輻射敏感產品的滅菌劑量設定方法
2023-06-02 09:32:21 1
專利名稱：輻射敏感產品的滅菌劑量設定方法
輻射敏感產品 的滅菌劑量設定方法
背景技術：
本發明涉及輻射滅菌，更具體地講是涉及確定最低限度但有效的滅菌
輻射劑量。
20世紀80年代早期已開發出了用於確認輻射滅菌劑量的劑量設定方法 1和2。當時，認為用於醫療器械滅菌的一般容許劑量為2.5兆拉德 (25kGy)。然而，已認識到，有多種醫療器械在較低劑量下就具有106的無 菌保證水平(sterility assurance level, SAL)，而一些醫療器才成則需要高 於25kGy的劑量才能達到該SAL。方法1和2的開發工作中所使用的醫療器 械的重要特性是，它們是在極少受控的環境中進行生產，從而導致生物負荷 水平相對較高和類型多樣化，並且它們的構造材料相對不受25至75kGy的 輻射劑量的影響。
目前處於開發中的眾多保健產品與20世紀80年代早期生產的那些產 品明顯不同，因為目前的產品含有一種或多種對輻射損傷相對敏感的生物活 性組分，並且在高度受控的環境中進行生產，從而限制了汙染微生物的數量 和類型。通常，這些保健產品的一些或全部組分在進入生產過程之前先進行滅菌。
方法1和2的主要基本原理(參見ISO 111 37-2, 2006 )是，對產品生 物負荷的輻射響應的直接測試，被用作對達到10—6 SAL的劑量的確定工作的 —部分。通過這兩種方法進行測試，其中以預計導致100件測試產品中約1 件為非無菌(10—2 SAL)的劑量，對IOO件產品進行照射並進行無菌性試驗。
方法2B指定用於"低且一致的生物負荷"，但是這些定性術語未嚴格 定義。該方法沒有對產品生物負荷水平進行確定，用於100件產品的輻射劑 量是通過進行"遞增劑量實驗"(IDE)來估計；該方法採用下列劑量值的 IDE: 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7和8kGy。在這些劑量中的每一個劑量下照射二 十件產品並進行無菌性試驗。IDE的目的是識別出"第一陽性分數"(first-fraction-positive, FFP)劑量，即至少一件產品被發現無菌而剩餘 產品非無菌(如19/20件非無菌)的第一劑量。
IDE中獲得0720的最低劑量，是將會得到10 2 SAL的劑量的估計值。 以該劑量照射100件產品；這一測試稱為"驗證劑量實驗"(VDE)。如果在 VDE中觀察到0、 1或2個陽性無菌性試驗結果，則將該給予的劑量稱為 "第一無陽性"(First-No-Positive, FNP)劑量。FFP劑量和FNP劑量的確 定使得可以在方法2中計算稱為"DS"的因子，該係數用於從實驗確定的 0-2 SAL劑量導出10—6的滅菌劑量。
對於目前在高度受控的環境中生產的平均生物負荷水平較低的產品， 應用方法2B的困難在於DS值的計算方式。計算式"DS = 1.6 +
"的使用實際上使DS值的最低值等於1. 8kGy,由此得到的最低滅菌 劑量為8. 2kGy [滅菌劑量- 10—2劑量+ 4 (DS) =1.0 + 4(1.8) - 8.2; FNP =1.0 kGy]。 8.2kGy的滅菌劑量過於保守，例如，對於由對輻射相對敏感 的微生物組成的數值為1. 0的生物負荷的產品而言。本發明解決了現行標準 中的方法在確定生物負荷低的輻射敏感材料的有效劑量方面的局限。
發明內容
