БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ В СОВРЕМЕННОЙ ПРАКТИКЕ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Стерилизация – это валидированный процесс, используемый для того, чтобы сделать продукт свободным от всех форм жизнеспособных микроорганизмов, включая бактериальные эндоспоры (AAMI/ISO TIR 11139:2006).

Эффективная работа стерилизаторов, используемых в медицинских учреждениях и на производстве, имеет решающее значение для предотвращения внутрибольничных инфекций и обеспечения безопасно­сти выпускаемой продукции. В рамках этой концепции биологические индикаторы служат наиболее прямым и окончательным методом оценки летальности, обеспечиваемой процессом стерилизации.

1. ТЕХНОЛОГИЯ БЫСТРОГО СЧИТЫВАНИЯ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТЕРИЛЬНОСТИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ TERRAGENE

Биологический индикатор определяется как микро­биологическая тест­система, обеспечивающая заданную устойчивость к определенному процессу стерилизации (AAMI, 2006). В отличие от химических индикаторов, которые реагируют на один или несколько физических или химических параметров процесса, БИ измеряют фактический микробицидный эффект, подвергая цикл стерилизации воздействию известной популяции высо­корезистентных бактериальных спор. Выживание или инактивация этих организмов дает прямое доказательство­ того, были ли условия стерилизации достаточными для достижения желаемого уровня летальности микро­организмов.

Эволюция от простых споровых полосок к системам автономных биологических индикаторов (АБИ) озна­меновала собой крупный прогресс в технологии мо­ниторинга стерилизации. Современные АБИ, такие как производимые Terragene S.A., объединяют носитель со спорами и специально разработанную питательную сре­ду в едином герметичном устройстве, обеспечивая четко определенные тестовые пределы, контролируемые ус­ловия восстановления, простую интерпретацию резуль­татов и валидированное сокращенное время инкубации (RIT). Terragene дополнительно усовершенствовала эту технологию с помощью быстрых флуоресцентных ин­дикаторов, способных выдавать подтвержденные био­логические результаты всего за 7 секунд.

В данной статье представлен всесторонний обзор тех­нологии БИ с акцентом на три области, имеющие особое значение для специалистов по стерилизации:

1. возможность быстрого считывания, обеспечиваемая конструкцией АБИ Terragene и технологией флуорес­центного обнаружения;
2. научная основа для демонстрации уровня гарантии стерильности (SAL) 10­⁻⁶;
3. практические примеры того, как биологические ин­дикаторы Terragene поддерживают и подтверждают обеспечение стерильности в различных режимах сте­рилизации.

2. НАУЧНАЯ ОСНОВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ

2.1 Биология спор и выбор организмов-индикаторов

Бактериальные эндоспоры являются краеугольным камнем технологии биологических индикаторов. Спо­руляция – это стратегия выживания, запускаемая де­фицитом питательных веществ, в результате которой образуется покоящаяся клеточная форма, проявляющая исключительную устойчивость к таким стрессовым фак­торам окружающей среды, как тепло, химические агенты и радиация. Эта устойчивость в сочетании со способностью оставаться стабильной во время длительного хранения и надежно прорастать при восстановлении благоприятных условий делает бактериальные споры идеально подходящими для мониторинга процессов стерилизации (Ridgeway, 2013).

Виды, наиболее широко используемые при произ­водстве БИ, принадлежат к родам Bacillus, Geobacillus и Clostridium – все это грамположительные палочковид­ные бактерии. Для установленных процессов стерили­зации международные стандарты (серия ISO 11138) и фармакопейные справочники (USP) рекомендуют сле­дующие пары «организм – процесс» (таблица 1).

Таблица 1. Рекомендуемые организмы­индикаторы по процессам стерилизации

Источник: адаптировано из руководства FDA CDRH (2007), серии ISO 11138 и USP <1035>

Geobacillus stearothermophilus является преоблада­ющим организмом для мониторинга паровой стери­лизации и стерилизации перекисью водорода. Это термофильный организм с оптимальным диапазоном температур роста 55–60 °C. Для паровых БИ, соответ­ствующих ISO 11138­3, минимальное D-­значение должно составлять ≥ 1,5 минуты при Z-­значении ≥ 6 °C. Bacillus atrophaeus, мезофильный организм (оптимум 30–39 °C), является референтным видом для стерилизации ЭО и су­хим жаром, с минимальными D-­значениями, указанными в ISO 11138­2 и ISO 11138­4 соответственно.

