Geneesmiddelontwerp | Samenvatting
FA-MA106
Steriliteit
Werkcollege I & hoorcollege steriliteit
Steriel (juridisch): na doorlopen van de farmacopeetest zijn er geen micro-organismen aantoonbaar
Steriel (publiek): vrij van levende micro-organismen
Steriel (farmaceutisch): niet aantoonbaar, SAL is toetsbare eis; p < 0,000001 op contaminatie
Steriele preparaten
- Parenteralia
o Infuus
o Injectie
o Implantaat
- Oogdruppels
- Midden-/binnenoordruppels
- Open wonden
Micro-organismen
- Bacteriën
o Belangrijkste groep vanwege exponentiële vermeerdering; sporen moeilijk af te doden
o Bij sterilisatie kunnen pyrogenen vrijkomen; koortsinducerende moleculen
▪ Bijv. LPS bij Gramnegatieve bacteriën
- Schimmels
o Problematisch bij verkeerde bewaarcondities
- Virussen
o Mogelijk aanwezig in bloedproducten, transplantaten
o Geen replicatie zonder gastheercel mogelijk
- Parasieten
o Mogelijk aanwezig bij besmette donoren van bloedproducten
Practical Pharmaceutics hoofdstuk 30
Steriel: afwezigheid van levensvatbare micro-organismen
→ kans van minder dan 1 op 1.000.000 dat er gecontamineerde eenheid aanwezig is
Sterilisatie: actief, gevalideerd proces om micro-organismen te doden
Doden van micro-organismen
- Eerste orde proces: per tijdseenheid gelijke hoeveelheid micro-
organismen gedood
𝑑𝑁
o 𝑑𝑡
= −𝑘𝑁
𝑁 𝑘𝑡 𝑡
o log (𝑁𝑡 ) = − 2.3 = − 𝐷
0
o N: hoeveelheid levende micro-organismen op tijd = 0 of tijd = t
o k: eerste orde reactie constante
o D: decimaal reductie tijd
▪ Elke soort micro-organismen heeft eigen D-waarde
▪ Beïnvloed door: hulpstoffen, zuiverheid van water, omgevingsfactoren, toestand van micro-
organismen → berekende waarde ≠ waarde in literatuur
- 100% steriliteit niet gegarandeerd
- SAL: sterility assurance level; waarschijnlijkheid dat een hoeveelheid stof niet steriel is na sterilisatie
o SAL 10−6; niet meer dan 1 micro-organisme in 1.000.000 geteste eenheden
o Destructieve test: na testen op steriliteit is product niet meer steriel
1
, o Testen van 1 miljoen samples om daadwerkelijke SAL aan te tonen; niet haalbaar
- D-waarde: benodigde tijd om 90% van aanwezige micro-organismen te doden; decimale reductietijd, tijd
tot 10-voudige reductie
2.3 1
o 𝐷= 𝑘
= 3.323 ∗ 𝑡 2
Sterilisatietijd
- Tijd vereist om steriliteit te krijgen bij een bepaalde temperatuur
o Afhankelijk van hoeveelheid en weerstand van micro-organismen in een product
- Sterilisatieprocessen
o Overkill proces
▪ Principe: proces moet powervol genoeg zijn om ernstige contaminatie met een zeer thermo-
resistente bacterie te verminderen
▪ 121 °C voor 15 minuten
o Bioburden proces
▪ Handmatig sterilisatieproces
▪ Gebaseerd op soort micro-organismen en hoeveelheid aanwezige micro-organismen
▪ Weinig toegepast in Europa
Figuur 1 D-waardes van bacteriesoorten; door 15 minuten te steriliseren bij 121 °C is er een grote kans dat alle micro-organismen dood
gaan
Initiële contaminatie
- Contaminatie van product voor desinfectie/sterilisatie
- Contaminatie van grondstoffen, verpakkingsmateriaal, opslagcondities, opslagtijd, bereidingsprocessen,
hygiëne van bereiding
- Contaminatie moet voorafgaand aan sterilisatie geminimaliseerd worden
o Bacteriën kunnen pyrogenen afgeven bij blootstelling aan hitte van sterilisatie
o → gesteriliseerde grondstoffen en verpakkingen gebruiken, schoon werken
- Filtratie door steriel 0.2 μm membraan
o Sterilisatiemethode
