ЛЕКЦИЯ 3 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ МИКРОБНОЙ КОНТАМИНАЦИИ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Микроорганизмы обладают значительно большей толерантностью к действию физических и химических факторов окружающей среды по сравнению с растениями и животными. Вместе с тем каждый вид микроорганизмов имеет свои наследственно закрепленные интервалы влияния конкретных воздействий: оптимальные, подавления роста, гибели. Для оценки эффективности летального действия того или иного фактора используют показатель D10 - время выдержки при заданной температуре или доза радиации, при которой происходит снижение концентрации клеток в 10 раз, т.е. гибель 90% клеток в популяции. Действие повреждающих факторов может быть бактериостатическим или бактерицидным. • Бактериостатическое действие – это задержка роста и размножения бактерий, вызванная действием неблагоприятных химических или физических факторов. Прекращение действия фактора приводит к возобновлению роста и деления. • Бактерицидное действие – это действие, вызывающее гибель клеток. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Действие физических и химических факторов на микроорганизмы Физические факторы, влияющие на микроорганизмы I Температура Температура – важный фактор, влияющий на жизнедеятельность микроорганизмов. Для микроорганизмов различают минимальную, оптимальную и максимальную температуру. - Оптимальная– температура, при которой происходит наиболее интенсивное размножение микроорганизмов. - Минимальная – температура, ниже которой микроорганизмы не проявляют жизнедеятельности. - Максимальная – температура, выше которой наступает гибель микроорганизмов. По отношению к температурному фактору различают 3 группы микроорганизмов: • Психрофилы холодолюбивые микроорганизмы. Оптимальный температурный интервал – 10-15°С. Могут расти и при более низких температурах (до -10°С). Экология: - свободноживущие (в водах Арктики и Антарктики, в пещерах, на поверхности снега и ледников в горах) - пищевые продукты в условиях бытового холодильника -паразиты холоднокровных животных Представители: психрофильные варианты ерсиний, клебсиелл, псевдомонад. • Мезофиллы – группа микроорганизмов, температурные границы роста которых находится в пределах 20 - 45°С, с оптимумом 30 - 37°С. Экология: вода, почва, растения, животные. Представители: большинство бактерий (в т. ч. актиномицеты), дрожжей и мицелиальных грибов, микроводорослей. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве • Термофилы – теплолюбивые микроорганизмы, оптимум температурного роста которых находится в пределах 50 - 60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С, нижняя - 45°С. Экология: горячие источники, почва. Представители: архебактерии, некоторые виды рода Bacillus Не способны размножаться в живом организме – не имеют медицинского значения. оптимальной Благоприятное действие температуры используется при выращивании микроорганизмов для различных целей. Тормозящее действие низких температур используется при хранении культур микроорганизмов в условиях холодильника. Механизм действия низких температур – затормаживание в клетке процессов метаболизма и переход в состояние анабиоза. высокой Губительное действие температуры (выше максимальной) используется при стерилизации. Механизм действия высоких температур – денатурация белка (ферментов), повреждение рибосом, нарушение осмотического барьера. Наиболее чувствительны к действию высокой температуры психрофилы и мезофилы. Чувствительность микроорганизмов одного вида к высокой температуре зависит от нескольких причин: • Штаммовые различия; • Фазовое состояние клетки, связанное с активностью метаболических процессов; • Агрегатное состояние клеток: скопления (конгломераты) более устойчивы к действию высоких температур, чем отдельные клетки; • Вид термической обработки: при одинаковой температуре сухой нагрев менее эффективен, чем влажный; • Состав среды термообработки: многие органические и неорганические вещества обладают защитным действием в отношении клеток микроорганизмов (хлорид натрия, соли магния, жиры, ПАВ и др.); • Значение рН среды автоклавирования. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве II Влажность Вода – основа протекания всех жизненноважных реакций и необходима для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Снижение влажности среды приводит к переходу клеток в состояние покоя, а затем и к гибели. Механизм губительного действия высушивания: обезвоживание цитоплазмы и денатурация белков. Более устойчивы к высушиванию споры бактерий, цисты простейших, капсульные формы бактерии. Использование высушивания: При заготовке лекарственного растительного сырья. Лиофилизация культур микроорганизмов (высушивание из замороженного состояния под вакуумом): используют для сохранения культур в производстве препаратов из живых микроорганизмов - пробиотиков, фагов, живых вакцин. III Реакция среды • • • Для большинства бактерий оптимальными для роста и размножения являются среды с нейтральным значением рН (6,5 – 7,0) - нейтрофилы. Для грибов – слабо кислые: рН 5,0 – 6,0. У некоторых видов бактерий оптимум рН для роста находится в кислой (рН 4,0 и ниже) или щелочной (рН от 9,0 и выше) области. Такие бактерии называются ацидофильными и алкалофильными (кислотолюбивыми или щелочелюбивыми, соответственно). Механизм повреждающего действия рН - денатурация ферментов гидроксильными ионами, нарушение осмотического барьера клеточных мембран. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве IV Излучение Типы излучения: • Неионизирующее: (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи солнечного света); • Ионизирующее излучение (γ-лучи и ускоренные электроны). Неионизирующее излучение - инфракрасное излучение (750 – 10 000 нм): большая длина волны и незначительная энергия. Оказывают, в основном, тепловое воздействие. - ультрафиолетовое излучение (10 – 400 нм): относительно небольшая длина волны, более высокая энергия. Наиболее эффективны лучи с длиной волны 250 – 260 нм. Механизм действия УФ-облучения: • Прямое действие: образование димеров пиримидиновых оснований ДНК (Т и Ц), что ведет к прекращению репликации и последующей гибели клетки. • Опосредованное действие: образование озона, перекиси водорода и др. бактерицидных веществ в обрабатываемом субстрате. Применение УФ-лучей: для обеззараживания воздуха в производственных помещениях, микробиологических боксах, воды, отходов производства. Ионизирующее излучение : γ-излучение и ускоренные электроны. Обладают мощным проникающим действием Механизм действия ионизирующего излучения: • Прямое действие: непосредственное повреждение клеточного генома за счет ионизации, что сопровождается развитием мутаций или гибелью клетки. • Опосредованное действие: за счет действия свободных радикалов, возникающих в результате ионизации, создаваемой излучением в жидких средах клеток. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и к мутагенезу. Источник γ-излучения – радиоактивные элементы Со60, Сs137 Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Стерилизующая доза как правило составляет 25-35 кГр (2,5 – 3,5 Мрад). • Наиболее чувствительные организмы: вегетативные клетки, клетки грамбактерий. • Наиболее устойчивые организмы: грибы и дрожжи, бактериальные споры, вирусы. Известен микроорганизм Micrococcus radiodurans, приспособившийся к жизни в реакторах атомных электростанций. Химические факторы (с неспецифической антимикробной активностью), влияющие на микроорганизмы Механизм повреждающего действия: - денатурация белков (фенолы, крезолы); - инактивация ферментов (окислители); - изменение осмотических свойств клетки (поверхностно-активные вещества - ПАВ); - комплексное действие: алкилируют амино-, гидроксил-, карбоксил-группы, реагируют с тио-, дисульфидными группами Чувствительность микроорганизмов к действию химических факторов зависит от принадлежности к виду и штамму. Штаммовые отличия в чувствительности могут быть: - генотипическими (обусловлены наличием плазмид, транспозонов, обеспечивающих резистентность); - фенотипическими (связаны с составом среды, рН, температурой, концентрацией клеток и т.