2.2 D-значение, Z-значение и кривая выживаемости

Характеристики устойчивости биологического ин­дикатора количественно определяются с помощью нескольких взаимосвязанных параметров. D-­значение (значение десятичного снижения) – это время или доза, необходимая для достижения 90-­процентного (1 лога­рифмического) снижения жизнеспособной популяции спор в указанных условиях воздействия. Z-значение, при­менимое к термическим процессам, представляет собой изменение температуры, соответствующее 10­кратному изменению D-значения. Вместе эти параметры опреде­ляют кривую выживаемости – полулогарифмический график количества жизнеспособных спор в зависимости от времени воздействия, который в идеальных условиях следует кинетике инактивации первого порядка.

Эти параметры не являются просто академически­ми; они являются математической основой для расчета уровня гарантии стерильности и для проектирования циклов стерилизации, обеспечивающих требуемый за­пас прочности. FDA рекомендует определять D­-значе­ния на конечном готовом продукте с использованием резистометра, соответствующего стандартам ANSI/AAMI, и проводить испытания по крайней мере на трех различ­ных партиях спор, полученных из разных урожаев спор (FDA CDRH, 2007).

3. ТЕХНОЛОГИЯ БЫСТРОГО СЧИТЫВАНИЯ В АБИ TERRAGENE

3.1 Преимущество автономного биологического индикатора

Автономные биологические индикаторы представля­ют собой фундаментальное конструктивное усовершен­ствование по сравнению с традиционными системами со споровыми полосками. В АБИ носитель со спорами и специально разработанная питательная среда заключе­ны в едином герметичном блоке. После воздействия стерилизации пользователь активирует устройство (обыч­но раздавливая внутреннюю ампулу для высвобождения среды) и инкубирует его при валидированной температуре. Эта конструкция с замкнутой системой исключает риск постэкспозиционного загрязнения окружающей среды, стандартизирует условия восстановления и га­рантирует, что каждый пользователь оценивает БИ в одних и тех же контролируемых параметрах, которые были валидированы производителем.

Автономные биологические индикаторы Terragene Bionova^® включают хромогенные индикаторы pH в пи­тательной среде для моделей с обычным считыванием и передовое ферментативное флуоресцентное обнару­жение в линейках быстрых флуоресцентных продуктов. Во время инкубации метаболическая активность выжив­ших спор производит либо кислые побочные продукты, вызывающие видимое изменение цвета, либо флуо­ресцентные субстраты ферментов, обнаруживаемые авто-­ридером Bionova^®. Флуоресцентный подход обе­спечивает однозначный положительный/отрицательный результат со значительно более быстрой обработкой, что делает систему идеально подходящей для высо­копроизводительных центральных стерилизационных отделений (ЦСО) и фармацевтических производств.

Новый 7-­секундный АБИ (Bionova^® BT225) от Terragene работает иначе. Этот БИ функционирует за счет исполь­зования структурных свойств белков спор. Споры, ис­пользуемые в индикаторе, содержат высокостабильные белки со специфическими конформациями, устойчивы­ми к процессам стерилизации. При воздействии эффек­тивных условий стерилизации эти белковые структуры подвергаются денатурации и необратимым конформационным изменениям. Эта потеря нативной структуры напрямую коррелирует с инактивацией спор, и BT225 обнаруживает этот переход как показатель летально­сти, обеспечивая быстрое и надежное указание на то, что процесс стерилизации достиг требуемого уровня уничтожения микробов.

3.2 Сокращенное время инкубации: принципы и валидация

Одним из наиболее клинически и операционно значи­мых атрибутов современных АБИ является их валидиро­ванное сокращенное время инкубации (RIT). В то время как обычный период инкубации для биологических ин­дикаторов составляет 7 дней (как указано в ISO 11138­1, раздел 7.3), производители АБИ могут валидировать более короткие периоды инкубации при условии соблю­дения строгих критериев.