根據本發明的方法提供了通過輻射對目標物進行滅菌。該方法包括以 下步驟確定足以確保滅菌達到10—6的無菌保證水平的輻射劑量，然後將所 述輻射劑量應用於目標物。確定所述劑量的步驟包括以下幾步確定目標物 的一個或多個樣品的生物負荷；通過在不同的輻射劑量水平下對一定數量的 目標物樣品進行測試，確定這樣一個劑量，即低於該劑量時完全沒有樣品被 滅菌，而高於該劑量時所有樣品都被滅菌，從而確定出導致微生物存活機率 為0.01的劑量的估計值；通過在該估計劑量下測試一定數量的目標物樣 品，確認該導致微生物存活機率為0.01的劑量的該估計值；通過向該經確 認導致微生物存活機率為0.01的劑量中添加係數，計算出達到l(T的無菌 保證水平的劑量，其中該係數與該導致微生物存活機率為0.01的劑量成正 比，與生物負荷的對數成反比。
優選地，生物負荷等於或小於20CFU，更優選地小於5CFU。
4優選地，用於確認導致微生物存活機率為0.01的估計劑量的目標物樣 品數量為100。
優選地，該係數等於PV*(CD/(2+log(BB))，其中PV表示比例值 (proportionality value), CD表示已確認導致微生物存活機率為0.01的 劑量，而BB表示以菌落形成單位計的生物負荷。優選地，PV的範圍是從 1. 0至10. 0。優選地，PV為2或更大，更優選地在2至3之間，最優選地 為2. 2。
在本發明的一個方面，該目標物包含蛋白質。
具體實施例方式
使用輻射滅菌的一個局限是電離輻射可能會對受輻射產品產生的不利 影響。類似地，蒸汽滅菌不能應用於熱不穩定的產品。熱對於環氧乙烷以及 與該氣體本身反應所產生的作用而言也可能是個局限。採用現代技術，熱不 穩定的或在其他方面對工藝過程敏感的產品可通過無菌操作進行生產，達到 小於千分之一件產品被汙染的這樣一個水平。實際上，這種產品不能通過無 菌操作達到10" SAL,但如果該產品可以承受必要的輻射劑量，則可以通過 相對低的輻射劑量達到10 6 SAL。
微生物界包括許許多多的種(species),這些種對電離輻射的耐受性大 不相同。儘管多數微生物都極為敏感，但是還有一些對輻射具有很強的耐受 性，因此，任何容許劑量設定方法的基本要素均是在設定過程中包括有測量 產品生物負荷的輻射響應的這樣一個步驟。
本發明對確定具有適當保守水平的10—6 SAL產品特異滅菌劑量的現有 方法作出了改進。本發明包括確定生物負荷以更準確地計算在存在低生物負 荷的情況下的滅菌劑量。
要根據本發明確定滅菌劑量，優選的是從待滅菌產品的三個獨立生產 批次中各選擇至少270件產品。確定從每個批次中選取的十件非無菌產品中 每一件的生物負荷，包括針對三個批次中每個批次的每產品平均生物負荷以 及針對所有所選產品的每產品平均生物負荷。優選的是確定各個產品的生物 負荷，但是如果生物負荷過低，則可以從單個批次中抽出十件產品以確定批 次平均生物負荷。優選地，按照ISO 11737確定生物負荷。將三個批次中每個批次的平均生物負荷水平與整體平均生物負荷進行 比較，以確定是否其中任何一個批次的平均值是整體平均生物負荷的兩倍或 兩倍以上。如果有 一個或多個批次的平均值是整體平均生物負荷的兩倍或兩 倍以上，那麼隨後的計算所用的生物負荷應為最高批次平均值，否則隨後的 計算將採用整體平均生物負荷。
通過照射來自三個生產批次之一的二十件產品進行IDE，照射的劑量為
不少於8個劑量的一系列劑量之一，該系列劑量是從不低於0. 25kGy開始， 以0. 25kGy的標稱增量遞增。用劑量計監測所有這些劑量。優選地，劑量的 公差應在+0. 05kGy或+10%內，取較大者。接著測試被照射產品的無菌性並 記錄陽性測試結果的數量。優選地，按照ISO 11737-2進行該測試。
