Sterilisations-Methoden Alternativen zu Gammastrahlen: Mikrobiologische Aspekte

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1 Für verlässliche Ergebnisse. Sterilisations-Methoden Alternativen zu Gammastrahlen: Mikrobiologische Aspekte Dr. Oliver Nufer Leitung Mikrobiologie Pharma UFAG Laboratorien AG Seite 1

2 Sterile Medizinprodukte Medizinprodukte Mikrobiologische Aspekte Mikrobiologische Risikoklassifikation von Medizinprodukten Mikrobiologische Kontaminationskontrolle Validierung des Sterilisationsprozesses Mikrobiologische Kontrollen in der Freigabe nach Sterilisation Endotoxine: Nachweis bakterieller Restbestandteile Seite 2

3 Mikrobiologische Klassifikation von Medizinprodukten Nach Richtlinie 93/42/EWG Anhang 1 «Grundlegende Anforderungen» müssen Medizinprodukte so ausgelegt und hergestellt sein, dass ihre Anwendung unter den vorgesehenen Bedingungen und zu den vorgesehenen Zwecken weder den klinischen Zustand und die Sicherheit des Patienten noch die Sicherheit und die Gesundheit der Anwender, gegebenfalls Dritter, gefährdet. Zur Risikobetrachtung nach ISO und werden folgende Fälle angeführt: Medizinprodukte ohne relevante mikrobiologisches Gefährdungspotential Keimarme Produkte Sterile Produkte Seite 3

4 Mikrobiologische Klassen der Medizinprodukten Produkte Klasse Ohne relevantes Gefährdungspotential Keimarme Sterile Beschrieb im Sinne der Grundlegenden Anforderungen Basierend auf Risikoanalyse und folgenden Risikomanagement geht keine mikrobiologische Gefährdung hervor. Niedere Keimbelastung und frei von unerwünschten Keimen, sodass keine unvertretbare, mit hohem Mass an Gesundheitsschutz und Sicherheit vereinbaren Infektionsrisiken ausgehen Frei von jeglichen lebensfähigen Mikroorganismen Seite 4

5 Ist absolute Sterilität erreichbar? Es ist mikrobiologisch nicht möglich zu beweisen, dass alle Keime durch einen Sterilitätsprozess inaktiviert worden sind Undetektiert wegen ungünstigen Bedingungen Undetektiert weil unbekannt Musterzug der Losgrösse Praxis: Evaluierung der Wahrscheinlichkeit, inwiefern eine einzelne Einheit nach dem Prozess NICHT steril ist (Sterility Assurance Level (SAL) Je besser der SAL Wert, desto effizienter der Sterilisations-Prozess Seite 5

6 Mikrobiologische Kontaminationskontrolle Ziel : Die mikrobiologische Belastung so niedrig wie möglich zu halten. Praxis und Training Raum-Infrastruktur Reinigung und Unterhalt Personal Hygiene Material- und Produktefluss Herstellung Prozess Umgebung Heiz-, Lüftungs- und Klimatechnik Produktionsanlagen Personenverkehrsfluss Lagerbedingungen Wasser Biofilm Sterilisation Aseptische Verpackung Transport und Lagerung Einflüsse aus benachbarter Umgebung Saisonale Effekte Prozesse und Umgebung sollen im Sinne der Guten Herstellungspraxis risikobasiert definiert, dokumentiert und kontrolliert werden. Seite 6

7 Validierung der Sterilisationsprozesse Übliche Elemente bei der Validierung eines Sterilisationsprozesses (ISO 14937): Entwicklung und Validierung eines Sterilisations-Zyklus Definition von biologischen und chemisch-physikalischen Kontrollen Studien mit unbeladener und beladener Behandlungskammer Ausarbeitung des Routinemonitoring Validierungs Life Cycle, Änderungskontrollen, u.u. Revalidierung Seite 7

8 Mikrobiologische Bestandteile in der Validierung Während der Entwicklung und Validierung eines Sterilisationsprozesses sind folgende mikrobiologische Aspekte zu betrachten: Prüfung und Charakterisierung der Produkte-Keimbelastung vor der Sterilisation (Bioburden) Auswahl eines geeigneten biologischen Indikators Resistenzleistungstests mit Bioindikator und Keimbelastung Produkte-Sterilitätsprüfung Seite 8

9 Mikrobiologische Validierung: Bioburden Prüfung und Charakterisierung der Produkte-Keimbelastung vor der Sterilisation (ISO ) Ist die Grundbelastung der Keime auf dem Produkt genügsam niedrig, um mit dem gewählten Verfahren erfolgreich zu sein? Bestimmung der Gesamtkeimzahl Wesen der Keime, Empfänglichkeit gegenüber dem Sterilisationsmittel Wiederfindung aus Produkt (Prüfung der Bakeriostatik und Fungistatik (B/F Test), Extraktionsverfahren, Bebrütungs-Bedingung) Seite 9