В руководящем документе FDA CDRH «Предваритель­ные уведомления [510(k)] о биологических индикаторах (БИ)» (2007) установлена методология валидации сокра­щенного времени инкубации. Протокол требует подвер­гнуть воздействию частичных циклов стерилизации, которые обеспечивают выживаемость спор от 30% до 80%, минимум 300 БИ (по 100 из каждой из трех различ­ных производственных партий). Все БИ инкубируются в течение полного 7­-дневного референсного периода с ежедневной регистрацией результатов. Валидирован­ное RIT – это наибольшее количество дней инкубации, необходимое для достижения ≥ 97% от общего 7-­днев­ного количества положительных результатов в любой отдельной партии. Критически важно, что результаты не усредняются по партиям: самая консервативная партия определяет минимальное время инкубации.

Эта методология гарантирует, что даже в наихудших условиях, когда только одна спора выживает после око­лолетального воздействия процесса, валидированного времени инкубации достаточно для того, чтобы этот последний выживший пророс, размножился и дал об­наруживаемый положительный сигнал в системе АБИ.

3.3 Портфолио быстрого считывания Terragene Bionova^®

Terragene разработала комплексное портфолио ав­тономных биологических индикаторов Bionova^® с ва­лидированным временем считывания, охватывающим широкий диапазон: от рекордных 7-секунд для паровой стерилизации до 4 часов оксидом этилена. Этот спектр скоростей считывания позволяет специалистам по сте­рилизации выбирать продукт, наилучшим образом соответствующий их производственной необходимости, типу процесса и нормативным требованиям.

Быстрая продуктовая линейка Terragene Bionova^® использует передовую технологию ферментативного флуоресцентного обнаружения. В отличие от обычных колориметрических АБИ, которые полагаются на вы­званное pH изменение цвета из­-за метаболизма спор и поэтому требуют часов инкубации для выработки достаточного количества кислоты, флуоресцентные системы обнаруживают ферментативную активность или изменение структуры белка в течение секунд или минут инкубации. Этот подход косвенно выявляет метаболи­ческую жизнеспособность на гораздо более ранней стадии, до того, как произойдет видимое помутнение или изменение pH, обеспечивая значительно более быстрые результаты без ущерба для чувствительности или специфичности.

В таблице 2 представлено полное портфолио быстросчитываемых АБИ Terragene Bionova^® для всех основных режимов стерилизации.

3.4 Зачем нужно быстрое считывание БИ

BT225 с его 7­-секундным считыванием для паровой стерилизации представляет собой самый быстрый результат биологического индикатора, доступный в отрасли. Эта почти мгновенная обратная связь фунда­ментально трансформирует рабочий процесс в высоко­производительных стерилизационных отделениях или в удаленных от них аспетических производственных площадках: вместо того чтобы задерживать обрабо­танные загрузки на часы или дни в ожидании результа­тов БИ, подразделения могут получить окончательное биологическое подтверждение эффективности сте­рилизации в течение секунд после начала инкубации. BT224 (20­минутное считывание) и BT222 (1­-часовое считывание) предлагают промежуточные варианты, которые балансируют скорость с соображениями стои­мости для предприятий с разными производственными потребностями.

Для стерилизации перекисью водорода, все более критически важного режима для термочувствительных устройств, BT98 обеспечивает подтвержденный биоло­гический результат всего за 5 минут. BT96 с 30-­минутным считыванием предлагает альтернативу для применений, где приемлемо немного более длительное окно.

Индикатор для стерилизации ЭО BT110 выдает ре­зультаты за 4 часа, по сравнению с обычной 48­-часовой или 7­-дневной инкубацией, обеспечивая более быстрое высвобождение загрузок, стерилизованных ЭО. Индика­тор для формальдегида BT102 обеспечивает 2­-часовое считывание для процессов LTSF, поддерживая быструю обработку на предприятиях, использующих низкотемпе­ратурную паровую и формальдегидную стерилизацию. Как описано McCauley (2009), скорость обнаружения положительного сигнала в обычном АБИ напрямую свя­зана с количеством выживших спор: непроэкспониро­ванный контрольный БИ с полной популяцией спор обычно показывает положительный рост в течение 3­-4 часов с использованием колориметрических методов.

