Steriili, sterilointi ja steriiliys – kontaminaatiovapauden termejä

John Batts – Vanhempi tekninen kouluttaja, Masterflex Bioprocessing

Biolääkkeiden valmistuksessa on ensiarvoisen tärkeää, että nesteiden kulkuväylä pysyy vapaana mikro-organismikontaminaatiosta. Yleinen terminologia on steriili, sterilointi ja steriiliys. Mutta mitä nämä termit tarkoittavat – ja miten ne voivat auttaa meitä ymmärtämään paremmin, miten saavutetaan tavoite poistaa kontaminaatioriski valmistettavista tuotteista?

Tarkastellaan näiden termien virallisia määritelmiä ja syvennytään sitten tarkemmin niiden merkityksiin, jotta ne voidaan erottaa toisistaan.

• Ensimmäinen termi on steriili. Jotakin pidetään steriilinä, kun se on "vapaa elinkelpoisista (elävistä) mikro-organismeista".
• Toinen termi on sterilointi. Sterilointi on "validoitu prosessi, jolla esine, pinta tai elatusaine vapautetaan kaikista elävistä mikro-organismeista, joko kasvullisessa tai itiötilassa".
• Kolmas termi on steriiliys. Steriiliys on "tila, jossa ei ole elinkelpoisia mikro-organismeja".

On selvää, että nämä kolme termiä liittyvät toisiinsa, mutta tarkastellaan kutakin termiä hieman tarkemmin.

Steriili

Steriili on absoluuttinen termi, ihanne, jota on lähes mahdotonta saavuttaa. Mikro-organismeja – kuten viruksia, sieniä ja bakteereja – on maailmassamme runsaasti, ja ne elävät yleensä huomaamatta useimmilla pinnoilla. Niitä voi löytyä silmäripsistä, ihosoluista, pölyhiukkasista – puhumattakaan tavallisista pinnoista, kuten vaatteista sekä pahvi- ja muovipakkauksista. Useimmiten näiden mikro-organismien läsnäololla ei ole havaittavaa vaikutusta jokapäiväiseen elämäämme – itse asiassa monissa tapauksissa niiden läsnäolosta on jopa hyötyä.

On kuitenkin tilanteita, joissa mikro-organismien läsnäolo voi olla haitallista. Tämä pätee erityisesti biofarmaseuttisessa tutkimuksessa ja tuotannossa, jossa tutkijat työskentelevät usein tiettyjen biologisen materiaalin kantojen kanssa, jotka on suunniteltu tuottamaan jotakin bioterapiatuotetta. Näissä tapauksissa mikro-organismeista peräisin olevan vieraan biologisen materiaalin läsnäolo voi vaarantaa lopputuotteen tehokkuuden ja turvallisuuden.

Sterilointi

Näiden mikro-organismien poistamiseksi sterilointi- tekniikoita käytetään usein. Monet suosivat autoklavointia. Vaikka autoklavointi on hyväksi havaittu tekniikka, siihen liittyy kuitenkin lukuisia rajoituksia, jotka tekevät siitä hankalaa käyttää laajamittaisissa tuotantoympäristöissä. Useimmat biolääkeyritykset käyttävät tavallisesti jotakin monista muista sterilointitekniikoista, joilla kullakin on omat etunsa ja rajoituksensa.

Yksi yleinen sterilointitekniikka on etyleenioksidin (EO tai EtO) käyttö. Etyleenioksidi on tunkeutuva kaasu, joka voi siirtyä hyvin tuotteen pinnalle, myös silloin, kun tuote-eriä on paljon. Lisäksi EO on yleensä kemiallisesti yhteensopiva useimpien pintojen kanssa, mutta EO voi jättää jäämiä steriloitavien tuotteiden pinnalle. EO:n kanssa työskentely on vaarallista, sillä se on sekä syttyvää että räjähtävää. Koska se on herkkä lämpötilalle ja suhteelliselle kosteudelle, se on monimutkainen prosessi, joka voi kestää päiviä, ennen kuin se on mahdollisimman tehokas.