10 Mikrobiologische Validierung: Bioindikatoren I Auswahl eines geeigneten Bioindikators (BI) (ISO 14161) Ein Bioindikator enthält Lebendkeime in Lösung oder auf Träger mit einer definierten Resistenz gegenüber einem Sterilisationsverfahren Bacillus atrophaeus (Ethylene Oxid oder Trockenhitze) Bacillus pumilus (Bestrahlung) Geobacillus stearothermophilus (Dampf) Bacillus subtilis Zwingende Kennzahlen durch kommerzielle Hersteller: Keimidentität und -zahl in Lösung oder auf Träger D 10 Wert in Zeit oder Strahlendosis, um 90% der Population unter festgelegten Einwirkbedingungen zu inaktivieren Seite 10

11 Mikrobiologische Validierung: Bioindikatoren II Anforderung an geeigneten BI (ISO , USP <55>) Keimtyp muss für das vorgesehene Sterilisationverfahren validiert sein Resistenz gegenüber Sterilisationsmittel (Survival and Kill Test, D-Wert / z- Wert Bestimmung) Keim-Wiederfindung muss etabliert und validiert sein Population und Resistenz soll grösser sein, als jene der Keimbelastung Halbzyklus (6-Log Reduktion) und / oder fraktioniertes Verfahren Gesamtzyklus (12-Log Reduktion) Kombinierte Verwendung BI / Bioburden-Daten bei Prozessentwicklung Test zu ungünstigen Platzierungen (process challenge location, PCL) Seite 11

12 Mikrobiologische Validierung: Produkte Sterilität Wird bei der Validierung eines Sterilisationsprozesses durchgeführt (ISO , USP <71>) Bedingt einer geeigneten Infrastruktur (Kontaminationskontrolle) Falsch-positive Resultate vermeiden Bedingt einer Methoden-Eignungsprüfung (B/F Test) Falsch-negative Resultate ausschliessen Mögliche Verfahren Direktes Eintauchen und Spülen des Produktes in Nährmedium Elution möglicher Keime vom Produkt Kann auch an kritischen Anteilen des Produktes geschehen (Probenanteil, SIP) Seite 12

13 Bestanteile der mikrobiologischen Validierung Sterilisations Methode Strahlung ISO Ethylen Oxid ISO 11135, Dampf ISO 17666, 11134, 13683, Bioburden (inkl. B/F Test) Sublethale Dosis Behandlung Fraktionelle Zyklen mit BI Halb- und Gesamtzyklen mit BI und Bioburden Produkt Sterilitäts- Test (inkl. B/F Test) / / /- +/- + Eine Fallbetrachtung muss angebracht und die Validierung autorisiert werden Seite 13

14 Mikrobiologische Kontrollen bei der Freigabe Sterilisation Bioburden Nur bei bestätigt niedriger Keimbelastung auf dem nicht-sterilen Produkt kann eine Sterilisations-Effizienz über das validierte Verfahren garantiert werden Bioindikator Anwendung des BI Typs gemäss Validierung oder Alternative mit Nachweis gleichen Verhaltens (Anhang A in ISO 14161) Sinnvoll, wenn keine parametrische Freigabe möglich ist Seite 14

15 Biokompatibilitäts-Prüfung Bedeutet Produkt-Sterilität mikrobiologische Unbedenklichkeit? Gemäss ISO muss eine Biokompatibilitäts Prüfung durchgeführt werden, alsbald ein Medizinprodukt lange in Kontakt mit Gewebe oder Blut ist. Akute systemische Toxizität (Nebeneffekte) Pyrogenitäts-Tests sollen dabei mitberücksichtigt werden Pyrogenität beinhaltet die Eigenschaft einer Substanz, Fieber auszulösen. Z.B. Materialbestandteile des Medizinproduktes (herausgelöst) oder Bestandteile von Mikroorganismen (Endotoxine), auch wenn keine lebenden Keime nachgewiesen werden können (sterile Medizinalprodukte) Seite 15

16 Endotoxine Bakterielle Restbestandteile Hauptverantwortlich für Pyrogenität ist Lipopolysaccharid (LPS) ein Zellwandbestandteil von Gram-negativen Bakterien Sehr hitzestabil (resistent gegen Hitze-Sterilisation) Weniger relevant: Teichonsäure von Gram-positiven Bakterien, Bestandteile von Myxoviren und gewissen Pilzen Seite 16

17 Sind Tierversuche zwingend benötigt? Wenn die Risikoerwägung die Präsenz an nicht-bakteriellen Pyrogenen hervorbringt, sollte der in vivo Pyrogenitäts-Test gemacht werden. Sonst genügt ein in vitro Test zum Nachweis für bakterielles Endotoxin. Der Bakterielle Endotoxin in vitro Test beinhaltet: Festlegung eines Endotoxin Limit für das Medizinprodukt Etablierung eines Musterzuges (Sampling plan) Preparation der Testlösung (Produkt-Extrakt) nach Methoden USP <161>, ISO und/oder ISO (oft aus Pool von 3-10 Produkteinheiten) Endotoxin Nachweis im Extrakt (semi-quantitative oder quantitativ) Interferenz Prüfung (Hemmung oder Verstärkung) in Spüllösung alleine als auch im Produkt-Extrakt Seite 17

