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Traditionelle EO-Überwachung

Im Normalfall werden Ethylenoxidsterilisationsprozesse (EO-Sterilisationsprozesse) mit biologischen Indikatoren überwacht. Diese biologischen Indikatoren bestehen häufig aus einem 3,8 x 0,6 cm (1,5 x 0,25 Zoll) großen Papierträger, der mit dem Mikroorganismus Bacillus atrophaeus beimpft ist. Ein gutes Beispiel eines biologischen Indikators ist der Bakterienteststreifen Spordex® (STERIS).

Zur routinemäßigen Überwachung werden die biologischen Indikatoren je nach Sterilisationsprozess auf der Beladung der Sterilisationsanlage verteilt platziert. Nach dem Prozess werden die biologischen Indikatoren wieder entfernt und an ein Testlabor gesendet. Dort werden sie auf ein spezielles Nährmedium aufgebracht und unter idealen Wachstumsbedingungen 7 Tage lang (wie in USP1 angegeben) inkubiert. Nach Abschluss des 7-tägigen Inkubationszeitraums zeigt das negative Wachstum der biologischen Indikatoren, dass der Sterilisationsprozess effektiv war. Die sterilisierten Produkte können dann für den Markt freigegeben werden, wenn alle anderen Freigabekriterien erfüllt wurden.

Wenn diese traditionelle Form der Überwachung des EO-Sterilisationsprozesses mithilfe eines biologischen Indikators verwendet wird, setzen sich die Kosten aus zwei Teilbereichen zusammen. Auf der einen Seite entstehen Kosten durch die biologischen Indikatoren und die damit zusammenhängende Probenauswertung im Labor; auf der anderen Seite ist die Lagerung der Produkte im „Ist-Zustand“ bis zur Auswertung der Laborergebnisse (7 Tage) kostenintensiv.

Zusätzlich zu diesen Ausgaben besteht ein erhöhtes Risiko der Kontaminierung der biologischen Indikatoren im Kontrolllabor. In den meisten Fällen wird ein Versagen der biologischen Indikatoren, auch wenn es durch das Labor verursacht wurde, mit einem Versagen der Sterilisation gleichgesetzt. In diesem Fall müssen alle Materialien dieser Sterilisationsbeladung erneut sterilisiert werden. Dadurch entstehen höhere Kosten, sowohl durch das Überwachungssystem als auch durch die verlängerte Lagerungszeit.

Eine alternative Überwachungsmethode

Die Norm ANSI/AAMI/ISO 11135-1:2007 „Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge – Ethylenoxid – Teil 1: Anforderungen an die Entwicklung, Validierung und Lenkung der Anwendung eines Sterilisationsverfahrens für Medizinprodukte“ definiert die parametrische Freigabe wie folgt: „Erklärung der Sterilität eines Produkts auf Grundlage von Aufzeichnungen, die zeigen, dass sich die Verfahrensparameter innerhalb festgelegter Toleranzgrenzen bewegt haben.“

Einfach ausgedrückt bedeutet das, dass ein Produkt auf Basis von Verfahrensaufzeichnungen anstelle von herkömmlichen Sterilitätstests mit biologischen Indikatoren für den Markt freigegeben werden kann. Dies ist insofern von Vorteil, da die Kosten im Zusammenhang mit biologischen Indikatoren und Laborkontrollen wegfallen. Außerdem können mit der parametrischen Freigabe zusätzlich Kosten eingespart werden, wenn sich die Lagerungszeit nicht freigegebener Produkte verkürzt (unter der Voraussetzung, dass die Lagerungszeit zur Ausgasung von EO-Rückständen geringer ist als die biologische Inkubationszeit).

Leistungsqualifizierung des Prozesses (mikrobiologisch)

ANSI/AAMI/ISO 11135-1 bietet Optionen für die Verfahrensleistungsqualifizierung des EO-Sterilisationsprozesses in Anhang A und Anhang B der Norm (Hinweis: Zusätzliche Hilfe finden Sie in ISO 14161).

Anhang A mit dem Titel „Bestimmung der keimabtötenden Wirkung des Prozesses — Verfahren mit biologischen Indikatoren und der Keimbelastung“ skizziert eine Methode bei der die Widerstandsbestimmung für den biologischen Indikator gezeigt und mit der natürlichen Keimbelastung des Produkts verglichen wird.