然後確定FNP劑量。對於三個批次的每一個，FNP劑量是這樣兩個連續 劑量中較低的一個，在所述兩個連續劑量下所有無菌性測試結果均為陰性， 隨後在該劑量遞增系列的任何餘下測試中不出現多於一次的另外陽性測試結 果。作為另外一種選擇，可通過找出這樣一個最低劑量來確定FNP，在該最 低劑量下20個無菌性測試中僅有一例陽性發生，並且在此之前的一個且僅 此 一 個遞增劑量下所有測試均為陰性，隨後的遞增劑量下所有測試均為陰 性。該信息用於確定"驗證劑量"(VD)，其等於三個FNP劑量中最高的一 個。
VD用於進行VDE，其中三個批次中的每一個取100件產品在VD下進行 照射。VDE的公差應與IDE中相同。對經照射的產品分別進行無菌性測試並 記錄陽性測試結果的數量，每個批次出現的無菌性陽性測試結果應不超過2個。
然後，用這一數據計算初始D1Q值(PD1Q),所用公式是PD,。 -VD/(2+log(BB)),其中BB是以菌落形成單位(CFU)表示的批次平均生物負訶。
本發明人已對大量實際微生物群體和多種模擬的微生物群體進行了測 試，以確定減少生物負荷數在很大範圍內的每種群體所需的D10的這樣一個 關係，即獲得102 SAL的D10 (PD,。)與將在10—2劑量下剩餘的群體減少至10—6 SAL所必需的D^之間的關係。將第二個D,。稱作終末。10或TD,。。
6群體A到F構成六種不同微生物群體的耐受性分布，已將這六個群體
及選定的其修改形式在各種劑量設定和證明方法的計算機評價中用作微生物
攻擊(challenge)。群體C是劑量設定方法1中所採用的標準群體，並且因此被設計來代表對輻射滅菌方法的極高度嚴厲微生物攻擊；在發展分布時，將能顯示1. 0至4. 2kGy之間的D,。值的組成微生物進行耐受性測量，所用微生物是在存在有機溶劑的情況下乾燥的，從而有意地形成了高度有效的輻射保護條件。群體B代表與群體C相同的微生物的耐受性，但其耐受性是在不存在有機溶質的情況下測量的；總體上，它對輻射的響應比群體C略大，D,。的範圍在Q. 8至3. 3kGy之間。根據群體B假設出理論群體A,其代表對輻射滅菌方法的最低微生物攻擊-它是通過將9類D,。值中的每一類降低約30%並同時保持菌群B所見的發生頻率而得到。顯然，最初選擇群體A是為了符合新的劑量設定方法將能應用到的候選產品的設想微生物狀態。D、 E和F是具有顯示出遠低於群體C的輻射響應的耐受性分布的群體，因此與本發明情形不相關。
將不均一微生物群體的輻射劑量-響應曲線劃分成兩個不同部分的這一想法，首先在方法VDmax的開發中得到應用。在將這個開發活動繼續下去的過程中認識到，要通過指定SAL (通常為1(T2)的VDE，唯獨在該SAL下在產品上能存活的微生物群落的響應決定著實現略低於10—2的目標SAL (通常為所需的滅菌劑量。這個終末響應可通過從連接(log 1(T2, 10—2下的劑量)和(log 1 0 6 , 1 0 6下的劑量)這兩點的直線導出的D,。值來定量定義；其值用術語TD,。表示。同樣，通過從連接(log生物負荷，劑量=0)和(log l(T2， 10—2下的劑量)這兩點的直線導出的D1Q,可定義劑量-響應曲線的上部(在SAL高於10—2時出現)，其值用PD,。表示。對群體C的劑量-響應曲線的這一分析是方法VD隨的基礎，該方法現在用於證實從15到35kGy的一系列滅菌劑量；在此背景下，已證明這種方法既有用又有效(注意，對於方法VD,,, ，驗證是在SAL為l(T'下進行的，因此該SAL是劑量-響應曲線上的供計算用於這個方法的P仏。值和TD、。值的過渡點)。
不均一的微生物群體伴隨具有不均一的放射應答，它們通常構成滅菌前存在於產品上的生物負荷。此類群體不可避免地產生大於PD,。值的TD,。值，從而使TD,。/PD,。的比值大於1.0。特殊地，生物負荷可包括表現出均一輻射響應的單一類型的微生物。均一群體產生的比值為1.0，或者在微生物的劑量-響應曲線表現出肩峰的情況下，小於1. 0。
popA
