Steriel, sterilisatie en steriliteit – de zuivere taal van een smetvrij proces

John Batts – Hoofd Technische trainingen, Masterflex Bioprocessing

Als het gaat om de productie van biofarmaceutische middelen, dan springt er één belangrijk punt uit en dat is: hoe zorg je dat het vloeistoftraject afgeschermd kan blijven tegen besmetting door micro-organismen. Begrippen als steriel, sterilisatie en steriliteit zijn tegenwoordig gemeengoed. Maar waar staan die termen eigenlijk voor – en kunnen we er beter door begrijpen hoe je het gevaar dat de producten die je maakt besmet raken, uit de weg ruimt?

Laten we eerst eens kijken wat de officiële definities van deze termen zijn, om dan wat dieper te spitten om te kijken waar de eventuele verschillen zitten.

• De eerste term is het woord steriel. Iets wordt als zijnde steriel beschouwd als het "geen levensvatbare (levende) micro-organismen bevat".
• De tweede term is het woord. Sterilisatie is “een gevalideerd proces waarbij een artikel, een oppervlak of een medium ontdaan wordt van alle levende micro-organismen, in een vegetatieve toestand of als sporen”.
• De derde term is het woord steriliteit. Steriliteit is “de toestand van het geheel en al vrij zijn van levensvatbare micro-organismen”.

Uiteraard hangen deze drie termen nauw met elkaar samen, maar laten we ze stuk voor stuk eens nader bekijken.

Steriel

Als iets steriel is, dan wordt met deze absolute uitdrukking verwezen naar een ideaal dat vrijwel onmogelijk te bereiken valt. Van micro-organismen – dingen als virussen, schimmels en bacteriën – is de aarde vergeven, maar desondanks blijven ze meestal nagenoeg onopgemerkt. Ze zijn te vinden op wenkbrauwen, huidcellen, stofdeeltjes – om maar te zwijgen van gewone oppervlakken als kleding, karton en plasticverpakkingen. Meestentijds heeft de aanwezigheid van deze micro-organismen geen merkbaar effect op ons dagelijks leven – en in feite is het in de meeste gevallen ook juist goed dat ze er zijn.

Maar er zijn omstandigheden waarin de aanwezigheid van micro-organismen schadelijk kan zijn. Dit geldt vooral bij de research en productie van biofarmaceutische middelen, waar wetenschappers vaak werken met specifieke stammen van biologisch materiaal die zijn ontwikkeld vanwege bepaalde biotherapeutische effecten. In zulke gevallen kan de aanwezigheid van vreemd biologisch materiaal uit micro-organismen de werkzaamheid en veiligheid van het eindproduct aantasten.

Sterilisatie

Om die micro-organismen te verwijderen, worden dikwijls sterilisatie technieken toegepast. Velen geven er dan de voorkeur aan hiervoor gebruik te maken van een autoclaaf. Hoewel dit een veelbeproefde techniek is, zitten er toch zoveel nadelen aan het werken met een autoclaaf dat het lastig uit te voeren is als het gaat om een grootschalige productie. Biofarmaceutische bedrijven zoeken daarom vaak hun toevlucht tot andere sterilisatietechnieken die elk zo hun eigen voor- en nadelen hebben.

Een veel toegepaste sterilisatietechniek is het gebruik van ethyleenoxide (EOor EtO). Ethyleenoxide is een penetrant gas dat zich goed over het oppervlak van producten kan verspreiden, zelfs als het om grote partijen gaat. Daarnaast is EO chemisch te combineren met de meeste oppervlakken, al kan het wel residu achterlaten op het oppervlak van de producten die aan sterilisatie worden onderworpen. EO is gevaarlijk om mee te werken, omdat het licht ontvlambaar en explosief is. Vanwege de gevoeligheid voor de temperatuur en de relatieve luchtvochtigheid, is het over het geheel genomen een gecompliceerd proces dat dagen kan in beslag kan nemen voor het maximaal effectief is.