EO:n aiheuttamien haasteiden vuoksi säteilyyn perustuviin sterilointimenetelmiin on kiinnitetty enemmän huomiota. Näillä vaihtoehtoisilla menetelmillä on useita etuja, kuten vähemmän monimutkaisia asetuksia, lyhyemmät ajoajat ja mahdollisuus työskennellä läpäisemättömien pakkausten kanssa (jolloin valmiit tuotteet voidaan steriloida tehokkaammin lopullisessa pakkauksessaan). Yksi näistä menetelmistä tunnetaan nimellä Electron-Beam (tai E-Beam). E-Beam-tekniikassa valmis tuote altistetaan kiihdyttimen tuottamalle, voimakkaasti varautuneelle elektronivirralle. Tämä elektronivirta muuttaa kemiallisia sidoksia, mikä vahingoittaa mahdollisesti läsnä olevien mikro-organismien DNA:ta ja tuhoaa niiden lisääntymiskyvyn. Vaikka E-Beam-tekniikka on erittäin tehokas, sillä on rajoituksia, kuten käsiteltävien erien koko sekä se, että se ei sovellu tuotteisiin, joilla on monimutkainen geometria tai jotka koostuvat tiheistä materiaaleista.

E-Beam-tekniikan rajoitusten poistamiseksi yksi yleisimmin hyväksytyistä ja käytetyistä sterilointitekniikoista on gammasäteilytys. Gammasäteily on sähkömagneettisen säteilyn läpäisevä muoto. E-Beamin tavoin gammasäteilytyksen tuloksena on epäpuhtauksien DNA:n ja solurakenteiden vaurioituminen. Säteilyaltistuksen tasosta riippuen myös saastuttavat mikro-organismit voivat kuolla. Tuotetun energiamuodon ansiosta gammasäteilytystä voidaan käyttää jopa erittäin tiiviiden tuotteiden täydelliseen läpäisyyn, mikä tekee siitä tehokkaan käytön suurten tuote-eräkokojen kanssa. Muita etuja ovat riippumattomuus erityisistä kemikaaleista tai lämmöstä sekä se, että tuotteen geometria ei ole esteenä. On olemassa myös rajoituksia; tärkeimmät niistä ovat se, että säteilylähdettä on aika ajoin täydennettävä ja validoitava uudelleen, ja se, että säteily aiheuttaa ei-toivottuja muutoksia monissa lääkevalmisteissa. Tämän vuoksi gammasäteilytystä käytetään tyypillisemmin fyysisten tuotteiden, kuten letkukokoonpanojen, liitososien jne. kanssa.

Kuten edellä mainittiin, näiden sterilointitekniikoiden tavoitteena on auttaa lopputuotetta saavuttamaan täydellinen steriiliys ja merkitä se steriiliksi. On kuitenkin käytännössä mahdotonta taata, että 100 % mikro-organismien aiheuttamista epäpuhtauksista poistuu kokonaan sterilointiprosessin aikana. Sen sijaan, että puhuttaisiin täydellisen steriiliyden saavuttamisesta, steriiliysaste ilmaistaan sen mukaan, mikä on sen Taattu steriiliystaso.

Taattu steriiliystaso (SAL)

Taattu steriiliystaso - tai SAL – on todennäköisyys, jolla yksittäinen elinkelpoinen mikro-organismi esiintyy esineessä steriloinnin jälkeen. Lääkinnällisten laitteiden markkinoilla SAL-tavoite on 10–6, mikä tarkoittaa, että 1:1 000 000:sta organismista jää eloon sterilointiprosessin lopussa. Vaikka se ei ole täysin steriili, mutta SAL-arvo on 10–6, lopputuotteeseen jäävän kontaminaation riski on käytännössä olematon, eikä näin ollen myöskään lopputuotteen kanssa mahdollisesti tekemisiin joutuville ihmisille ole käytännössä mitään vaaraa.

Tuotteiden saastumattomuuden varmistaminen voi olla monimutkainen prosessi. Vaikka kaikille sopivaa ratkaisua ei ole olemassa, on olemassa lukuisia tehokkaita sterilointitekniikoita, joita voidaan käyttää lopputuotteisiin, jotta voidaan varmistaa, että tavoiteltu steriiliystaso saavutetaan, mikä takaa lopputuotetta käyttävien ja siitä hyötyvien henkilöiden turvallisuuden.

Kirjoittaja:John Batts – Vanhempi tekninen kouluttaja, Masterflex Bioprocessing