對於不均一的"群體A" (popA),無論生物負荷的水平如何，預計TD,。/PD,。之比總大於1.0。發現的確如此。TD,。/PD,。之比在0.02到1000的生物負荷範圍內系統地變化，在下限時數值為2.01而在上限時數值為1.67,並在0. 50的生物負荷下達到最大值2. 18。最大值的存在是由於TDi。值和P"。值隨生物負荷的增加而增加的速率不同。將該最大值四捨五入成2.2的數值，這是PD,。係數的初始選擇，以此可以比較從具有不同於popA的耐受性分布的群體獲得的TD,。/PD,。比值。
popC
"群體C" (popC,另一類不均一微生物群體)的TD,。/PD,。比值隨生物負荷的增加而變的方式，與popA中所見的方式類似。對於從0.02到1000的生物負荷水平，比值的範圍從1,78到1.58，並在約0.30的生物負荷下具有最大值1.92。 popC是據以建立劑量設置方法1的耐受性分布(所謂的標準耐受性分布)，在相當的生物負荷水平下，其TD,。/PD,。比值普遍低於popA的比值，這一發現表明選擇2.2作為PD,。係數具有一定程度的保守性。
popA—MD55至MD62
這些微生物群體包含通過修飾popA發展而來的家族。修飾涉及系統地將popA中出現的最高耐受性的頻率向右偏移，同時在8個群體中以升序方式反轉移位的頻率。這得出了其輻射響應隨MD標號的增加而逐漸降低的群體。由於所有8個MD都是非均一的，因此它們產生大於1. 0的TD,。/PD,。比值。對耐受性分布範圍很大的這一組群體而言，對於0. 02到1000範圍內的生物負荷，沒有TD,。/PD，。比值是大於2.05的，且絕大多數遠低於比較值2.2。事實上，隨著群體整體耐受性的提高(換句話講，對輻射的響應降低)，該比值接近數值l.O,再次指出了係數取2.2的保守性。
衍生自popA的其他修飾分布
建立與親本分布整體上不同的耐受性分布的另一種方法，是將耐受性機率從最低值開始到最高值逐步進行加和。這提供出其輻射響應不同程度地
8高於或低於親本群體的群體。PopA—MD6和MD9是這樣一對以此相反方式響應的群體，popA—MD10和MD14是另一對，popA—MD15和20是第三對，對的標號值越大的群體對輻射表現出的響應越低，並且隨著標號的增加成對群體的響應差異變得更大。對於其輻射響應比popA大的那些修飾群體(MD6、 9和15)，在0.02到1000的生物負荷範圍內計算的TD,。/PD,。比值均小於popA的相應數值，因此被數值2.2充分涵蓋。相反，被修飾成^是供一部分超過popA的抗性微生物從而導致輻射響應降低的群體，在生物負荷低端產生出大於2.2的比值。例如，在0.3的生物負荷下發現popA—MD9的最大比值為2. 52，在0. 2的生物負荷下MD14的最大比值為2. 76，而在0. 08的生物負荷下MD20的最大比值為3.04。顯然，在進行PD,。係數值的最終選擇時，要對這些發現結果加以考慮。其他群體
還研究了另外七個群體。建立了分別從popA和popC產生的兩個群體，使得在構成該分布的每種耐受性類別中出現相同的機率；它們分別被命名為popA一even和popC一even。 另夕卜兩個群體也為popA和popC的f爹飾群體。它們分別完全包含相等機率的最敏感群體類別和最耐受群體類別，並命名為popA_50S-50R和popC — 50S —50R。三種群體在本質上是均一的，每種包含單一類型的微生物，其分別具有由0. 5、 2. 5或4. 2kGy的D,。值定義的耐受性；分別用pop—mono 0.5、 2. 5和4. 5表示。