Технология флуоресцентного обнаружения Terragene сжимает этот временной масштаб на порядки, выявляя ферментативные маркеры жизнеспособности спор в концентрациях значительно ниже порога, необходимого для видимого изменения цвета. Это технологическая основа, обеспечивающая времена быстрого считывания, показанные в таблице 2.

Для асептических производств практическое влияние является преобразующим: с BT225 биологическое под­тверждение стерилизационных загрузок может быть получено в течение секунд после обработки. Даже про­ дукты с более длительным считыванием в портфолио обеспечивают высвобождение в тот же день. Это значи­тельно снижает риск применения ненадлежащих ингре­диентов или расходных материалов в производственном процессе, выпущенных до того, как стали доступны результаты обычных БИ.

4. УРОВЕНЬ ГАРАНТИИ СТЕРИЛЬНОСТИ (SAL) 10⁻⁶

4.1 Определение и нормативная основа

Уровень гарантии стерильности (SAL) определяется как вероятность наличия одного жизнеспособного ми­кроорганизма на продукте после стерилизации (AAMI/ ISO TIR 11139:2006). Для окончательно стерилизуемых медицинских устройств и фармацевтических продуктов международно признанной целевой величиной являет­ся  SAL 10⁻⁶, что означает вероятность наличия не более одного жизнеспособного микроорганизма на миллион дезактивированных.

SAL рассчитывается на основе исходной популяции спор (N₀) и логарифмического снижения спор (SLR), обеспечиваемого процессом. Для БИ с популяцией 10⁶ спор, подвергнутого циклу стерилизации, разработан­ному для обеспечения 12-логарифмического снижения (классический подход «оверкилл»), результирующий SAL составляет 10⁻⁶. Этот расчет критически зависит от двух допущений: (1) что D­-значение и Z­-значение тест­организма точно охарактеризованы и (2) что БИ размещен в месте минимальной летальности внутри загрузки стерилизатора.

Рисунок 1. Уровень гарантии стерильности и подход «оверкилл»

4.2 Метод «оверкилл» и требования к популяции БИ

Подход «оверкилл» (избыточной летальности) к ва­лидации стерилизации является наиболее широко ис­пользуемой стратегией в здравоохранении и промыш­ленности. Он использует БИ с известной популяцией спор – обычно от 10⁵ до 10⁶ КОЕ организма, значительно более устойчивого, чем любая ожидаемая бионагрузка, и демонстрирует, что половинного цикла (50% от пол­ного времени экспозиции) достаточно для достижения полной гибели всех БИ. Затем полный цикл обеспечива­ет по крайней мере вдвое большую летальность, предо­ставляя существенный запас прочности.

FDA рекомендует минимальные допустимые популя­ции спор и D-­значения для разрешенных БИ. Для пара при 121 °C рекомендуемый минимум составляет 10⁵ спор с D-­значением ≥ 1,5 минуты и временем выживания ≥ 5 минут. Для ЭО (600 мг/л, 54 °C, 60% относительной влажности) минимум составляет 10⁶ спор с D-­значени­ем ≥ 2,5 минут. Эти спецификации гарантируют, что БИ обеспечивает значимое и консервативное испытание процесса стерилизации.

Автономные биологические индикаторы Terragene Bionova^®, включая быстрые модели BT225, BT224, BT98, BT110 и BT102, производятся с популяциями спор и ха­рактеристиками устойчивости, которые соответствуют или превышают эти нормативные ориентиры. Каждая производственная партия проходит характеризацию на основе ISO 11138 на конечном готовом продукте, с проверкой D-­значения, Z-значения, окна выживания/гибели и популяции спор для нескольких урожаев спор перед выпуском партии. Время быстрого считывания не ставит под угрозу испытание устойчивостью: та же популяция спор и профиль устойчивости, которые обе­спечивают валидную демонстрацию SAL, присутствуют как в обычных, так и в быстрых моделях Bionova^®.

