatorisch vorgeschrieben.
Kritische Einsatzbereiche für WFI in der Bioprozessierung
- Herstellung von Medien und Feeds in serumfreien oder chemisch definierten Systemen
- Pufferherstellung für Chromatographie und Ultrafiltration
- Endformulierung von Biotherapeutika
- Sterile Reinigung und Spülung von Anlagen in GMP-Produktionsbereichen
- Ansätze und Verdünnungen in aseptischen Abfüllprozessen
In diesen Anwendungen ist WFI keine Vorsichtsmaßnahme – es ist eine Voraussetzung.
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Umweltaspekte
Die Herstellung von WFI ist zwar essenziell, aber auch energie- und ressourcenintensiv. Aktuelle Publikationen befürworten membranbasierte Technologien als nachhaltigere Alternative zu klassischen Destillationsverfahren. Eine Studie aus dem Jahr 2016 zeigte, dass Membranprozesse das Potenzial haben:
-
die pharmakopöischen Anforderungen an WFI zu erfüllen
-
den Energieverbrauch deutlich zu senken
Da Nachhaltigkeit zunehmend ein zentrales Thema in der pharmazeutischen Produktion wird, könnten effiziente WFI-Systeme und der bewusste Einsatz von WFI künftig Teil umfassender ESG-Strategien sein.
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Fazit
Wasserqualität ist ein steuerbarer Parameter, der oft unterschätzt wird. Ihr Einfluss zeigt sich besonders in Situationen, in denen Performance, Sicherheit und Reproduzierbarkeit entscheidend sind: in der fortgeschrittenen Zellkultur, der Herstellung biologischer Wirkstoffe und in regulierten Umgebungen.
Wenn Ihre Upstream- und Downstream-Prozesse stabil, rein und konform ablaufen sollen, ist WFI nicht einfach nur „sauberes Wasser“ – es ist ein Prozessenabler.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Was ist der Unterschied zwischen Water for Injection (WFI) und gereinigtem Wasser (Purified Water)?
WFI muss alle Anforderungen an gereinigtes Wasser erfüllen – wie niedrige Leitfähigkeit, TOC-Grenzwerte und mikrobiologische Reinheit – und zusätzlich strengere Endotoxin-Grenzwerte sowie eine validierte aseptische Herstellung einhalten.
Im Gegensatz zu gereinigtem Wasser wird WFI unter pharmazeutischen Bedingungen produziert und kontinuierlich überwacht. Es ist die bevorzugte Wahl, wenn höchste Reinheit und mikrobielle Sicherheit in der Bioproduktion erforderlich sind.
Wann ist WFI in der Zellkultur oder Bioprozessierung erforderlich?
WFI ist immer dann entscheidend, wenn bereits Spuren von Verunreinigungen – wie Endotoxine, Schwermetalle oder organische Rückstände – das Zellverhalten, Analyseergebnisse oder die Produktqualität beeinflussen können.
Typische Einsatzbereiche sind die Herstellung von Medien und Puffern, Chromatographie, Ultrafiltration, sterile Spülvorgänge sowie aseptische Abfüllung.
Ist Wasser für Injektionszwecke (WFI) wirklich endotoxinfrei?
WFI unterliegt strengen Endotoxingrenzwerten (<0,25 EU/ml laut Ph. Eur.) und wird steril produziert und gefiltert. Auch wenn „endotoxinfrei“ ein praktisches Ideal darstellt, bleibt WFI in der Regel weit unter diesen Grenzwerten und minimiert so endotoxinbedingte Zellreaktionen effektiv.
Enthält WFI Bakterien oder mikrobiologische Verunreinigungen?
WFI muss gemäß Ph. Eur. strenge mikrobiologische Grenzwerte einhalten – weniger als 10 koloniebildende Einheiten (KBE) pro 100 ml. Es wird nicht endsterilisiert, aber unter validierten aseptischen Bedingungen produziert und kontinuierlich überwacht, um mikrobielle Sicherheit zu gewährleisten.
Welche Endotoxinwerte sind bei WFI zulässig?
Nach den Vorgaben der Europäischen Pharmakopöe (Ph. Eur.) darf der Endotoxinwert von WFI <0,25 EU/ml betragen. Diese Reinheit schützt auch empfindliche Zelllinien vor Immunreaktionen oder unerwünschten Zytokinantworten.
Wie häufig sollte WFI auf Endotoxine getestet werden?
Regulatorisch empfohlene Best Practices verlangen eine routinemäßige Prüfung von WFI auf Endotoxine – häufig täglich oder chargenbezogen. Automatisierte Echtzeitüberwachung und regelmäßige Probenahmen helfen, Systemabweichungen frühzeitig zu erkennen und Kontaminationen zu vermeiden.
Kann gereinigtes Wasser WFI in der Bioproduktion ersetzen?
In frühen Forschungsphasen oder bei nicht-sterilen Anwendungen kann gereinigtes Wasser ausreichend sein.
Wo jedoch Zellviabilität, Datenintegrität oder Produktqualität kritisch sind – etwa in GMP-Prozessen, bei der Endformulierung oder in der Arbeit mit Primär- oder Stammzellen – bietet WFI ein Maß an Reinheit und Prozesssicherheit, das gereinigtes Wasser nicht garantieren kann.
Durch seine Kombination aus Sterilität, niedrigen Endotoxinwerten und chemischer Reinheit ist WFI die zuverlässigere Wahl, wenn Schwankungen keine Option sind.