Steril, sterilisering og sterilitet – språket for å holde ting fri for kontaminering

John Batts – Senior Technical Trainer, Masterflex Bioprocessing

Når det gjelder biofarmasøytisk produksjon, er noe av det aller viktigste å opprettholde en væskebane som er fri for kontaminering fra mikroorganismer. Det er vanlig å høre terminologi som steril, sterilisering og sterilitet. Men hva betyr disse ordene, og hvordan kan de hjelpe oss å forstå bedre hvordan vi skal oppnå målet med å fjerne risikoen for kontaminering med produktene som produseres?

La oss se på den offisielle definisjonen for disse ordene, og deretter gå nærmere inn på betydningen av dem for å hjelpe å differensiere dem fra hverandre.

• Det første ordet er steril. Noe anses som sterilt når det er «fritt for levedyktige (levende) mikroorganismer».
• Det andre ordet er sterilisering. Sterilisering er «en validert prosess der en artikkel, overflate eller et medium frigjøres for alle levende mikroorganismer, enten i vegetativ eller sporetilstand».
• Det tredje ordet er sterilitet. Sterilitet er «tilstanden med å være fri for levedyktige mikroorganismer».

Disse tre ordene henger naturligvis sammen, men la oss se på hvert ord litt nærmere.

Steril

Å være steril er en absolutt term, et ideal som det er nesten umulig å oppnå. Mikroorganismer, ting som virus, sopp og bakterier, som det er mye av i verden, lever vanligvis uoppdaget på de fleste overflater. De finnes på øyevipper, hudceller, støvpartikler - for ikke å nevne vanlige overflater, som klær og papp og plastemballasje. Det meste av tiden har ikke nærværet av disse mikroorganismene noen merkbar effekt på hverdagen vår, i mange tilfeller er det faktisk en fordel at disse mikroorganismene er til stede.

Det er imidlertid noen ganger der nærværet av mikroorganismer kan være skadelig. Dette gjelder spesielt innen biofarmasøytisk forskning og produksjon, hvor forskere ofte jobber med spesifikke stammer av biologisk materiale som er designet for å produsere et eller annet bioterapeutisk produkt. I disse tilfellene kan nærværet av fremmed biologisk materiale fra mikroorganismer kompromittere effekten og sikkerheten til sluttproduktet.

Sterilisering

For å fjerne de mikroorganismene, blir teknikker med sterilisering ofte brukt. Mange foretrekker autoklavering. Selv om det er en utprøvd teknikk, er det imidlertid mange begrensninger for autoklavering som gjør det tungvint å bruke i produksjonsmiljøer i stor skala. Det er vanlig for de fleste biofarmasøytiske selskaper å bruke en av flere andre steriliseringsteknikker, alle med egne fordeler og begrensninger.

En vanlig steriliseringsteknikk er bruk at etylenoksid (EO eller EtO). Etylenoksid er en penetrerende gass som kan migrere godt på produktoverflater, selv når det er store partier tilstede. I tillegg er EO vanligvis kjemisk kompatibel med de fleste overflater, men EO kan etterlate seg rester på overflaten på produktene som gjennomgår sterilisering. EO er farlig å arbeide med, da den er både brennbar og eksplosiv. Det er en prosess som er svært følsom til temperatur og relativ luftfuktighet, og det kan ta flere dager før den oppnår maksimal effektivitet.

Med utfordringene som EO medfører, har det blitt viet mer oppmerksomhet til strålingsbaserte steriliseringsmetoder. Disse alternative metodologiene tilbyr flere fordeler, inkludert færre komplekse oppsett, kortere kjøretider, og evnen til å arbeide med ikke-gjennomtrengelig emballasje (som gjør at ferdige produkter kan steriliseres mer effektivt i den endelige emballasjen). En av disse metodene er kjent som Electron Beam (eller E-Beam). Med E-Beam-teknologien eksponeres det ferdige produktet for en konsentrert, høyladet elektronstrøm som genereres av en aksellerator. Denne elektronstrømmen endrer kjemiske forbindelser, som skader DNA-et til alle mikroorganismer som er til stede og ødelegger reproduksjonsevnen deres. Mens E-Beam-teknologien er svært effektiv, så har den begrensninger, inkludert størrelsen på partiene som kan behandles, og den er ikke egnet for produkter som har komplekse geometrier eller som består av materialer med høy tetthet.

For å overkomme begrensningene med E-Beam-teknologien er en av de mest aksepterte og brukte steriliseringsteknikkene kjent som gammastråling. Gammastråling er en gjennomtrengende form for elektromagnetisk stråling. Som med E-Beam, er resultatet av gammastråling skade på mikroorganismens DNA og cellestruktur. Avhengig av nivået av strålingseksponering, kan skadelige mikroorganismer også dø. På grunn av energien som produseres, kan gammastråling brukes til å trenge helt gjennom selv produkter med høy tetthet, noe som gjør den effektiv for bruk med store produktpartistørrelser. Andre fordeler inkluderer å ikke være avhengig av verken spesifikke kjemikalier eller varme, og heller ikke å bli hindret av produktgeometrier. Det er begrensninger også. De viktigste er at strålingskilden må fylles på og revalideres fra tid til annen, og det faktum at stråling forårsaker uønskede endringer i mange medisinske produkter. På grunn av dette blir gammastråling vanligvis heller brukt på fysiske produkter, som slangeenheter, beslag osv.

Som nevnt, er målet med disse steriliseringsteknikkene å hjelpe et ferdig produkt med å oppnå full sterilitet og bli merket som sterilt. Det er imidlertid funksjonelt umulig å garantere at 100 % av alle forurensende mikroorganismer er fullstendig eliminert gjennom steriliseringsprosessen. Derfor, i stedet for å referere til at noe oppnår full sterilitet, uttrykkes graden av sterilitet i form av Sterilitetssikkerhetsgrad.

Sterilitetssikkerhetsgrad (Sterility Assurance Level - SAL)

Sterilitetssikkerhetsgraden – eller SAL – er sannsynligheten av at en enkel levedyktig mikroorganisme skal oppstå på en artikkel etter sterilisering. På markedet for medisinsk utstyr er mål-SAL 10-6, noe som indikerer en sannsynlighet på 1 av 1 000 000 for at en organisme overlever ved slutten av steriliseringsprosessen. Selv om det ikke er helt sterilt, er det med en SAL på 10-6 praktisk talt ingen risiko for kontaminering på det ferdige produktet, og dermed er det praktisk talt ingen risiko for skade på noen mennesker som kan komme i kontakt med det ferdige produktet heller.

Det kan være en kompleks prosess å sørge for at produkter er fri for kontaminering. Det finnes ingen «en størrelse for alle»-løsning, men det finnes flere effektive steriliseringsteknikker som kan brukes på ferdige produkter for å sørge for at målnivået for sterilitet er oppnådd, og dermed sørge for sikkerheten til de som bruker og drar nytte av det ferdige produktet.

Forfatter:John Batts – Senior Technical Trainer, Masterflex Bioprocessing