Рисунок 2. Пример влияния размещения биологического индикатора на валидацию летальности процесса стерилизации

4.3 Важность размещения БИ и картирования летальности

Критически важным, но часто недооцениваемым фак­ тором в достижении надежного SAL является размеще­ние биологического индикатора в месте минимальной летальности внутри стерилизатора. Как показал Gillis (2009), используя данные картирования летальности из производственного цикла паровой стерилизации, содержащего 6480 единиц продукта, эквивалентное время процесса (F) в разных местах внутри камеры варьировалось от 19,5 до 23,5 минут – дифференциал в 4 минуты, что для спор с D-значением 2 минуты соот­ветствует 2­-логарифмической разнице в уничтожении спор между местами минимальной и максимальной летальности.

Для больших или термически массивных загрузок этот дифференциал может быть еще больше: диапазоны в 10–12 эквивалентных минут не являются редкостью, что соответствует потенциальному изменению SAL от 10⁻¹  до 10⁻⁶ в пределах одной и той же загрузки. Это подчер­кивает, почему специалисты по стерилизации должны определять наихудшее место с помощью систематиче­ского картирования летальности и почему угадывание размещения БИ на основе ограниченной информации, как метко отметил Gillis, является опасной гипотезой. В этом контексте точность и согласованность биологи­ческих индикаторов Terragene играют жизненно важную роль в валидации этих сложных профилей стерилиза­ции. Предоставляя высокие стандартизованные харак­теристики устойчивости, эти индикаторы позволяют специалистам по стерилизации точно коррелировать биологическую инактивацию с физической летально­стью, отображенной внутри загрузки. Этот синергизм между точным биологическим мониторингом и систематическим картированием гарантирует, что проде­монстрированный SAL отражает истинную минималь­ную летальность, доставленную продукту, даже в самых сложных конфигурациях.

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРИМЕРЫ СЦЕНАРИЕВ

5.1 Рутинный мониторинг

В фармацевтическом производстве биологические индикаторы используются для рутинного мониторинга процессов для асептических производств, квалифика­ции новых установок стерилизаторов и периодической перевалидации существующего оборудования. Авто­номные биологические индикаторы Terragene Bionova^® разработаны для бесшовной интеграции в эти рабочие процессы. Типичный протокол рутинного мониторинга включает размещение одного АБИ на каждую стерили­зационную загрузку вместе с непроэкспонированным контрольным устройством. После цикла стерилизации оба устройства активируются и инкубируются. Кон­трольный экземпляр должен показать положительный рост (подтверждая жизнеспособность популяции спор), в то время как экспонированный БИ должен оставаться отрицательным по завершении валидированного пери­ода инкубации.

С BT225 (7­-секундное считывание) или BT224 (20-­ми­нутное считывание) паровые стерилизационные за­грузки могут быть биологически подтверждены до того, как продукт или расходные материалы достигнут места использования. Это устраняет традиционную парадигму высвобождения загрузок на основе только результатов химических индикаторов с последующим ожиданием в течение дней для биологического подтверждения – практику, которая подвергает учреждения риску доро­гостоящих и дезорганизующих отзывов загрузок, если БИ позже дает положительный результат.

5.2 Валидация стерилизации с подходом «оверкилл»

Во время начальной валидации стерилизации БИ играют центральную роль в протоколе «оверкилл». Ти­пичное валидационное исследование включает про­ведение трех последовательных экспозиций половин­ного цикла с БИ, распределенными по выявленным наихудшим местам внутри загрузки. Все БИ не должны показывать роста после инкубации, демонстрируя, что одного половинного цикла достаточно для обеспечения летальности, убивающей тест­организм. Полный цикл, будучи вдвое длиннее экспозиции половинного цикла, затем обеспечивает требуемый запас прочности для гарантии SAL 10⁻⁶.

Автономные биологические индикаторы Terragene Bionova^® особенно хорошо подходят для валидаци­онных исследований, потому что их контролируемая конструкция с замкнутой системой минимизирует из­менчивость, вносимую техникой пользователя. Характеристики устойчивости строго указаны в каждом сер­тификате партии, что позволяет точно рассчитывать ожидаемое время выживания и гибели. Доступность продуктов с быстрым считыванием, таких как BT224 и BT98, дополнительно ускоряет временные рамки ва­лидации: там, где традиционные протоколы требовали 7­-дневных задержек между валидационными запуска­ ми для подтверждения результатов БИ, предприятия, использующие быстрые индикаторы Terragene, могут подтвердить результаты в течение минут и перейти к следующему валидационному запуску в тот же день.