д.). Факторы, влияющие на эффективность действия химических веществ на микробные клетки: • Концентрация химического вещества. • Время контакта микроорганизма с веществом. • Температура: при повышении температуры как правило повышается эффективность действия химического вещества • Наличие в среде двухвалентных катионов (Са, Мg): присутствуют в жесткой воде, взаимодействуют с клеточной поверхностью и блокируют сайты связывания с биоцидным веществом. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Асептика комплекс профилактических мероприятий, направленных на предупреждение попадания микроорганизмов на (в) какой-либо объект (микробиологический бокс, производственное помещение, препарат). Асептика включает: а) стерилизацию инструментов, материалов, сред, приборов, оборудования и др.; б) обработку рук персонала; в) соблюдение особых правил и приемов работы при проведении технологических и аналитических операций; г) дезинфекцию помещений. Антисептика - комплекс лечебнопрофилактических мероприятий с применением химических веществ (антисептиков), направленных на уничтожение микробов, находящихся в контакте с макроорганизмом (на кожных покровах, в ране, патологическом очаге или организме в целом). Стерилизация - процесс полного уничтожения или удаления из объекта всех жизнеспособных форм микроорганизмов. Инактивация микроорганизмов физическими и химическими методами подчиняется экспоненциальному закону. Следовательно, всегда существует статистическая вероятность того, что микроорганизм может выжить в процессе стерилизации. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Вероятность выживания определяется: • количеством присутствующих микроорганизмов (бионагрузкой), их типом и сопротивляемостью; • составом среды, в которой находятся микроорганизмы. Уровень гарантии стерильности – SAL (Sterility Assurance Level) SAL процесса стерилизации – степень гарантии того, что процесс обеспечивает стерильность продукции. SAL конкретного процесса выражается как вероятность наличия нестерильного продукта в данной группе продукции (серии). Например: SAL = 10-6 означает вероятность наличия не более 1 жизнеспособного микроорганизма или 1 единицы нестерильной продукции в 106 простерилизованных единиц продукции (т.е., вероятность нестерильности объекта составляет -6 10 ). SAL процесса стерилизации устанавливается для каждого конкретного продукта в ходе процесса валидации. Критерии выбора метода стерилизации: • Устойчивость объекта стерилизации к стерилизующему воздействию: после стерилизации не допускается снижение активности препарата более, чем на 1-2% по сравнению с исходным уровнем; • Эффективность воздействия на различные микроорганизмы или эффективность их удаления из объекта стерилизации; • Максимальная гарантия безопасности выбранного метода стерилизации для работающего персонала и населения прилегающих к предприятию районов (особенно важно при использовании установок радиационной стерилизации); • Наличие соответствующего технологического оборудования (автоклавы, сухожаровые шкафы, газовые стерилизаторы и др.); • Экономическая эффективность выбранного метода стерилизации Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве 2 группы методов стерилизации, используемых в фармацевтической промышленности 1-я группа: методы, основанные на уничтожении микроорганизмов (термическая, химическая, лучевая стерилизация) ; 2-я группа: основанные на удалении микроорганизмов (мембранная фильтрация жидкостей). Методы, основанные на уничтожении микроорганизмов Термическая стерилизация • Объекты: оборудование, коммуникации, арматура, питательные среды, лабораторная посуда, готовые лекарственные средства (в форме растворов для инъекций и инфузий), первичная упаковка (ампулы, флаконы), установки для стерилизующего фильтрования, технологическая и лабораторная одежда. • Принцип действия – воздействие высоких температур. • Теплоносители: водяной пар под давлением, текучий пар, сухой горячий воздух. Виды термической стерилизации: • Стерилизация в пламени (прожигание, фламбирование). Простой и надежный метод, однако имеет ограниченное применение: стерилизация шпателей, микробиологических петель, поверхности стола в микробиологическом боксе. • Сухожаровая стерилизация: стерилизация сухим горячим стерильным, очищенным от механических частиц воздухом в специальных сухожаровых шкафах, оснащенных устройством для принудительной циркуляции воздуха. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Принцип действия: пиролизтермическое разложение органических и многих неорганических соединений. Объекты: лабораторная посуда и другие изделия из стекла (первичная упаковка – ампулы, флаконы), металлические инструменты, то есть объекты, которые не теряют своих качеств при высокой температуре. Режим стерилизации: - стандартный: 160 - 180°С в течение 2 ч. - выше 220°С (30 - 40 мин.): стерилизация и депирогенизация. Контроль стерилизации: датчики температуры, помещенные в контрольный контейнер. Дополнительные термоэлементы помещают в критические области камеры с наименьшей температурой (устанавливают заранее). • Паровая стерилизация (автоклавирование): стерилизация нагретым водяным паром под давлением, который подается в автоклав или в рубашку стерилизатора (ферментатора). Принцип действия: гидролиз денатурация нуклеиновых кислот, белков. Объекты: готовые лекарственные средства в форме водных растворов в укупоренной первичной упаковке, питательные среды, растворы реактивов. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Режим стерилизации: - стандартный: 121°С в течение 15 мин., - установки для стерилизующего фильтрования - 121°С в течение 45 мин., - технологическая одежда - 121°С в течение 40-60 мин. - прочие режимы: допускаются, если предварительно доказано, что выбранный режим обеспечивает необходимый и воспроизводимый уровень летальности микроорганизмов в рамках установленных допусков. Контроль стерилизации: датчики температуры, помещенные в контрольный контейнер. Дополнительные термоэлементы помещают в критические области камеры с наименьшей температурой (устанавливают заранее). • Стерилизация текучим паром: Режим стерилизации: 100°С в течение 30 мин. Обрабатывают предметы, портящиеся от сухого жара, и некоторые питательные среды, не выдерживающие более высокой температуры (среды с углеводами, молоко). Химическая стерилизация – стерилизация газами и химическими веществами •Стерилизация газами: Основные действующие вещества: окись этилена, смесь окиси этилена с бромистым метилом. Объекты стерилизации: термолабильные изделия из резины, полимерных материалов (тюбик-капельницы для глазных капель) и др. Оборудование: герметично закрывающийся аппарат типа автоклава, к которому присоединен баллон с газом. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Способы дегазации: - активная: продувание стерильной продукции стерильным воздухом - пассивная: выдерживание в вентилируемом помещении в течение длительного (до 20 суток) Оптимальный режим стерилизации (для промежутка времени. • Стерилизация химическими окиси этилена): веществами: имеет ограниченное - стерилизующая доза – 1200 мг/дм3 применение. - температура – не менее 18°С Объекты: датчики контрольно- относительная влажность – 80% измерительных приборов, аппараты - время выдержки – 16 ч. Недостаток метода: высокая токсичность для диализа окиси этилена и его смесей для персонала Агенты: 6% раствор перекиси и их способность взаимодействовать с водорода, формальдегид. материалом стерилизуемого объекта. Требование: проведение дегазации после процесса стерилизации. Стерилизуемые объекты упаковываются в пакеты из полиэтиленовой пленки толщиной 0,06 – 0,2 мм или пергамента. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Лучевая стерилизация •Радиационная стерилизация (стерилизация γ-лучами). Оборудование для стерилизации специальные камеры проходного типа Режим стерилизации: доза 25 – 30 кГр, 2 раза по 5 мин. Объекты стерилизации: полимерные контейнеры для инфузионных препаратов, чашки Петри из полимерных материалов, некоторые виды сырья (растительное сырье). Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Методы, основанные на удалении микроорганизмов Мембранная фильтрация жидкостей Объекты: термолабильные парентеральные ЛС, растворы дезинфицирующих веществ. Характеристика стерилизующего фильтра: размер пор – 0,22 мкм (способны задерживать самые мелкие бактерии). Материал: эфир целлюлозы, полиамид, нейлон, лавсановая пленка, поливинилиденфторид (ПВДФ). Требования к проведению процесса: пригодность стерилизующих фильтров должна быть доказана предварительно путем микробиологических испытаний с использование подходящего микроорганизма; - Асептические условия производства, микробиологический мониторинг производственного процесса и условий; - проверка целостности собранного фильтра перед использованием и после использования путем соответствующих испытаний; - проведение предварительной фильтрации через мембраны с порами 5 мкм и 0,45 мкм для удаления крупных частиц; ‐ максимальное сокращение времени фильтрации от ее начала до получения стерильного раствора с целью предотвращения неконтролируемого размножения микроорганизмов на фильтре и возникновения пирогенности раствора. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Новые методы стерилизации • Высокоинтенсивная световая стерилизация: основана на использовании генератора коротких вспышек световых волн широкого спектра от ксеноновой лампы. Интенсивность таких волн в 100000 раз превышает интенсивность лучей солнечного спектра. Объекты: вода, растворы глюкозы, натрия хлорида, помещенные в контейнеры из материалов, пропускающих УФ-лучи • Низкотемпературная плазма: Плазма – частично или полностью ионизированный газ или пар, состоящий из нейтральных атомов (молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Положительно и отрицательно заряженные частицы в нем находятся в равновесии. Наибольшей антимикробной активностью обладает плазма из хлора, перекиси водорода, глутарового альдегида. Объекты: то же, что и для стерилизации газами (изделия, но не лекарственные вещества и средства). Контроль эффективности работы стерилизующих устройств Методы контроля: • Технические; • Химические; • Биологические. Технические методы контроля работы стерилизующих устройств Периодическая проверка уполномоченными службами показаний манометров, термометров, термопар, дозиметрических устройств и т.п. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Химические методы контроля Химические индикаторы Принцип: изменение агрегатного состояния индикаторного вещества (например, c учетом температуры плавления) или цвета индикаторной краски при действии определенных параметров стерилизации Примеры химических индикаторов: 1. Запаянные ампулы с химическим веществом в виде порошка, предварительно смешанным с красителем. При стерилизации ампулу помещают в стерилизационную камеру. При достижении определенной температуры порошок плавится, образуя равномерно окрашенный расплав. Наименование вещества Температура плавления (°С) Бензонафтол 110 Резорцин 118 Бензойная кислота 121 2. Бумажный индикатор с нанесенной полоской, кругом или секторами определенного цвета. Рядом нанесен эталонный цвет, который должен быть достигнут при соблюдении режима стерилизации. Типы химических индикаторов: - реагируют на температуру и время стерилизации; - реагируют на воздействие окиси этилена - реагируют на определенную дозу ионизирующего излучения Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Биологически методы контроля Биологические индикаторы – стандартизованные препараты определенных микроорганизмов, используемые для оценки эффективности процедуры стерилизации биологическим методом, основанным на гибели спор тестовой культуры. Состав: популяция спор бактерий, нанесенных на подходящий инертный носитель. Инокулированный носитель изолируют таким образом, чтобы предотвратить его повреждение или загрязнение, но в то же время обеспечить контакт стерилизующего агента с микроорганизмами. Например: пластиковый пенал, закрытый крышечкой с бактериальным фильтром. Внутри пенала находится тестовая полоска со спорами (100 000 КОЕ) и герметичная стеклянная ампула с питательной средой и чувствительным красителем (бромкрезоловый пурпурный). На этикетке дополнительно нанесен химический индикатор, который меняет цвет после стерилизационного цикла. Принцип действия: - индикатор помещают во флаконы (ампулы) того же объема, что и флаконы из стерилизуемой партии ЛС, укупоривают пробками и обкатывают колпачками или помещают в определенные (критичные) места автоклава; Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве - после окончания стерилизации надавливают пальцами на пенал и разбивают