Dies wird erreicht, indem ein vordefinierter Prozess mit stufenweisen Expositionszeiten durchgeführt wird und die Letalitätsrate (die Rate der Inaktivierung) bestimmt wird. Mithilfe dieser Rate und der Population und des relativen Widerstands der Keimbelastung kann eine Expositionszeit festgelegt werden, mit der der SAL-Wert (Sterility Assurance Level) vorhergesagt werden kann.

Anhang A skizziert zwei Möglichkeiten für die Datenanalyse.

  1. Direkte Auszählung: Die direkte Auszählung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Letalität des Sterilisationsprozesses durch Konstruktion einer Überlebenskurve mithilfe direkter Auszählung (physikalische Zählung durch Verdünnungsreihen) der überlebenden Organismen. Dazu sind mindestens fünf abgestufte Expositionszeiten erforderlich; alle anderen Parameter (außer der Zeit) bleiben dabei konstant. Die generierten Daten ermöglichen die Berechnung der Expositionszeit, die erforderlich ist, um eine Sterilität des biologischen Indikators zu erreichen.
  2. Negativfraktion: Für die Negativfraktion sind ebenfalls abgestufte Expositionszeiten erforderlich, um überlebende Organismen sicherzustellen, die Testmethoden nach dem Verfahren sind jedoch andere. Nach der Exposition werden die Proben durch direktes Eintauchen in das entsprechende Kulturmedium analysiert (positiv/negativ) – anstelle der physikalischen Auszählung, die in Methode A durchgeführt wird. Mithilfe der generierten Daten und der statistischen Modelle (Holcomb-Spearman und Kärber/Stumbo, Murphy und Cochran), die in der Norm genannt werden, kann der D-Wert berechnet werden. Mithilfe der D-Wert-Daten kann eine Expositionszeit bestimmt werden, die erforderlich ist, um den gewünschten SAL-Wert zu erreichen.

TechTeam-Diskussion

Früher war die Verfahrensentwicklung mit direkter Auszählung oder Negativfraktion (D-Wert-Bestimmung) erforderlich für die Validierung des parametrischen Freigabeverfahrens (ANSI/AAMI/ISO 11135:1994). Die Experten der Branche (ISO) waren der Ansicht, dass diese Validierungsmethoden ein besseres Verständnis der Letalität des ausgewählten Verfahrens lieferten. Aus diesem Grund wählten sie eine Voraussetzung für die parametrische Freigabe.

Leider sind die Anforderungen für stufenweise Expositionszeiten, durch die ein teilweises Überleben der biologischen Indikatoren möglich ist, sehr schwierig zu erfüllen und in vielen Fällen führt dies zu einer aufwendigen und kostenintensiven Verfahrensentwicklung/-validierung. Die Komplexität des Programms und die finanzielle Belastung haben dazu geführt, dass viele Kunden von der Option der parametrischen Freigabe absahen.

Nach vielen Diskussionen innerhalb der ISO-Gruppe wurde die Norm aus dem Jahr 2007 überarbeitet und eine Validierung des parametrischen Freigabeverfahrens mittels der Overkill-Methode war fortan zulässig. Die Overkill-Methode wird nun seit einigen Jahren eingesetzt und ist mittlerweile die am häufigsten eingesetzte Methode der Leistungsqualifizierung des EO-Prozesses in der Branche. In Anhang B werden die Methoden zur Validierung mit der Overkill-Methode näher erläutert.

Anhang B: „Konservative Bestimmung der keimabtötenden Wirkung des Prozesses — Keimabtötung über das übliche Maß hinaus („Overkill“).“

Die Overkill-Methode erfordert insgesamt drei aufeinanderfolgende Zyklen (1/2 EO-Expositionszeit), die zu einer vollständigen Inaktivierung der biologischen Indikatoren (mit Startpopulation von nicht weniger als 106) führt. Wenn die Inaktivierung des BIs mit der Population von 106 bei halber Expositionszeit gezeigt werden konnte, kann ein SAL-Wert von 106 sichergestellt werden, wenn die Expositionszeit für einen routinemäßigen Vollzyklus verdoppelt wird.

Zusätzlich zu den drei erfolgreichen Halbzyklen verlangt die Norm die Durchführung eines Zyklus von kurzer Dauer (Teilzyklus), aus dem überlebende Organismen gewonnen werden können, um die Eignung der Wiederfindungstechnik zu zeigen (Validierung). Außerdem wird während dieses Teilzyklus bewiesen, dass der Widerstand der Keimbelastung gleich oder geringer ist als der Widerstand des biologischen Indikators.