5.3 Решение вопросов расходящихся результатов: когда БИ дает положительный результат

Одной из самых сложных ситуаций в практике стери­лизации является возникновение положительного БИ в, по­-видимому, нормальном цикле процесса. Физические параметры (температура, давление, время) могут все выглядеть в пределах спецификации, но БИ указыва­ет на выжившие споры. Как подчеркнул Gillis (2009), это расхождение обычно выявляет условия, которые физические приборы не могут обнаружить, такие как воздушные карманы в пористых загрузках во время паровой стерилизации или неадекватное увлажнение внутри промежутков продукта во время обработки ЭО.

Надлежащая реакция никогда не должна заключаться в игнорировании биологического результата. Если спо­ры выживают в процессе и остаются жизнеспособными, проблема реальна. БИ интегрирует все летальные и сублетальные условия, испытанные в его конкретном месте, что делает его самым всеобъемлющим единич­ным индикатором эффективности процесса. Автоном­ные биологические индикаторы Terragene с их хорошо охарактеризованными профилями устойчивости обе­спечивают техническую основу для расследований пер­вопричин, когда возникают расходящиеся результаты. Возможность быстрого считывания таких моделей, как BT225 и BT98, добавляет дополнительное операционное преимущество: положительные результаты обнаруживаются почти немедленно, что позволяет начать корректи­рующие действия в течение минут, а не дней.

6. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СКОРОСТНЫХ БИ В ФАРМАЦЕВТИКЕ

Для фармацевтических производителей практическим подходом является считывание БИ как в валидирован­ное RIT (скоростное считывание), так и с применением контрольных подтверждений через 48 часов и через 7 дней. Эта стратегия двойного или тройного считывания позволяет своевременно принимать решения о выпуске продукции, одновременно генерируя 48-часовые или/и 7­-дневные данные, которые удовлетворяют консерва­тивным регуляторным ожиданиям.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Биологические индикаторы остаются золотым стандартом для подтверждения эффективности процессов стерилизации. Разработка автономных систем с возможностью быстрого считывания, при­мером чего служит портфолио Terragene Bionova^®, преобразовала мониторинг стерилизации из мно­годневного периода ожидания в возможность по­лучения результатов почти в реальном времени без ущерба для научной строгости или запасов без­ опасности, которые лежат в основе обеспечения стерильности.

Автономные биологические индикаторы Terragene Bionova^® представляют собой передовой край техно­логии биологических индикаторов. Сочетая хорошо охарактеризованные популяции спор международно признанных организмов­-индикаторов, специально раз­работанные питательные среды, оптимизированные для быстрого и надежного восстановления, флуорес­центное обнаружение, обеспечивающее время считы­вания от 7-секунд (BT225 для пара) до 4 часов (BT110 для ЭО), и конструкцию с замкнутой системой, которая устраняет риски контаминации, вносимые пользова­телем, эти продукты позволяют специалистам по сте­рилизации уверенно демонстрировать соответствие SAL 10⁻⁶ при максимальном повышении операционной эффективности.

Научные принципы, рассмотренные в этой рабо­те – от биологии спор и кинетики D-­значений до картирования летальности и нормативных рамок – обеспечивают основу для понимания того, почему биологические индикаторы необходимы, как работа­ет технология быстрого считывания и как продукты Terragene поддерживают обеспечение стерильности на практике. По мере того, как технологии стерилизации продолжают развиваться, роль хорошо раз­работанных, строго валидированных биологических индикаторов будет только возрастать.

***

ООО «Ай Би Си Нанотекс»
111141, г.Москва, 1-й проезд Перова Поля, д.9, стр.5
Телефон: +7(495)727-05-28/29

Электронная почта:

• Клиентский менеджмент: info@ibcnanotex.com
• Маркетинг / Реклама / PR / GR: marketing@ibcnanotex.com
• Контроль качества: quality@ibcnanotex.com
  Сайт: ibcnanotex.com

Реклама, ООО «Ай Би Си Нанотекс», Маркер: 2Ranynxkegs