o Verminderen contaminatie
Terminale sterilisatie methoden
- Terminale sterilisatie methoden
o Stoom sterilisatie (autoclaveren)
▪ Stoom/heet water sterilisatie in een gesloten ruimte, minimaal 15 minuten, 121 °C
▪ 100% relatieve vochtigheid; lucht uit autoclaaf verdreven, 100% waterdamp
▪ Efficiënte methode; warmteoverdracht via watermoleculen veel efficiënter dan in droge lucht
2
, ▪ Vocht denatureert/coaguleert eiwitten en DNA van
micro-organismen
Figuur 2 Sterilisatie bij 1 atm overdruk; 2 atm
luchtdruk. Hoge temperatuur van stoom alleen bereikt
• onder druk. Dichtheid van stoom wordt hoger, meer
▪ Stoomsterilisatie watermoleculen beschikbaar voor warmteoverdracht
• Voorkeursmethode voor medisch gereedschap
en sommige farmaceutische producten
• Stoom moet object kunnen penetreren of object in gesloten ruimte moet water bevatten
o ‘Lege’ steriele flesjes moeten wat water voor injectie bevatten en vacuüm gesloten zijn
voorafgaand aan sterilisatie; anders is alleen radiatie of hittesterilisatie effectief
▪ Autoclaveren
• Door druk van stoom te regelen, wordt temperatuur bepaald
•
o 1: verwijdering lucht door herhaaldelijke pre-vacuüm
o 2: opbouwen van druk door binnenlaten van stoom; temperatuur ↑
o 3: sterilisatie in droge, verzadigde stoom
▪ Stoom verhit de fles met product
▪ Condensatie van stoom op koude oppervlakte van fles
▪ Hittetransport naar product
▪ Flesje met water erin wordt een op zichzelf staande sterilisator
o 4: verwijderen stoom
o 5: drogen door post-vacuüm
o 6: lucht binnen laten tot atmosferische druk
Sterilisatie waterige vloeistoffen in dichte flesjes
Voordelen Nadelen
Effectieve sterilisatie glazen injectieflacons, Druk binnen container > druk buiten container → vervorming/beschadiging van
glazen ampullen en glazen infuusflessen container (vooral bij polypropyleen/polyethyleen/PVC)
Vacuüm zorgt voor drogen van de buitenkant → oplossing: toevoegen extra lucht voor sterilisatie
van de ampullen; fungeert tevens als lek-test Verschil in dichtheid tussen lucht en stoom → niet-homogene temperatuurverdeling
in autoclaaf
Natuurlijke koeling van hete lading onder druk duurt zeer lang, vooral bij goed
geïsoleerde autoclaven; inhoud van flesjes blijft te lang heet → degradatie
→ oplossing: koelwater
Plastic producten worden gesteriliseerd met heet water, glazen producten met
stoom
o Droge sterilisatie
▪ Hete lucht sterilisatie, minimaal 2 uur, 160 °C
3
, • Minder efficiënte hitteoverdracht dan bij waterdamp; langere sterilisatietijd en hogere
temperatuur
• Hitte versnelt oxidatiereacties en chemische reacties die schadelijk zijn voor micro-
organismen; uiteindelijk afsterven
▪ 220 °C voor sterilisatie en depyrogenisatie van glaswerk, spatels en scalpels
▪ Toepassing
• Hittebestendige materialen, niet resistent tegen water/stoom → poeders, glaswerk,
natuurlijke/synthetische oliën, halfvaste stoffen (vetten, paraffines)
▪ Mechanisme
• Lucht wordt verwarmd door elektrische elementen
• Lucht door HEPA filter naar sterilisatiekamer
• In sterilisatiekamer: sterke luchtstroom voor gelijke temperatuurdistributie
• Producten ver uit elkaar geplaatst; genoeg ruimte voor hete lucht om product heen
• Minder efficiënt dan stoomsterilisatie → hogere temperatuur en langere sterilisatietijd vereist
o Ioniserende straling sterilisatie
▪ Toepassing: droge, inerte materialen (handschoenen, wondgaas, etc.)