所有七個群體均產生與上述一般預期一致的TDJPD,。比值。不均一群體提供了隨生物負荷水平變化而系統性變化的一系列比值並具有最大值。此外，除了在0.02的生物負荷下的popA —50S一50R例外之外，比值均小於2.2。這一例外由在該生物負荷水平下存在過低的PD、。值所致。均一的"mono"群體均顯示出1. 0的TD,。/PD,。比值。
採用短小芽胞桿菌(B. pumilus)孢子和粘質沙雷氏菌(S. marcescens)細胞的混合懸液以0. 25到L 0kGy劑量輻射進行模擬實驗，確證了以這些輻射劑量進行檢測在技術上是可行的。這些實驗還證明了採用這個劑量範圍進行的劑量遞增實驗可以得到 一 系列的陽性分數結果，通過該結果可以獲得為實現10—"々SAL所需的劑量的估計值。
9模擬的IDE和VDE已證明了所修飾的相關程序能得到成功結果。因此，有充分的理由可以相信，在產品上進行的"低劑量"IDE和VDE將是技術上可行的、實用的程序，通過該程序可以確定出有意義和必要的劑量。
對popA的TD!。/PDw分析得出了 2. 2的最大四捨五入比值，並將該數值
與在具有基本上不同但通常關聯的耐受性分布的一系列群體上進行的分析所獲得的比值進行了比較。從這一比較獲得的一般結果是，輻射耐受性比popA大的popC,以及對popA耐受性分布進行修飾獲得的大部分群體，在很寬的生物負荷水平範圍內都提供出明顯小於2. 2的比值。顯然，這一結果強烈支持了將PD,。係數選擇為2.2，並強調了該值的保守性。這一發現的例外是某些具有這樣的分布的群體，其中有比popA中更高比例的高輻射耐受性微生物存在。它們的存在主要造成TD,。值的升高，繼而產生高的TD，。/PD,。比值。
鑑於以上例外，必須考慮的是這種分布與"真實世界"的相關性。目前這是一個判斷而已，不過不得不說的是，按照規定的生產條件以及對生產條件所施加的控制，滅菌之前在產品上出現具有大量高輻射耐受性微生物的微生物群體是極不可能的。此外，VDE的結果也將起到檢驗它們是否存在的作用。如果確實出現了這些微生物，它們將不得不以特定的生物負荷存在，其比例超過popA水平的比例，才能使2.2的PD,。係數無效。
因此，假定TD,。為PDw的2.2倍。然後通過將四倍TD,o劑量與VD相加，來計算實現10-6 SAL所需的滅菌劑量，換句話講，滅菌劑量等於VD +(4 x TD10)。
因此，滅菌劑量是用於對所指的器械進行滅菌並提供1(T"的無菌保證水平的劑量。推薦將該方法用於5CFU或以下的極低平均生物負荷。它可用於嬌弱藥物和輻射敏感器械的滅菌。
蛋白質要進行滅菌而又不受損是特別困難。本發明人所關注的一個具體領域為血液蛋白和血漿蛋白的滅菌。蛋白質的來源可以是天然的(即來源於人、動物)、合成的或重組的。血液蛋白質/血漿蛋白質起到脂質、激素、維生素和金屬的轉運分子的作用。它們還充當酶、補體成分、蛋白酶抑制劑和激肽前體。血液蛋白質/血漿蛋白質包括但不限於白蛋白、安克洛酶、巴曲酶、膠原、蛇靜脈酶、彈性蛋白、腎上腺素、X/Xa因子、/XIIa因子、纖維蛋白、纖 維膠凝蛋白、纖維蛋白原、纖粘蛋白、明膠、珠蛋白、結合珠蛋白、血紅蛋 白、肝素酶、抑制素、胰島素、白介素、層粘連蛋白凝血酶、血小板表面糖 蛋白、凝血酶原、選擇蛋白、凝血酶、轉鐵蛋白、血管々￡性血友病因子、加 壓素、加壓素類似物、促血凝毒素、血小板激活劑和具有止血活性的合成 肽。
本發明人還關注聚合物的滅菌，尤其是可用於製備創傷敷料的織物基 材的聚合物，其包括但不限於膠原、海藻酸鈣、甲殼質、聚酯、聚丙烯、多 糖、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚胺、聚亞胺、聚醯胺、聚酯、聚醚、聚核 苷酸、聚核酸、多肽、蛋白質、聚環氧烷、聚亞烷基類(polyalkylenes)、 聚硫酯、聚疏醚、聚乙烯類、含脂質的聚合物，以及它們的混合物。優選的 纖維包含氧化再生多糖，尤其是氧化再生纖維素。預計本發明的方法對上述 聚合物和蛋白質非常有用。
