Sterile, sterilizzazione e sterilità: il linguaggio per mantenere le cose prive di contaminazioni

John Batts – Senior Technical Trainer, Masterflex Bioprocessing

Quando si tratta di produzione biofarmaceutica, un aspetto di primaria importanza è di mantenere il percorso del fluido privo di contaminazione da microrganismi. È molto comune sentire termini come sterile, sterilizzazione e sterilità. Ma cosa significano questi termini e come possono aiutarci a capire meglio come raggiungere l’obiettivo di eliminare il rischio di contaminazione con i prodotti che si producono?

Diamo un’occhiata alle definizioni ufficiali di questi termini e poi approfondiamo il loro significato per aiutarci a distinguerli l’uno dall’altro.

• Il primo termine è sterile. Un prodotto è considerato sterile quando è “privo di microrganismi vitali (vivi)”.
• Il secondo termine è sterilizzazione. La sterilizzazione è “un processo convalidato mediante il quale un articolo, una superficie o un terreno viene liberato da tutti i microrganismi viventi, sia allo stato vegetativo che a quello di spore”.
• Il terzo termine è sterilità. La sterilità e “lo stato di essere privi di microrganismi vitali”.

Ovviamente questi tre termini sono collegati tra loro, ma analizziamoli un po’ più da vicino.

Sterile

Essere sterile è un termine assoluto, uno stato ideale quasi impossibile da raggiungere. I microrganismi, come virus, funghi e batteri, abbondano nel nostro mondo e di solito vivono inosservati sulla maggior parte delle superfici. Si trovano sulle ciglia, sulle cellule della pelle, sulle particelle di polvere, per non parlare delle superfici comuni, come gli indumenti e gli imballaggi di cartone e plastica. Nella maggior parte dei casi, la presenza di questi microrganismi non ha un impatto evidente sulla nostra vita quotidiana, anzi, in molti casi la loro presenza è benefica.

A volte, tuttavia, la presenza di microrganismi può essere dannosa. Ciò è particolarmente vero nella ricerca e nella produzione biofarmaceutica, dove gli scienziati lavorano spesso con ceppi specifici di materiale biologico che sono stati progettati per produrre alcuni prodotti bioterapeutici. In questi casi, la presenza di materiale biologico estraneo derivante da microrganismi potrebbe compromettere l’efficacia e la sicurezza del prodotto finale.

Sterilizzazione

Per rimuovere questi microorganismi, spesso si impiega la tecnica di sterilizzazione. Molte persone si orientano verso la sterilizzazione in autoclave come metodo preferito. Tuttavia, pur essendo una tecnica collaudata, la sterilizzazione in autoclave presenta numerose limitazioni che ne rendono difficile l’impiego in ambienti di produzione su larga scala. Per la maggior parte delle aziende biofarmaceutiche è consuetudine impiegare una delle numerose altre tecniche di sterilizzazione, ciascuna con i propri vantaggi e limiti.

Una tecnica di sterilizzazione comune è l’uso dell’ossido di etilene (EO o EtO). L’ossido di etilene è un gas penetrante che può migrare bene sulle superfici dei prodotti, anche in presenza di grandi lotti. Inoltre, l’EO è chimicamente compatibile con la maggior parte delle superfici, ma può lasciare residui sulla superficie dei prodotti sottoposti a sterilizzazione. È pericoloso lavorare con l’EO, essendo infiammabile ed esplosivo. A causa della sua sensibilità alla temperatura e all’umidità relativa, è un processo complessivamente complesso che può richiedere giorni per raggiungere la massima efficacia.

A causa delle sfide poste dall’EO, è stata prestata maggiore attenzione ai metodi di sterilizzazione basati sulle radiazioni. Queste metodologie alternative offrono diversi vantaggi, tra cui una configurazione meno complessa, tempi di esecuzione più brevi e la possibilità di lavorare con imballaggi non permeabili (che consentono di sterilizzare i prodotti finiti nella loro confezione finale in modo più efficace). Uno di questi metodi è noto come Electron-Beam (o E-Beam). Con la tecnologia E-Beam, il prodotto finito viene esposto a un flusso concentrato e altamente carico di elettroni generato da un acceleratore. Questo flusso di elettroni altera i legami chimici e danneggia il DNA di eventuali microrganismi presenti, distruggendo la loro capacità di riprodursi. Sebbene la tecnologia E-Beam sia molto efficace, ha dei limiti, tra cui le dimensioni dei batch che possono essere lavorati e non è adatta a prodotti con geometrie complesse o che sono composti da materiali ad alta densità.

Per superare le limitazioni della tecnologia E-Beam, una delle tecniche di sterilizzazione più accettate e utilizzate è nota come irradiazione gamma. L’irradiazione gamma è una forma penetrante di radiazione elettromagnetica. Come l’E-Beam, con l’irradiazione gamma il risultato è il danneggiamento del DNA e delle strutture cellulari dei contaminanti. A seconda del livello di esposizione alle radiazioni, può verificarsi anche la morte dei microrganismi contaminanti. Grazie al tipo di energia prodotta, l’irradiazione gamma può essere utilizzata per penetrare completamente anche in prodotti molto densi, rendendola efficace per l’uso con batch di prodotti di grandi dimensioni. Altri vantaggi sono quelli di non dipendere da prodotti chimici specifici o dal calore e di non essere ostacolata dalla geometria del prodotto. Esistono anche delle limitazioni: le principali sono che la sorgente di radiazioni deve essere periodicamente rifornita e riconvalidata e che le radiazioni producono cambiamenti indesiderati in molti prodotti medicinali. Per questo motivo, l’irradiazione gamma è più tipicamente utilizzata con prodotti fisici, come gruppi di tubi, raccordi, ecc.

Come già detto, l’obiettivo di queste tecniche di sterilizzazione è quello di aiutare un prodotto finito a raggiungere la completa sterilità e ad essere etichettato come sterile. Tuttavia, è funzionalmente impossibile garantire che il 100% di tutti i microrganismi contaminanti sia completamente eliminato attraverso il processo di sterilizzazione. Pertanto, piuttosto che riferirsi a qualcosa che raggiunge la completa sterilità, il grado di sterilità viene espresso in termini di Sterility Assurance Level (Livello di garanzia di sterilità).

Sterility Assurance Level (SAL)

Il Sterility Assurance Level (Livello di garanzia di sterilità), o SAL, è la probabilità che un singolo microrganismo vitale si trovi su un articolo dopo la sterilizzazione. Nel mercato dei dispositivi medici, l’obiettivo di SAL è 10-6, che indica una probabilità su 1.000.000 di sopravvivenza di un organismo al termine del processo di sterilizzazione. Anche se non è completamente sterile, con un SAL di 10-6 non c’è praticamente alcun rischio di contaminazione sul prodotto finito, e quindi non c’è nemmeno il rischio di danni alle persone che potrebbero incontrare il prodotto finito.

Assicurare che i prodotti siano privi di contaminazione può essere un processo complesso. Poiché non esiste una soluzione “unica”, esistono numerose ed efficaci tecniche di sterilizzazione da applicare ai prodotti finiti per garantire il raggiungimento del livello di sterilità desiderato, assicurando così la sicurezza di coloro che utilizzano e beneficiano del prodotto finito.

Autore:John Batts – Senior Technical Trainer, Masterflex Bioprocessing