• Niet voor waterige producten: straling dringt niet ver door in product; alleen buitenste laag
van een flesje met vloeibare oplossing zou gedecontamineerd worden
▪ Geabsorbeerde stralingsdosis van minimaal 25 kGy (1 Gray = 1 J/kg)
• Breuken in DNA van micro-organismen
• Indien water aanwezig: vorming vrije radicalen
▪ Mechanisme
• Gammastraling: hoogste penetratiekracht, verkregen van radioactief verval van kobalt →
nikkel
• Product draait op lopende band om stralingsbron heen voor gelijkmatige bestraling
• Indicator voor voldoende straling PMMA; verkleurt onder invloed van gammastraling
o Gas-sterilisatie
▪ Gebruikte gassen: ethyleenoxide, formaldehyde, waterstofperoxide
▪ Niet veel gebruikt bij farmaca; API kan ook oxideren, je moet kunnen aantonen dat er geen
toxische stoffen achterblijven na sterilisatie
▪ Gas met vocht betreedt materiaal → eliminatie van gas
• Gas (ethyleenoxide of waterstofperoxide) alkyleert purine en pyrimidinebases in RNA en DNA
van micro-organismen
Sterilisatiemethode Omstandigheden Mechanisme
Stoom, autoclaveren 15 minuten, 121 °C Denaturatie eiwitten en DNA
2 uur, 160 °C
Droog Oxidatie micro-organsimen
220 °C (glaswerk)
Ioniserende straling Stralingsdosis 25 kGy DNA-schade en vorming vrije radicalen
Gas Ethyleenoxide, formaldehyde, waterstofperoxide Alkylatie purine en pyrimidinebases DNA en RNA
4
FA-MA106
Steriliteit
Werkcollege I & hoorcollege steriliteit
Steriel (juridisch): na doorlopen van de farmacopeetest zijn er geen micro-organismen aantoonbaar
Steriel (publiek): vrij van levende micro-organismen
Steriel (farmaceutisch): niet aantoonbaar, SAL is toetsbare eis; p < 0,000001 op contaminatie
Steriele preparaten
- Parenteralia
o Infuus
o Injectie
o Implantaat
- Oogdruppels
- Midden-/binnenoordruppels
- Open wonden
Micro-organismen
- Bacteriën
o Belangrijkste groep vanwege exponentiële vermeerdering; sporen moeilijk af te doden
o Bij sterilisatie kunnen pyrogenen vrijkomen; koortsinducerende moleculen
▪ Bijv. LPS bij Gramnegatieve bacteriën
- Schimmels
o Problematisch bij verkeerde bewaarcondities
- Virussen
o Mogelijk aanwezig in bloedproducten, transplantaten
o Geen replicatie zonder gastheercel mogelijk
- Parasieten
o Mogelijk aanwezig bij besmette donoren van bloedproducten
Practical Pharmaceutics hoofdstuk 30
Steriel: afwezigheid van levensvatbare micro-organismen
→ kans van minder dan 1 op 1.000.000 dat er gecontamineerde eenheid aanwezig is
Sterilisatie: actief, gevalideerd proces om micro-organismen te doden
Doden van micro-organismen
- Eerste orde proces: per tijdseenheid gelijke hoeveelheid micro-
organismen gedood
𝑑𝑁
o 𝑑𝑡
= −𝑘𝑁
𝑁 𝑘𝑡 𝑡
o log (𝑁𝑡 ) = − 2.3 = − 𝐷
0
o N: hoeveelheid levende micro-organismen op tijd = 0 of tijd = t
o k: eerste orde reactie constante
o D: decimaal reductie tijd
▪ Elke soort micro-organismen heeft eigen D-waarde
▪ Beïnvloed door: hulpstoffen, zuiverheid van water, omgevingsfactoren, toestand van micro-
organismen → berekende waarde ≠ waarde in literatuur
- 100% steriliteit niet gegarandeerd
- SAL: sterility assurance level; waarschijnlijkheid dat een hoeveelheid stof niet steriel is na sterilisatie
