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浅谈辐射灭菌剂量与设定方法

2019-11-11 分类:原创文章 作者: 来源:CIMI 浏览:
作者:广州市药品检验所 陈伟盛
编辑:北京中仑工业微生物研究院
版权:原创文章,独家版权



 
  前言
 
  辐射灭菌系指将物品置于适宜放射源辐射的γ射线或适宜的电子加速器发生的电子束中进行电离辐射而达到杀灭微生物的方法,是一种最终灭菌手段,目前被广泛应用于医疗器械与药品的灭菌。辐射灭菌收载于《中国药典》2015年版四部通则<1421>中,其中灭菌剂量是辐射灭菌的关键参数之一,但是在《中国药典》<1421>中并没有收载关于灭菌剂量的设定方法,然而在USP中有收载辐射灭菌剂量设定的相关标准
 
  关于灭菌剂量的标准,国际中使用最为广泛的是ISO11137-2,国内标准有GB 18280.2和YY/T 1607,其中GB 18280.2等同采用自ISO11137-2,YY/T 1607等效采用自AAMI TIR 40,规定了改进的方法2应用程序。
 
  综合上述标准所列举的辐射剂量方法,总共有3种灭菌剂量的设定方法,分别是方法1、方法2和VDmax方法(最大剂量法),按照标准的要求,3种灭菌剂量的设定方法各有其适用性,使用条件也不尽相同。今天本文就来讨论比较一下这3种方法的差异,使大家更加清晰辐射剂量是如何设定的,也同时让大家知道剂量的设定其实是一个科学的过程。本文采用实验及数据模拟的方法对3种灭菌剂量的设定方法进行比较,为大家提供灭菌剂量设定参考。

 
样品的实际抗性及实际灭菌剂量的测定
 
  由于定量菌球生物负载稳定(7.6×102cfu/粒),基质固定,我们采用含枯草芽孢杆菌的定量菌球作为样品,测定产品的抗性及实际的灭菌剂量(SAL=10-6)。参照ISO11138 AnnexC(具体计算过程复杂,在此次不详细列举,有兴趣的读者可以详细参考标准),获得存活曲线,通过存活曲线计算出D10值(使生物负载下降90%或一个数量级所需要的辐射剂量)为1.4kGy,灭菌剂量为12.4kGy。然后利用这些数据,利用EXCEL进行数据模拟,利用3种方法进行产品的辐射剂量开发。
 
  方法1:
  根据ISO11137-2,方法1设定分6个步骤:
  ①设定目标SAL=10-6
  ②测定样品的生物负载;
  ③查表获得SAL=10-2的验证剂量;
  ④剂量验证,使用验证剂量对100个样品进行辐射处理;
  ⑤结果判断,如阳性结果不超2个则认为接受该剂量,否则不接受剂量;
  ⑥获得剂量,当接受剂量后,查表获得SAL=10-6的辐射灭菌剂量。
 
  菌球的生物负载为7.6×102cfu/粒(对数值为2.88),获取SAL=10-2的验证剂量为10.7kGy。根据公式:下降对数值=剂量/D10值,定量菌球在该剂量的生物负载下降对数值为7.64,因此验证剂量下定量菌球的理论SAL=10-4.76,100个样品阳性数量小于1个,说明接受该剂量,最后查表获得SAL=10-6时定量菌球的辐射剂量为24.5kGy。
 
  方法2
  根据ISO11137-2,方法2分为方法2A及方法2B,该方法设定需要5个步骤:
  ①设定目标SAL=10-6
  ②对样品进行系列辐射,每个剂量20个样品,并记录每个剂量的无菌阳性数量,通过无菌阳性数量的变化,根据ISO11137-2中的公式,计算出首个阳性分数剂量(First fraction positive dose,FFP)和验证剂量D*;
  ③剂量验证,使用验证剂量D*对100个样品进行辐射处理;
  ④结果判断,根据验证剂量下100个样品的阳性数量及ISO11137-2中的公式计算首个没有阳性剂量(First No Positive dose,FNP);
  ⑤建立灭菌剂量,根据ISO11137-2的公式以及上述步骤所获得的参数,计算样品抗性值DS,最终计算出样品SAL=10-6的灭菌剂量D。
 
  利用EXCEL对定量菌球的系列辐射结果进行模拟计算,计算出系列剂量的20个及100个样品的阳性数量,结果见表2A与表2B。根据表2A及表2B的结果,计算出相关参数及SAL=10-6的灭菌剂量,计算结果见表3。由于方法2B有一个前提是FNP不能超过5.5kGy,而根据计算结果,FNP为7kGy,因此方法2B不适用,只能采用方法2A进行灭菌剂量设定,剂量为19.2kGy。
 
  根据2A中推算的DS为2.8kGy,是实际菌球的D10值的2倍,说明方法2A在推算SAL=10-6的灭菌剂量时是存在一定程度的过量。
 



 
  VDmax法
  VDmax法在ISO11137中有两种,分别是VDmax15(最大剂量15kGy)与VDmax25,根据ISO11137-2,剂量设定有5个步骤,
 