Leistungsqualifizierung des Prozesses (physikalisch)

Wie bereits in der Norm beschrieben, wird mit der physikalischen Leistungsqualifizierung Folgendes gezeigt:

  1. Reproduzierbarkeit des Prozesses; umfasst außerdem mindestens drei aufeinanderfolgende geplante Qualifizierungsläufe, in denen alle festgelegten Kriterien erfüllt werden;
  2. die festgelegten Annahmekriterien werden für die gesamte Beladung für die Dauer der angegebenen Routinespezifikation erfüllt.

Elemente der physikalischen LQ können während der mikrobiologischen LQ durchgeführt werden. Wenn a) gleichzeitig mit der mikrobiologischen LQ durchgeführt wird, dann muss mindestens ein zusätzlicher Qualifizierungslauf in Übereinstimmung mit dieser Anforderung durchgeführt werden.

Die physikalische LQ muss das Verfahren wie folgt bestätigen:

  1. Am Ende der festgelegten Vorkonditionierungszeit (sofern verwendet) liegen die Temperatur und die Feuchtigkeit der Sterilisationsbeladung innerhalb der festgelegten Grenzwerte;
  2. die angegebene maximale Zeit, die zwischen Abschluss der Vorkonditionierung (sofern verwendet) und dem Beginn des Sterilisationszyklus liegt, ist angemessen;
  3. Ethylenoxid in Gasform wurde in die Sterilisationskammer eingeleitet;
  4. der Druckanstieg und die Menge an verwendetem Ethylenoxid bzw. die Konzentration des Ethylenoxids in der Kammer der Sterilisationsanlage liegt im festgelegten Bereich;
  5. während des Sterilisationszyklus liegen Temperatur und Feuchtigkeit in der Kammer sowie, sofern zutreffend, andere Verfahrensparameter innerhalb der Grenzen, die in der Spezifikation des Sterilisationsprozesses dokumentiert wurden;
  6. die Temperatur der Produktbeladung während der Exposition liegt innerhalb der festgelegten Grenzen;
  7. während der Belüftung liegt die Temperatur der Sterilisationsbeladung innerhalb der festgelegten Grenzen.

Einrichtungen mit variierenden Beladungskonfigurationen müssen das Ausmaß bewerten, in dem diese Variation den Sterilisationsprozess beeinflussen kann. Es muss nachgewiesen werden, dass das mit dem Prozess sterilisierte Produkt das erforderliche Sterilitätsniveau erreicht.

Überprüfung und Genehmigung der Validierung

Nach Abschluss der Validierungsversuche muss ein Bericht generiert werden, in dem das bestimmte validierte Produkt, die definierten Beladungskonfigurationen und die dokumentierte Spezifikation für den Prozess beschrieben oder referenziert werden. Dieser Bericht beinhaltet den Wert und die Toleranzen für die folgenden Phasen:

Vorkonditionierung (sofern verwendet):

  • Zeit in Kammer/im Bereich, Temperatur und Feuchtigkeit der Kammer/des Bereichs;
  • zulässige Mindesttemperatur des Produkts für die Vorkonditionierung;
  • Temperatur und Feuchtigkeit der Sterilisationsbeladung;
  • maximale Zeit für den Transfer.

Konditionierung (sofern verwendet):

  • Anfängliches Vakuumniveau (Geschwindigkeit und Zeit);
  • Haltezeit unter Vakuum (Lecktest);
  • Zeit und Umgebungsbedingungen in Kammer;
  • Temperatur und Feuchtigkeit der Sterilisationsbeladung.

Ethylenoxideinleitung und -exposition:

  • Zeit für EO-Druckanstieg und finaler Druck;
  • Bestimmung der EO-Konzentration, unabhängig vom Druckanstieg mithilfe einer der folgenden Methoden:

    – verwendete EO-Masse;

    – verwendetes EO-Volumen;

    – direkte Messung der EO-Konzentration.

  • Temperatur in der Kammer der Sterilisationsanlage;
  • Expositionszeit;
  • Temperatur der Sterilisationsbeladung;
  • Nachweis über Aktivität des Rezirkulationssystems während der Exposition (sofern verwendet).

Belüftung (sofern verwendet):

  • Zeit und Temperatur;
  • Druckänderungen in der Kammer/im Raum (ggf.);
  • Änderungsgeschwindigkeit der Raumatmosphäre;
  • Temperatur der Sterilisationsbeladung.

Wenn die parametrische Freigabe verwendet wird, muss die Validierung Folgendes umfassen:

  1. Den Wert und die Toleranzen für die Feuchtigkeit in der Kammer durch direkte Messung während der Konditionierung;
  2. den Wert und die Toleranz der Ethylenoxidkonzentration, bestimmt durch die direkte Analyse der Atmosphäre in der Kammer in festgelegten Abständen, die ausreichen, um die erforderlichen Bedingungen während der Expositionszeit zu verifizieren.

