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Procédé de stérilisation à l’oxyde d’éthylène

Il y a de nombreux avantages à la compréhension d’un procédé de stérilisation à l’oxyde d’éthylène (OE ou OEt) lors de l’examen des différentes options de stérilisation. Une connaissance du procédé peut éviter des tests de produits inutiles ou peut permettre d’identifier des changements de produits qui peuvent être nécessaires avant de tenter de stériliser avec l’OE. Les informations suivantes, bien que de nature générique, sont destinées à fournir des renseignements de base sur le procédé de stérilisation à l’oxyde d’éthylène.

Le procédé de stérilisation OE est employé par l’industrie de la santé pour stériliser les dispositifs médicaux depuis le début des années 1940 (Griffith et Hall, 1940, 1943)1. Bien qu’elle ne soit pas aussi bien contrôlée que les procédés d’aujourd’hui, la structure du procédé lui-même reste remarquablement similaire aux conceptions de procédé antérieures. On peut attribuer ces similitudes à la nature du gaz lui-même.

Simple mais efficace

Dans sa forme pure (100 pour cent), la vapeur d’oxyde d’éthylène est inflammable et explosive lorsqu’on la laisse se mélanger avec aussi peu que 3 pour cent d’air par volume2. Pour utiliser en toute sécurité le gaz comme stérilisant industriel, le procédé est conçu en utilisant les phases du cycle qui sont délivrées de telle manière qu’elles ne permettront jamais au procédé de se mettre dans une situation dangereuse. Le procédé peut être décrit dans une forme très simple de la manière suivante :

En utilisant une chambre étanche au vide, un vide initial est créé pour éliminer l’air et empêcher la formation d’un mélange dangereux quand l’OE est injecté. Lorsque le vide est absolu, de l’humidité, le plus souvent sous la forme de vapeur d’eau, est ajoutée dans la chambre pour remplacer l’humidité qui est perdue pendant la phase de vide initial.

L’étape suivante dans la séquence est l’introduction du gaz oxyde d’éthylène à une concentration prédéterminée. La concentration a été choisie pour assurer qu’un procédé de stérilisation adéquat est appliqué. Enfin, après avoir laissé le produit tremper dans l’OE pendant une période de temps contrôlée et prédéterminée, une série de lavages est effectuée pour débarrasser la chambre de l’OE. Un lavage consiste à créer un vide suivi d’une pressurisation avec un gaz inerte, qui est habituellement l’azote. Les processus de vide et de pressurisation sont répétés un nombre prédéterminé de fois jusqu’à ce que l’atmosphère dans la chambre soit inférieure à la limite d’inflammabilité de 3 % pour l’OE.

Un procédé OE simple en détail

1. Pré-conditionnement environnemental

La plupart des procédés de stérilisation OE d’aujourd’hui commencent par le conditionnement des produits destinés à être stérilisés à l’extérieur de la chambre de stérilisation. Le pré-conditionnement est généralement effectué dans une salle qui a été spécialement conçue pour chauffer et humidifier les produits à une température et à une teneur en humidité internes stables avant d’entrer dans la chambre. Cela permet d’assurer que le procédé de stérilisation est reproductible indépendamment des influences extérieures telles que des conditions climatiques variables.

Points à prendre en compte :
  • Soyez conscient de la nécessité de chauffer et d’humidifier le produit pendant 12 à 72 heures. L’intégrité de l’emballage et sa capacité à résister à des conditions de pré-conditionnement d’une température nominale de 118° F (47° C) et de 65 pour cent d’humidité relative doivent être prises en compte. L’accent doit être mis sur la solidité du carton ondulé et la stabilité au fil du temps dans l’environnement hostile.
  • Une fois le pré-conditionnement terminé, les produits sont placés dans une chambre chauffée qui a été conçue pour résister aux pressions extrêmes générées lors de l’application du procédé de stérilisation.

2. Évacuation initiale

Pour délivrer en toute sécurité le procédé 100 % à l’oxyde d’éthylène, au moins 97 pour cent de l’air doivent être éliminés de la chambre. Aujourd’hui, les deux méthodes les plus courantes permettant de remplir cette exigence sont (1) la création d’un vide poussé, ou (2) l’instauration d’une série de vides partiels, suivie d’une série d’injections d’azote. Cette combinaison, lorsqu’elle est effectuée en utilisant un nombre suffisant de répétitions, va purger (évacuer) l’air, permettant ainsi au procédé d’être exécuté en toute sécurité.