Gezien de uitdagingen die EO met zich meebrengt, zijn methoden voor sterilisatie op basis van bestraling steeds meer onder de aandacht gekomen. Deze alternatieve methode bieden verschillende voordelen, waaronder een minder gecompliceerde opstelling, kortere looptijden en de mogelijkheid om te werken met ondoorlatende verpakkingen (waardoor eindproducten effectiever in hun uiteindelijke verpakking kunnen worden gesteriliseerd). Een van deze methoden staat bekend onder de naam elektronenbundel (of e-bundel). Met de technologie van de e-bundel wordt het eindproduct blootgesteld aan een geconcentreerde, sterk geladen bundel elektronen die is opgewekt door een versneller. Deze stroom van elektronen brengt wijzigingen aan in chemische verbindingen, waardoor het DNA van eventueel aanwezige micro-organismen zo beschadigd wordt dat ze zich niet meer kunnen voortplanten. Hoewel de technologie van de e-bundel zeer effectief is, kent ook dit zijn beperkingen – zo is er een grens aan de omvang van de partijen die op deze manier bewerkt kunnen worden, en is de methode verder niet geschikt voor producten met een gecompliceerde geometrie of die bestaan uit materialen met een hoge dichtheid.

Om deze beperkingen van de technologie van de e-bundel te omzeilen, wordt ook op grote schaal gebruik gemaakt van gammabestraling als sterilisatietechniek. Gammabestraling is een vorm van elektromagnetische bestraling die tot diep in het materiaal doordringt. Net als bij de e-bundel leidt gammabestraling tot de beschadiging van het DNA en de celstructuur van de besmettelijke kiemen. Afhankelijk van de mate waarin de besmettelijke micro-organismen aan de straling zijn blootgesteld, kan het zelfs leiden tot het afsterven daarvan. Vanwege het type energie dat er door wordt opgewekt, kan gammabestraling worden gebruikt om zelfs producten met een zeer grote dichtheid volledig te doordringen. Daardoor is deze methode zeer effectief bij producten die in grote partijen worden aangemaakt. Daarnaast zijn er nog voordelen als dat men niet afhankelijk is van specifieke chemicaliën of grote hitte, en dat de geometrie van het product evenmin een beletsel kan vormen. Ook deze techniek kent uiteraard zijn beperkingen, met als belangrijkste dat de bron van de straling regelmatig bijgevuld en dan opnieuw gevalideerd moet worden, plus het feit dat de straling in veel medicinale producten ongewenste veranderingen teweeg kan brengen. Om deze reden wordt gammabestraling vooral toegepast bij fysieke producten, zoals slangensets, verloopstukken etc.

Zoals eerder aangegeven hebben deze sterilisatietechnieken ten doel het eindproduct volledig steriel te maken, zodat dit ook als steriel kan worden aangemerkt. Dit neemt echter niet weg dat het functioneel gezien onmogelijk is om met 100% te garanderen dat alle besmettelijke micro-organismen door sterilisatie volledig zijn te elimineren. In plaats van te stellen dat iets een volledige steriliteit heeft bereikt, wordt de mate van steriliteit daarom uitgedrukt in de vorm van het Gegarandeerde Steriliteitsniveau.

Het Gegarandeerde Steriliteitsniveau (SAL) van

Het Gegarandeerde Steriliteitsniveau – of SAL – staat voor de mate van waarschijnlijkheid dat een enkel levensvatbaar micro-organismen na sterilisatie toch op een bepaald artikel verschijnt. Op de markt voor medicinale apparatuur is het gegarandeerde steriliteitsniveau waar iedereen naar streeft 10-6, wat staat voor de kans van één op 1 miljoen dat een organisme na voltooiing van het sterilisatieproces nog leeft. Met dat steriliteitsniveau van 10-6 is er nagenoeg geen risico meer op besmetting van het eindproduct, en dus ook zo goed als geen kans op aantasting van de gezondheid van mensen die met dat eindproduct in aanraking komen.

Ervoor willen zorgdragen dat producten vrij zijn van besmetting kan een gecompliceerde onderneming worden. Terwijl er geen alleenzaligmakende oplossing voor bestaat, zijn er wel veel zeker doeltreffende sterilisatietechnieken die kunnen worden aangewend op eindproducten, om ervoor te zorgen dat het nagestreefde steriliteitsniveau daadwerkelijk wordt gehaald. Zo is de veiligheid van degenen die het eindproduct gebruiken of ervan profiteren toch gewaarborgd.

Auteur:John Batts – Hoofd Technische trainingen, Masterflex Bioprocessing