Neuqualifizierungsanforderungen

Wenn die parametrische Freigabe verwendet wird, finden die folgenden Anforderungen Anwendung (im Vergleich zur biologischen Freigabevalidierung):

  1. Eine Neuqualifizierung muss mindestens einmal pro Jahr durchgeführt werden;
  2. die Neuqualifizierung muss die Bestätigung des festgelegten SAL-Werts mithilfe mikrobiologischer Studien umfassen.

Besondere Überlegungen bei der parametrischen Freigabe

Wenn ein Programm für die parametrische Freigabe entwickelt wird, werden besondere Anpassungen der Validierungsparameter vorgenommen, um sicherzustellen, dass das „Routineverfahren“ jedes Mal innerhalb der „akzeptablen Grenzen“ liegt, wenn eine Beladung routinemäßig sterilisiert wird. Dies wird erreicht, indem die Validierung zu „ungünstigen“ Bedingungen durchgeführt wird. So ergibt sich ein breites „Verarbeitungsfenster“ für den Routineprozess.

  1. Halbzyklen:

    Simulation von Winterbedingungen für alle Halbzyklen:

    Um sicherzustellen, dass die Vorkonditionierung (sofern verwendet) ungeachtet der klimatischen Bedingungen bzw. des Standorts der Anlage effektiv ist, werden die Produkte jeder Halbzyklusvalidierung vor Durchführung des Halbzyklus simulierten winterlichen Bedingungen ausgesetzt. Erfolgreiche biologische Ergebnisse unter diesen schlimmstmöglichen Bedingungen zeigen an, dass das Verfahren bei allen Bedingungen effektiv ist, ungeachtet der Jahreszeit oder des Standorts der Anlage.

    Relative Feuchtigkeit während der Konditionierung:

    Während jedes Halbzyklus wird der Einstellungspunkt für die Konditionierung unter dem nominalen (routinemäßigen) Wert festgelegt, um eine angemessene Verfahrensletalität im unteren Bereich der relativen Feuchtigkeit zu zeigen. Der Wert der relativen Feuchtigkeit des erfolgreichen Halbzyklus wird dann als das routinemäßige Minimum für das Ende der Konditionierung verwendet, was eine Voraussetzung für die parametrische Freigabe ist.

    Festlegen einer EO-Mindestkonzentration während der Exposition:

    Während jedes Halbzyklus wird der Einstellungspunkt für die Gaseinleitung für den nominalen (routinemäßigen) Wert auf unter 50 mg/l festgelegt. Die Mindestkonzentration des erfolgreichen Halbzyklus wird dann als der routinemäßige Mindestwert für die Exposition verwendet, was eine Voraussetzung für die parametrische Freigabe ist.

  2. Vollzyklen:

    Während jedes Vollzyklus (volle Beladung) wird der Einstellungspunkt für die Gaseinleitung für den nominalen (routinemäßigen) Wert auf über

    50 mg/l festgelegt. Die Maximalkonzentration des erfolgreichen Vollzyklus wird dann als der routinemäßige Maximalwert für die Exposition verwendet, was eine Voraussetzung für die parametrische Freigabe ist.

  3. Gemischte Beladung:

    Wenn Kunden der Sterilisationsanlage gemischte Beladungen übergeben, wird ein vierter Halbzyklus mit der minimalen Beladungskonfiguration bei minimaler Dichte empfohlen. Diese Beladung wird in einem biologisch kontrollierten Halbzyklus unter minimalen Zyklusbedingungen verarbeitet. Erfolgreiche biologische Ergebnisse unter dieser minimalen Beladung und unterstützt durch erfolgreiche Halbzyklen bei maximaler Beladung dienen der Validierung des Verfahrens bei jeder Beladung – von der minimal zulässigen Beladung bis zur maximal zulässigen Beladung.

Literaturangaben

  1. United States Pharmacopeia, 31st edition, 2008.
  2. ANSI/AAMI/ISO 11135-1:2007, Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge – Ethylenoxid – Teil 1: Anforderungen an die Entwicklung, Validierung und Lenkung der Anwendung eines Sterilisationsprozesses für Medizinprodukte.
  3. ANSI/AAMI/ISO 11135-2:2008, Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge – Ethylenoxid – Teil 2: Leitfaden zur Anwendung von ANSI/AAMI/ISO 11135-1.