Points à prendre en compte :
  • Le taux de vide initial est prévu et contrôlé pour le produit et sa capacité à résister à des variations de pression. Le taux d’évacuation est choisi pour assurer que l’intégrité de l’emballage est maintenue en permettant à l’air emprisonné à l’intérieur de l’emballage de s’évacuer sans détruire l’intégrité du scellage. Ceci assurera que les propriétés de barrière stérile de l’emballage sont maintenues, protégeant ainsi en fin de compte la stérilité du produit une fois que le procédé est terminé.
  • La quantité de pression négative (vide) prévue dans le procédé est déterminée par la sensibilité à la pression du produit. Certains dispositifs et/ou composants ne sont pas conçus pour résister à des vides poussés et/ou des pressions élevées. S’ils sont soumis à des pressions extrêmes nécessaires pour fournir un vide poussé ou un procédé 100% à l’OE, cela entraînera l’éclatement de l’emballage et des produits endommagés.
  • Pour les produits sensibles à la pression, le cycle doux d’azote ou de vide peu poussé est utilisé pour le traitement. Pendant un cycle doux d’azote, un vide peu poussé initial est créé suivi d’une injection d’azote. La combinaison de vide et d’injection d’azote s’appelle un lavage à l’azote. Ce processus est répété plusieurs fois (plusieurs lavages à l’azote) pour assurer une évacuation adéquate de l’air du récipient.
  • Bien qu’il soit moins exigeant en ce qui concerne l’intégrité du scellage de l’emballage, le cycle doux d’azote est le moins souhaitable par rapport au procédé 100 % à l’OE. En effectuant les lavages supplémentaires, qui sont nécessaires pour des raisons de sécurité, un temps supplémentaire est ajouté à l’ensemble du procédé. Cela retarde la libération du produit et, lorsqu’on a recours à un service de stérilisation à façon, cela rajoute un coût supplémentaire qui est basé sur le temps de stérilisateur réel.

3. Humidification

L’inactivation totale des micro-organismes en utilisant de l’oxyde d’éthylène est obtenue lorsque les conditions de stérilisation sont réunies dans la chambre. Les quatre ingrédients actifs nécessaires pour appliquer un procédé réussi sont :

  • Chaleur
  • Humidité
  • Concentration de gaz
  • Temps

Lors de l’étape précédente de pré-conditionnement, de la chaleur et de l’humidité ont été ajoutées au produit à une condition prédéterminée ou stable. Lorsque la phase d’évacuation initiale du procédé est effectuée, le produit peut perdre une quantité importante d’humidité. Cette humidité doit être remplacée avant l’introduction de l’oxyde d’éthylène. Ceci est accompli par l’ajout d’humidité sous la forme d’injections de vapeur. La quantité de vapeur d’eau nécessaire est calculée pour donner une humidité relative prédéterminée3. Après l’addition de vapeur d’eau, le produit est laissé résider ou tremper pendant la quantité de temps nécessaire pour remplacer l’humidité perdue lors de la phase d’évacuation.

Points à prendre en compte :
  • La phase d’humidification du procédé peut soumettre le produit à des niveaux élevés d’humidité et de chaleur. Des précautions doivent être prises lors du choix de l’emballage afin d’assurer que la solidité du carton ondulé est suffisante pour résister au procédé.
  • Les niveaux d’humidité sont déterminés par les scientifiques chargés de la conception du procédé pour garantir une teneur en humidité suffisante dans le produit aux fins de stérilisation. Des précautions sont prises pour éviter la surchauffe lors de l’injection de vapeur. Il est extrêmement important d’identifier les limites de température avant la conception initiale du procédé. Si nécessaire, les scientifiques chargés de la conception du procédé peuvent ajuster les paramètres du cycle des procédés existants pour compenser la sensibilité du produit à la chaleur. Le coût de l’ajustement peut être du temps ajouté à l’ensemble du procédé.

4. Injections de gaz et temps de séjour du gaz

Après la phase d’humidification, de l’oxyde d’éthylène liquide est d’abord chauffé dans une phase gazeuse, puis injecté dans la chambre. La quantité de gaz ou la concentration de gaz3 dépend de deux principaux facteurs qui sont abordés au cours de la conception du cycle.