  ①准备剂量设定所需要的样品;
  ②测定样品生物负载;
  ③获取VDmax15或VDmax25,根据生物负载数据查表计算出VDmax15或VDmax25剂量;
  ④剂量验证,采用VDmax15或VDmax25剂量对10个样品进行辐射处理;
  ⑤结果判断,如果阳性样品数量不超过1个,则接受该剂量,可以设定SAL=10-6时的灭菌辐射剂量为15kGy或25kGy,如果阳性样品数量为2个,则再进行剂量验证进而确定是否接受该剂量,如果阳性样品数量超过2个则不接受该剂量,无法设定灭菌剂量。
 
  根据定量菌球的生物负载为7.6×102cfu/粒,其中VDmax15的使用前提是生物负载量不超过1.5cfu,因此只能采用VDmax25进行灭菌剂量设定。根据标准VDmax25剂量为8.2kGy,方法1中的公式,定量菌球在该剂量的生物负载下降对数值为5.85,因此该剂量下定量菌球的理论SAL=10-2.97,10个样品阳性数量小于1个,说明8.2kGy可以通过验证,接受该剂量,可以设定定量菌球SAL=10-6时的灭菌剂量为25kGy。
 
讨论
 
  1、灭菌剂量设定方法适用范围
  方法1与VDmax方法的使用都有一个共同前提,就是样品生物负载的辐射抗力等于或小于SDR,如果辐射抗力高于SDR,则方法1与VDmax法不适用。此外,如要使用VDmax25方法,其生物负载不能超过1000cfu;VDmax15方法,其生物负载不能超过1.5cfu,如果超过,则不满足VDmax方法的使用前提。在标准的3种方法中,方法2A和方法1类似,没有使用前提,但是方法2B有使用前提,即样品份额(SIP)=1.0、增量剂量试验中无菌试验阳性数均不得超过14个以及首次无阳性的剂量(FNP)不得超过5.5kGy。企业在选用剂量设定方法时,应基于产品生物负载充分了解和适用前提的情况下,结合产品风险以及成本控制等,选定剂量设定方法。
 
  2、不同灭菌剂量设定方法的样品量
  根据ISO11137-2的要求,3种方法所需要的样品量见表4。根据表4,方法1设定单批次需要不少于110个样品,方法2设定单批次需要不少于260个样品,VDmax法设定单批次需要不少于20个样品,从设定所需要的样品量来考虑,方法2>方法1>VDmax法。从消耗的样品量可以看出采用方法2设定灭菌剂量的成本是最高的,成本最低的应该是VDmax法,所以根据辐射厂家的反馈,在委托灭菌剂量设定里,VDmax法使用是最多的,方法1与方法2的使用极少。这说明在产品容易获得,能够耐受辐射的前提下,采用VDmax法设定灭菌剂量是比较合适的。
 
  
  3、不同剂量设定方法的灭菌剂量差异
  定量菌球理论灭菌剂量为12.4kGy,本文3种方法设定的灭菌剂量分别为24.5kGy、19.2kGy、25kGy。不同方法的灭菌剂量与理论灭菌剂量比较,偏差分别为97.6%、54.8%、101.6%。从比较结果可以发现,ISO11137中的3种方法的灭菌剂量与理论灭菌剂量比较均为正偏差,说明3种方法的灭菌剂量均存在过量的情况,对于无菌产品,无菌是产品最大的质量前提,在没有明确风险或其他质量问题的前提下,不能追求“刚好无菌”,而是追求在安全的情况下的“过度无菌”。因此,在标准中的3种方法的灭菌剂量均存在不同程度的过量是必须的。
 
  其中方法2灭菌剂量与理论灭菌剂量偏差最少,说明对于该样品如果使用方法2设定灭菌剂量时与样品的抗性最为接近。理论上,3种方法设定的灭菌剂量均能使样品达到SAL≤10-6的水平,3种方法设定的剂量均有效。由于2015年版《中国药典》<1421>灭菌法中写到“应尽可能使用低剂量辐射”(此描述已经在2020版公示稿中进行了删除),根据上述实验及模拟数据,灭菌剂量大小为:VDmax法>方法1>方法2,因此就容易使人误解为只能采用方法2才能满足《中国药典》的要求。但是实际中企业是根据产品的性质与风险选择剂量设定方法,只要方法通过ISO11137中的所有要求,即认为剂量设定成功,无需采用不同方法进行比较。

 
结论
 
  通过上述的分析及讨论,企业要根据产品的特性,风险及自身的能力来选择灭菌剂量的设定方法。本文认为:

  
方法2设定灭菌剂量最接近需要的剂量,但是该方法成本高,所需样品量大。

  而VDmax法虽然过量程度最大,但是该方法成本低,所需样品量少。由于灭菌只是无菌保证的其中一个控制环节,企业需要结合整个无菌保证体系及产品特性选择剂量设定方法。

  对于辐射敏感度高,产品容易获得的样品,且企业对无菌控制过程控制要求较高,成本敏感度不高的建议使用方法2进行灭菌剂量设定。

  但是对于不易获得且耐受辐射的产品以及成本控制比较严格,无菌控制过程要求较低的企业,建议使用VDmax法。

  而方法1要求的样本适中且兼具有一定的保守性,使用方法1进行灭菌剂量设定是医疗器械行业较为通行做法,企业需要根据实际需求兼顾产品风险选择合适的剂量设定方法。
 
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