Steril, sterilisering og sterilitet – sproget om at holde tingene fri for forurening

John Batts – senior technical trainer, Masterflex Bioprocessing

Når det drejer sig om biofarmaceutisk fremstilling, er en af de mest relevante ting at holde en væskevej fri for forurening med mikroorganismer. Det er almindeligt at høre terminologi som steril, sterilisering og sterilitet. Men hvad betyder disse udtryk – og hvordan kan de hjælpe os til bedre at forstå, hvordan vi kan nå målet om at fjerne risikoen for kontaminering af de produkter, der produceres?

Lad os se på de officielle definitioner af disse udtryk og derefter dykke nærmere ned i deres betydning for at hjælpe med at skelne dem fra hinanden.

• Det første begreb er steril. Noget anses for at være sterilt, når det er ”frit for levedygtige (levende) mikroorganismer”.
• Det andet begreb er sterilisering. Sterilisering er ”en valideret proces, hvorved en genstand, en overflade eller et medium fjernes for alle levende mikroorganismer, enten i vegetativ tilstand eller i sporetilstand”.
• Det tredje begreb er sterilitet. Sterilitet er ”tilstanden af at være fri for levedygtige mikroorganismer”.

Det er klart, at disse tre udtryk hænger sammen, men lad os se lidt nærmere på dem hver især.

Steril

At være steril er et absolut begreb, et ideal, som det er næsten umuligt at opnå. Mikroorganismer – f.eks. virus, svampe og bakterier – findes i overflod i vores verden og lever typisk uopdaget på de fleste overflader. De kan findes på øjenvipper, hudceller, støvpartikler - for ikke at nævne på almindelige overflader som f.eks. tøj og pap- og plastemballage. For det meste har tilstedeværelsen af disse mikroorganismer ingen mærkbar indvirkning på vores hverdag – faktisk er det i mange tilfælde gavnligt, at disse mikroorganismer er til stede.

Der er dog nogle gange, hvor tilstedeværelsen af mikroorganismer kan være skadelig. Dette gælder især inden for biofarmaceutisk forskning og produktion, hvor forskerne ofte arbejder med specifikke stammer af biologisk materiale, der er designet til at producere et eller andet bioterapeutisk produkt. I disse tilfælde kan tilstedeværelsen af fremmed biologisk materiale, der stammer fra mikroorganismer, bringe det endelige produkts effektivitet og sikkerhed i fare.

Sterilisering

For at fjerne disse mikroorganismer anvendes der ofte steriliseringsteknikker. Mange mennesker foretrækker autoklavering som en foretrukken metode. Selvom autoklavering er en gennemprøvet teknik, er der dog mange begrænsninger ved autoklavering, som gør den besværlig at anvende i store produktionsmiljøer. Det er almindeligt for de fleste biofarmaceutiske virksomheder at anvende en af flere andre steriliseringsteknikker – hver med sine egne fordele og begrænsninger.

En almindelig steriliseringsteknik er brugen af ethylenoxid (EO eller EtO). Ethylenoxid er en gennemtrængende gas, der kan migrere godt ind på produktoverflader, selv når der er tale om store partier. Desuden er EO typisk kemisk kompatibel med de fleste overflader, men EO kan efterlade rester på overfladen af de produkter, der gennemgår sterilisering. EO er farligt at arbejde med, da det både er brandfarligt og eksplosivt. På grund af dets følsomhed over for temperatur og relativ luftfugtighed er det en overordnet set kompleks proces, der kan tage flere dage at opnå maksimal effektivitet.

Med de udfordringer, som EO medfører, er der blevet lagt mere vægt på strålingsbaserede metoder til sterilisering. Disse alternative metoder har flere fordele, herunder færre komplekse opsætninger, kortere køretider og mulighed for at arbejde med ikke-permeabel emballage (hvilket gør det muligt at sterilisere færdige produkter i deres endelige emballage mere effektivt). En af disse metoder er kendt som elektronstråle (eller E-Beam). Med E-Beam-teknologien udsættes det færdige produkt for en koncentreret, højt ladet elektronstrøm, der genereres af en accelerator. Denne strøm af elektroner ændrer de kemiske bindinger, hvilket beskadiger DNA’et i eventuelle tilstedeværende mikroorganismer og ødelægger deres evne til at reproducere sig. Selvom E-Beam-teknologien er meget effektiv, har den begrænsninger – herunder størrelsen af de partier, der kan behandles, og den er ikke egnet til produkter med komplekse geometrier eller materialer med høj tæthed.

For at overvinde begrænsningerne ved E-Beam-teknologien er en af de mest accepterede og anvendte steriliseringsteknikker kendt som gammabestråling. Gammabestråling er en gennemtrængende form for elektromagnetisk stråling. Ligesom ved E-Beam er resultatet med gammabestråling en beskadigelse af kontaminanternes DNA og cellestrukturer. Afhængigt af strålingsniveauet kan de kontaminerende mikroorganismer også dø afhængigt af strålingsniveauet. På grund af den type energi, der produceres, kan gammastråling bruges til at trænge helt igennem selv meget tætte produkter, hvilket gør den effektiv til brug med store produktbatchstørrelser. Andre fordele er, at den ikke er afhængig af hverken specifikke kemikalier eller varme og heller ikke hindres af produktgeometrier. Der er også begrænsninger, hvoraf de vigtigste er, at strålekilden skal genopfyldes og fornys fra tid til anden, og at strålingen medfører uønskede ændringer i mange lægemidler. Derfor anvendes gammabestråling mere typisk til fysiske produkter som f.eks. slangesamlinger, fittings osv.

Som nævnt er målet med disse steriliseringsteknikker at hjælpe et færdigt produkt til at opnå fuld sterilitet og blive mærket som sterilt. Det er dog funktionelt umuligt at garantere, at 100 % af alle mikroorganismer, der er kontamineret af mikroorganismer, fjernes fuldstændigt under steriliseringsprocessen. I stedet for at henvise til, at noget er fuldstændig sterilt, udtrykkes graden af sterilitet i form af dets sterilitetssikringsniveau .

Sterilitetssikringsniveau (SAL)

Sterilitetssikringsniveauet – eller SAL – er sandsynligheden for, at der forekommer en enkelt levedygtig mikroorganisme på en genstand efter steriliseringen. På markedet for medicinsk udstyr er målet for SAL 10-6, hvilket svarer til en sandsynlighed på 1 ud af 1.000.000 for, at en organisme overlever ved afslutningen af steriliseringsprocessen. Selvom det ikke er helt sterilt, er der med en SAL på 10-6 stort set ingen risiko for, at der kan være kontaminering tilbage på det færdige produkt, og dermed er der stort set heller ingen risiko for skade på mennesker, der måtte komme i kontakt med det færdige produkt.

Det kan være en kompleks proces at sikre, at produkterne er fri for kontaminering. Selvom der ikke findes nogen ”one size”-løsning, er der mange effektive steriliseringsteknikker, der kan anvendes på færdigprodukter for at sikre, at målniveauet for sterilitet er nået, og dermed sikre sikkerheden for dem, der bruger og nyder godt af færdigproduktet.

Forfatter:John Batts – senior technical trainer, Masterflex Bioprocessing