ампулу со средой и красителем. Происходит контакт между носителем со спорами микроорганизма и питательной средой. Контроль – пенал с раздавленной ампулой, не прошедший стерилизацию. - контрольный и опытный пеналы помещают в термостат или инкубатор. Учет результатов проводят визуально в течение 48 ч; - в случае эффективной стерилизации происходит гибель спор, отсутствует рост микроорганизма в питательной среде по истечении времени инкубирования, о чем свидетельствует отсутствие изменения цвета индикатора. В контрольном пенале рост присутствует – изменение цвета индикатора. Действие биологических индикаторов уникально тем, что они не просто определяют соблюдение параметров стерилизационного цикла, а подтверждают реальный факт гибели контаминирующей микрофлоры на стерилизуемых изделиях. Маркировка биологических индикаторов: • Название вида бактерий, номера штамма; • Количество жизнеспособных спор, приходящееся на носитель • Величина D10 • Информация о питательной среде и условиях инкубирования. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Требования к тест-штаммам, используемым для изготовления биологических индикаторов: • сопротивляемость тест-штамма должна быть более высокой по сравнению с сопротивляемостью микроорганизмов, потенциально контаминирующих продукт; • тест-штамм не должен быть патогенным; • тест-штамм должен легко культивироваться. Примеры биологических индикаторов: • Индикаторы для паровой стерилизации: - рекомендуемые споры микроорганизмов: споры Geobacillus stearothermophilus (фармакопейные штаммы). • Индикаторы для сухожаровой стерилизации: - рекомендуемые споры микроорганизмов: споры Bacillus licheniformis (фармакопейные штаммы). •Индикаторы для радиационной стерилизации: - рекомендуемые споры микроорганизмов: споры Bacillus pumilus (фармакопейные штаммы). Недостаток использования биологических индикаторов по сравнению с химическими: ретроспективность ответа. Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Общие требования к организации контроля работы стерилизующих устройств • Контроль должен осуществляться постоянно; • Средства контроля должны устанавливаться в наименее благоприятных для стерилизующего действия местах (наихудший случай); • Строгое соблюдение мер предосторожности с целью предотвращения попадания индикаторных микроорганизмов в сферу производства Промышленная дезинфекция – комплекс мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов (патогенных и сапрофитных) на (в) объектах внешней среды с помощью механических, физических и химических средств и воздействий. Цель промышленной дезинфекции в фармпроизводстве: достижение необходимого уровня микробной чистоты помещений (при создании помещений определенных классов чистоты), оборудования и, как следствие, готового продукта. Объекты промышленной дезинфекции: • Воздух производственных помещений; • Поверхности помещений, оборудования, коммуникаций; • Кожные покровы персонала (промышленная антисептика). Лекция 3. Мероприятия по предупреждению микробной контаминации в фармацевтическом производстве Виды промышленной дезинфекции: • Механическая дезинфекция: микроорганизмы только удаляют с объекта, а не уничтожают (влажная уборка, стирка спецодежды, проветривание); • Физическая дезинфекция: УФобработка с использованием бактерицидных ламп с длиной волны 253,7 нм. Срок службы лампы – 1500 – 2000 ч. К концу срока мощность и, следовательно, эффективность воздействия на микроорганизмы снижается на 50 % от исходного уровня. Типы бактерицидных ламп: лампы прямого действия: неэкранированные, используют только в отсутствие персонала; лампы рассеянного действия: экранированные, можно применять в процессе работы. Размещают на высоте не менее 2 м от уровня пола. Гибель микроорганизмов происходит в верхних слоях воздуха, нижние слои обеззараживаются за счет конвекции. Ограничение использования УФ-ламп: - токсическое действие на персонал выделяющегося озона (О3) и оксида азота (NО) -неблагоприятное действие на сетчатку глаз. Объекты: воздух помещений, микробиологических боксов. • Химическая дезинфекция: обработка объектов химическими веществамидезинфектантами путем протирания, погружения, орошения