Le facteur le plus important est d’assurer que la concentration en gaz minimale requise pour obtenir la stérilité à l’intérieur du produit est atteinte. Cette concentration minimale doit être équilibrée par rapport au second facteur, qui est la quantité maximale de gaz qui peut être injectée avant que les difficultés surgissent en raison des niveaux élevés de résidus d’OE post-stérilisation.

Après injection du gaz, la phase d’exposition du procédé est effectuée. Il s’agit de la phase dans laquelle le produit est exposé à la chaleur, à l’humidité relative et au gaz pendant une période de temps prédéterminée. En règle générale, plus le produit est difficile à stériliser, plus long sera le temps d’exposition. La quantité de temps d’exposition est déterminée par les scientifiques chargés de la conception du procédé, après une analyse approfondie du produit, de la configuration de la charge et du niveau désiré de stérilité. Des expériences préliminaires en laboratoire peuvent être nécessaires avant l’exécution de la validation.

Points à prendre en compte :
  • Le temps consacré à la phase d’exposition du procédé est dicté par la capacité du gaz à pénétrer ou à s’infiltrer dans toutes les zones du produit qui doivent être stériles. Un examen attentif de la méthode de stérilisation lors de la conception du produit aboutira en fin de compte à un procédé de stérilisation optimisé, ce qui permettra de gagner du temps et de réduire les coûts de traitement.

5. Purge de gaz post-exposition et prélèvement interne d’air

Après la phase d’exposition du procédé, la totalité du gaz doit être évacuée hors de la chambre jusqu’à ce que les niveaux d’OE tombent en dessous de la limite d’inflammabilité du gaz (3 pour cent ou 30 000 ppm). Pour y parvenir, il suffit d’effectuer une série de post-vides, chacun étant suivi d’une recharge d’azote (lavage).

Une pression de fonctionnement maximale pour les lavages est sélectionnée par les scientifiques chargés de la conception du procédé pour garantir que les produits, qui peuvent avoir été ramollis au cours de la phase d’exposition du procédé, ne seront pas endommagés. Un nombre suffisant de lavages est effectué pour réduire les résidus de produits et faciliter la manipulation sans danger du produit après le traitement.

Points à prendre en compte :
  • Les lavages postérieurs à l’exposition sont très similaires aux lavages effectués lors de l’évacuation initiale pour les cycles doux d’azote et de vide peu poussé. Toutefois, dans le cas des procédés 100% à l’OE, la procédure est similaire mais des vides plus poussés sont utilisés.

6. Aération chauffée

Pour réduire la quantité de temps de séjour dans le récipient, les produits après la stérilisation sont généralement placés dans une salle chauffée pour une élimination supplémentaire des gaz résiduels. Les chambres sont maintenues à des températures élevées et les résidus dégazés sont continuellement retirés de la chambre et nettoyés. Les chambres d’aération aident à contenir tout OE en suspension dans l’air et à réduire en permanence les résidus au sein du produit. Après aération, la charge est déplacée vers l’entrepôt pour stockage jusqu’à la libération.

Points à prendre en compte :
  • Le temps d’aération et la chaleur supplémentaires accélèrent le processus de dégazage. La quantité de temps nécessaire pour nettoyer les produits dépend de la composition des matériaux du produit et de l’utilisation prévue du dispositif (contact avec le sang, contact avec une membrane muqueuse, usage topique, etc.). De nouvelles lignes directrices doivent être publiées par l’Association pour l’avancement de l’instrumentation médicale (AAMI) (Association for the Advancement of Medical Instrumentation), lesquelles fourniront des indications supplémentaires concernant la norme ISO 10993-74 actuellement en vigueur aux États-Unis et sur les marchés internationaux.

Références

  1. Griffith et Hall, L.A. 1940, Sterilization Process. Brevet US n° 2 189 947. Griffith et Hall, L.A. 1943, Sterilization Process, Brevet US n° re. 22 284
  2. 1984 Flammability Data on EO-N2-Air Mixtures at 1 Atmosphere, Danbury, CT, Union Carbide, 1984
  3. AAMI TIR N° 15 – 1997. Équipement de stérilisation à l’oxyde d’éthylène, considérations relatives au procédé, et calculs pertinents
  4. ISO 10993-7, Évaluation biologique des dispositifs médicaux – Partie 7 : Résidus de stérilisation à l’oxyde d’éthylène, Organisation internationale de normalisation, 2008