18 Nachweismethoden pyrogener Substanzen Pyrogenitäts-Test (z.b. nach Ph. Eur , USP <151>) In vivo Test, Tierversuch mit Kaninchen Hauptsächlich zum Nachweis von Materialinduzierten Reaktionen Oft ein einmaliger Test bei der Entwicklung eines Medizinproduktes, oder bei signifikanten Materialänderungen Bakterieller Endotoxin Test (BET mit Limulus-Amöbocyten-Lysat, LAL-Test) (nach Ph. Eur , USP <85>, FDA guidance, June 2012) beruht auf der Koagulation /Gerinnung von den im Blut des Pfeilschwanzkrebses (Limulus polyphemus) vorkommenden lysierten Amöbozyten. etwa 100-fach empfindlicher als der Kaninchentest spricht aber nur auf LPS an Monozyten-Aktivierungs-Test (MAT) (nach Ph. Eur ) in vitro-test auf Basis der menschlichen Fieberreaktion mit humanen Blutzellen (Monozyten). Vereinigt die Vorteile von Kaninchentest und LAL-Test ohne deren spezifische Nachteile. Erfasst nicht nur endotoxische Pyrogene, sondern auch Nicht-Endotoxin-Pyrogene Ergebnisse auf den Menschen direkt übertragbar sind im Gegensatz zu allen anderen Pyrogentesten 2012 von der FDA für die USA legitimiert. EndoLISA-Test (oder auch als Bakterieller Endotoxin TEST) verwendet ein Bakteriophagen-Protein, um LPS quantitativ zu binden. Nach Immobilisierung der Endotoxine an die Festphase und einem Waschschritt, wird der Endotoxin-Gehalt mittels des rekombinanten Faktors C und einem fluoreszierenden Substrat quantifiziert. Seite 18

19 Bakterieller Endotoxin Test (BET oder LAL-Test) Behördlich anerkannter Freigabe-Test für Medizinprodukte V.a. für Produkte mit Label non-pyrogenic, pyrogen-free Zur Evaluation der Reinigungsverfahren (Reduktion der Pyrogenität) Verschiedene Techniken möglich: Kinetisch-chromogen (quantitative Methode) Kinetisch-turbidimetrisch (quantitative Methode) Gel Clot (semi-quantitative Methode) Produkte-spezifische Methodeneignungsprüfung (Verifizierung, USP <1226>) ist gefordert: Drei Lots pro Medizinalprodukt (Reproduzierbarkeit des Herstellprozesses) 3-10 Teile pro Lot (Anfange, Mitte, Ende zur Demonstration der Lot Konsistenz) Leerextrakt, Spüllösung Interferenz-Test durch Zugabe eines Kontroll-Endotoxins (Positive Product Control, PPC) Seite 19

20 Endotoxin Limit für Medizinprodukte Für den in vitro Bakteriellen Endotoxin Test gibt die USP <161> das Limit im Sinne der FDA wieder Bezug zu Anwendung des Medizinproduktes und die Kontaktpunkte am Menschen Medizinprodukt Kontakt Direkt oder indirekt mit dem kardiovaskulären und lymphatischen System Direkt mit Zerebrospinalflüssigkeit (Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit) Direkt oder indirekt mit intraokkularem Gewebe Endotoxin Limit in Endotoxin Einheit (EU) pro Gerät <2.15 Seite 20

21 Zusammenfassung Medizinprodukte Die Sterilität eines Medizinalproduktes ist abhängig von: Mikrobieller Kontaminationskontrolle Solider Validierung des Sterilisationsprozesse chemisch-physikalische Kontrollen Kontrolle des Bioburdens Leistungs- und Resistenztests mit Bioindikatoren und / oder Bioburden-Keime Nachweis terminaler Sterilität Verlässlichen Kontrollen zur Freigabe parametrischer Kriterien vorgängige Bioburden-Prüfung allenfalls Biondikatoren benutzen Pyrogene Aktivität muss im Zuge der Biokompatibilitätsanforderung auch an sterilisierten Medizinalprodukten ausgeschlossen werden: in vivo Pyrogenitäts-Test in vitro Bakterieller Endotoxin-Test (LAL Test) Alternativ: in vitro Monozyten Aktivierungstest Seite 21

22 Kontakt Medizinprodukte Kundenservice Pharma, Kosmetik und Medizinprodukte UFAG Laboratorien AG Kornfeldstrasse 4 CH-6210 Sursee Tel Fax service@ufag-laboratorien.ch Unsere Öffnungszeiten: Mo-Fr: Uhr Uhr und Uhr Uhr Mikrobiologie Pharma, Kosmetik und Medizinprodukte Dr. Oliver Nufer Leiter Mikrobiologie Pharma oliver.nufer@ufag-laboratorien.ch Seite 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Seite 23