o SAL 10−6; niet meer dan 1 micro-organisme in 1.000.000 geteste eenheden
o Destructieve test: na testen op steriliteit is product niet meer steriel
1
, o Testen van 1 miljoen samples om daadwerkelijke SAL aan te tonen; niet haalbaar
- D-waarde: benodigde tijd om 90% van aanwezige micro-organismen te doden; decimale reductietijd, tijd
tot 10-voudige reductie
2.3 1
o 𝐷= 𝑘
= 3.323 ∗ 𝑡 2
Sterilisatietijd
- Tijd vereist om steriliteit te krijgen bij een bepaalde temperatuur
o Afhankelijk van hoeveelheid en weerstand van micro-organismen in een product
- Sterilisatieprocessen
o Overkill proces
▪ Principe: proces moet powervol genoeg zijn om ernstige contaminatie met een zeer thermo-
resistente bacterie te verminderen
▪ 121 °C voor 15 minuten
o Bioburden proces
▪ Handmatig sterilisatieproces
▪ Gebaseerd op soort micro-organismen en hoeveelheid aanwezige micro-organismen
▪ Weinig toegepast in Europa
Figuur 1 D-waardes van bacteriesoorten; door 15 minuten te steriliseren bij 121 °C is er een grote kans dat alle micro-organismen dood
gaan
Initiële contaminatie
- Contaminatie van product voor desinfectie/sterilisatie
- Contaminatie van grondstoffen, verpakkingsmateriaal, opslagcondities, opslagtijd, bereidingsprocessen,
hygiëne van bereiding
- Contaminatie moet voorafgaand aan sterilisatie geminimaliseerd worden
o Bacteriën kunnen pyrogenen afgeven bij blootstelling aan hitte van sterilisatie
o → gesteriliseerde grondstoffen en verpakkingen gebruiken, schoon werken
- Filtratie door steriel 0.2 μm membraan
o Sterilisatiemethode
o Verminderen contaminatie
Terminale sterilisatie methoden
- Terminale sterilisatie methoden
o Stoom sterilisatie (autoclaveren)
▪ Stoom/heet water sterilisatie in een gesloten ruimte, minimaal 15 minuten, 121 °C
▪ 100% relatieve vochtigheid; lucht uit autoclaaf verdreven, 100% waterdamp
▪ Efficiënte methode; warmteoverdracht via watermoleculen veel efficiënter dan in droge lucht
2
, ▪ Vocht denatureert/coaguleert eiwitten en DNA van
micro-organismen
Figuur 2 Sterilisatie bij 1 atm overdruk; 2 atm
luchtdruk. Hoge temperatuur van stoom alleen bereikt
• onder druk. Dichtheid van stoom wordt hoger, meer
▪ Stoomsterilisatie watermoleculen beschikbaar voor warmteoverdracht
• Voorkeursmethode voor medisch gereedschap
en sommige farmaceutische producten
• Stoom moet object kunnen penetreren of object in gesloten ruimte moet water bevatten
o ‘Lege’ steriele flesjes moeten wat water voor injectie bevatten en vacuüm gesloten zijn
voorafgaand aan sterilisatie; anders is alleen radiatie of hittesterilisatie effectief
▪ Autoclaveren
• Door druk van stoom te regelen, wordt temperatuur bepaald
•
o 1: verwijdering lucht door herhaaldelijke pre-vacuüm
o 2: opbouwen van druk door binnenlaten van stoom; temperatuur ↑
o 3: sterilisatie in droge, verzadigde stoom
▪ Stoom verhit de fles met product
▪ Condensatie van stoom op koude oppervlakte van fles
▪ Hittetransport naar product
▪ Flesje met water erin wordt een op zichzelf staande sterilisator
o 4: verwijderen stoom
o 5: drogen door post-vacuüm
o 6: lucht binnen laten tot atmosferische druk
Sterilisatie waterige vloeistoffen in dichte flesjes