儘管本發明聯繫其具體實施例進行了特別說明，但是應當理解這是說 明性而非限制性的，並且所附權利要求的範圍在現有技術所允許的條件下應 儘可能作寬泛解釋。
權利要求
1.一種用輻射對目標物進行滅菌的方法，所述方法包括以下步驟確定足以確保滅菌達到10-6的無菌保證水平的輻射劑量，然後將所述輻射劑量應用於目標物，其中確定所述劑量的步驟包括下列步驟確定目標物的一個或多個樣品的生物負荷；通過在不同的輻射劑量水平下對一定數量的目標物樣品進行測試，確定這樣一個劑量，即低於該劑量時完全沒有樣品被滅菌，而高於該劑量時所有樣品都被滅菌，從而確定出導致微生物存活機率為0.01的劑量的估計值；通過在該估計劑量下測試一定數量的目標物樣品，確認該導致微生物存活機率為0.01的劑量的該估計值；和通過向該經確認導致微生物存活機率為0.01的劑量中添加係數，計算出達到10-6的無菌保證水平的劑量，其中該係數與該導致微生物存活機率為0.01的劑量成正比，與生物負荷的對數成反比。
2.通過在不同的輻射劑量水平下對 一 定數量的目標物樣品進行測試， 確定這樣一個劑量，即低於該劑量時完全沒有樣品被滅菌，而高於 該劑量時所有樣品都被滅菌，從而確定出導致微生物存活機率為 0. 01的劑量的估計值；
3.通過在該估計劑量下測試一定數量的目標物樣品，確認該導致微生 物存活機率為0. 01的劑量的該估計值；和
4.通過向該經確認導致微生物存活機率為0.01的劑量中添加係數，計 算出達到106的無菌保證水平的劑量，其中該係數與該導致微生物存 活機率為0. 01的劑量成正比，與生物負荷的對數成反比。 根據權利要求1所述的方法，其中所述生物負荷等於或小於20CFU。 根據權利要求1所述的方法，其中所述生物負荷等於或小於5CFU。 根據權利要求1所述的方法，其中用於確認導致微生物存活機率為 0. 01的估計劑量的目標物樣品數量為100。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所迷係數等於 PV*(CD/(2+log(BB))，其中PV表示比例值，CD表示已確認導致微生 物存活機率為0.01的劑量，而BB表示以菌落形成單位計的生物負荷。
6.根據權利要求5所述的方法,其中PV的範圍是從1. 0到10. 0
7..根據權利要求5所述的方法:其中PV為2或更大。
8.根據權利要求7所述的方法， 根據權利要求5所述的方法: 根據權利要求1所述的方法，其中PV為至少2. 2。
9.根據權利要求5所述的方法,其中PV的範圍是從2到3。
10.根據權利要求5所述的方法,其中所迷目標物包含蛋白質。
全文摘要
本發明涉及一種用輻射對具有低生物負荷且對輻射敏感的目標物進行滅菌的方法。足以確保滅菌而又不損害目標物的輻射劑量是如下進行確定確定目標物的一個或多個樣品的生物負荷；通過在不同的輻射劑量水平下對一定數量的目標物樣品進行測試，來確定出導致微生物存活機率為0.01的劑量的估計值；通過在該估計劑量下測試一定數量的目標物樣品，確認該估計值；和通過向該經確認導致微生物存活機率為0.01的劑量中添加係數，計算出達到10-6的無菌保證水平的劑量，其中該係數與該導致微生物存活機率為0.01的劑量成正比，與生物負荷的對數成反比。
文檔編號A61L2/08GK101678130SQ200880019150
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月3日 優先權日2007年6月7日
發明者J·B·科瓦爾斯基, S·C·伊頓 申請人:伊西康公司