Voordelen Nadelen
Effectieve sterilisatie glazen injectieflacons, Druk binnen container > druk buiten container → vervorming/beschadiging van
glazen ampullen en glazen infuusflessen container (vooral bij polypropyleen/polyethyleen/PVC)
Vacuüm zorgt voor drogen van de buitenkant → oplossing: toevoegen extra lucht voor sterilisatie
van de ampullen; fungeert tevens als lek-test Verschil in dichtheid tussen lucht en stoom → niet-homogene temperatuurverdeling
in autoclaaf
Natuurlijke koeling van hete lading onder druk duurt zeer lang, vooral bij goed
geïsoleerde autoclaven; inhoud van flesjes blijft te lang heet → degradatie
→ oplossing: koelwater
Plastic producten worden gesteriliseerd met heet water, glazen producten met
stoom
o Droge sterilisatie
▪ Hete lucht sterilisatie, minimaal 2 uur, 160 °C
3
, • Minder efficiënte hitteoverdracht dan bij waterdamp; langere sterilisatietijd en hogere
temperatuur
• Hitte versnelt oxidatiereacties en chemische reacties die schadelijk zijn voor micro-
organismen; uiteindelijk afsterven
▪ 220 °C voor sterilisatie en depyrogenisatie van glaswerk, spatels en scalpels
▪ Toepassing
• Hittebestendige materialen, niet resistent tegen water/stoom → poeders, glaswerk,
natuurlijke/synthetische oliën, halfvaste stoffen (vetten, paraffines)
▪ Mechanisme
• Lucht wordt verwarmd door elektrische elementen
• Lucht door HEPA filter naar sterilisatiekamer
• In sterilisatiekamer: sterke luchtstroom voor gelijke temperatuurdistributie
• Producten ver uit elkaar geplaatst; genoeg ruimte voor hete lucht om product heen
• Minder efficiënt dan stoomsterilisatie → hogere temperatuur en langere sterilisatietijd vereist
o Ioniserende straling sterilisatie
▪ Toepassing: droge, inerte materialen (handschoenen, wondgaas, etc.)
• Niet voor waterige producten: straling dringt niet ver door in product; alleen buitenste laag
van een flesje met vloeibare oplossing zou gedecontamineerd worden
▪ Geabsorbeerde stralingsdosis van minimaal 25 kGy (1 Gray = 1 J/kg)
• Breuken in DNA van micro-organismen
• Indien water aanwezig: vorming vrije radicalen
▪ Mechanisme
• Gammastraling: hoogste penetratiekracht, verkregen van radioactief verval van kobalt →
nikkel
• Product draait op lopende band om stralingsbron heen voor gelijkmatige bestraling
• Indicator voor voldoende straling PMMA; verkleurt onder invloed van gammastraling
o Gas-sterilisatie
▪ Gebruikte gassen: ethyleenoxide, formaldehyde, waterstofperoxide
▪ Niet veel gebruikt bij farmaca; API kan ook oxideren, je moet kunnen aantonen dat er geen
toxische stoffen achterblijven na sterilisatie
▪ Gas met vocht betreedt materiaal → eliminatie van gas
• Gas (ethyleenoxide of waterstofperoxide) alkyleert purine en pyrimidinebases in RNA en DNA
van micro-organismen
Sterilisatiemethode Omstandigheden Mechanisme
Stoom, autoclaveren 15 minuten, 121 °C Denaturatie eiwitten en DNA
2 uur, 160 °C
Droog Oxidatie micro-organsimen
220 °C (glaswerk)
Ioniserende straling Stralingsdosis 25 kGy DNA-schade en vorming vrije radicalen
Gas Ethyleenoxide, formaldehyde, waterstofperoxide Alkylatie purine en pyrimidinebases DNA en RNA
4
