Sterilisation (Hygiene)

Instrumente, mit denen invasive Eingriffe durchgeführt oder Arzneimittel, die parenteral verabreicht werden, müssen steril sein, da sonst die Gefahr einer Infektion besteht. Sterilität ist definiert als die Abwesenheit vermehrungsfähiger Mikroorganismen.

Mikroorganismen können entweder entfernt oder zerstört werden. Das Entfernen erfolgt mittels Sterilfiltration; das Zerstören erfolgt zum Beispiel über Autoklavieren. Pilze, Bakterien und Viren können in Anwesenheit von Wasser bei > 50°C, Sporen nach Quellung bei 120°C abgetötet werden. In Abwesenheit von Wasser benötigt man für ihre Zerstörung mehr als 150°C.

Auch die Pyrogenfreiheit ist für parenterale Arzneiformen vorgeschrieben. Diese kann durch trockene Hitze bei 250°C für 30 Minuten oder durch Verwendung pyrogenfreier Ausgangsstoffe erzielt werden.

Der Bioburden, also die mikrobielle Ausgangslast der Zubereitung, sollte so gering wie möglich sein. Grund ist, dass für die Sterilisation standardisierte Verfahren verwendet werden. Die Standardisierung erfolgt über den D-Wert (Dezimalreduktionswert), welcher die Zeit, um die Keimzahl um eine Zehnerpotenz zu verringern, angibt. Ist der Bioburden erheblich höher als der Grundwert, der für die Standardisierung angenommen wurde, können in der fertigen Zubereitung noch überlebensfähige Keime enthalten sein.

Ziel einer Sterilisation ist ein SAL-Wert von 10^-6. Dies bedeutet, dass theoretisch unter 1 Million (10⁶) Zubereitungen maximal eine nicht steril ist.

Im Arzneibuch sind verschiedene Sterilisationsmethoden enthalten. Die bevorzugte Methode ist die Sterilisation mit Hitze im geschlossenen Endbehältnis; dieses Verfahren kann jedoch nicht immer angewandt werden.

Die Verwendung eines Reinraums stellt keine Sterilisationsmethode dar, da dieser keine Mikroorganismen entfernt, sondern lediglich das Arbeiten in einer sterilen Umgebung gewährleistet.

Autoklavieren

Autoklavieren ist eine Form der Hitzesterilisation, bei welcher unter gespanntem Wasserdampf gearbeitet wird. Unter normalen Bedingungen kann Wasser maximal 100°C heiß werden; um die Siedetemperatur zu erhöhen, wird beim Autoklavieren in einem Autoklaven ein Druck von mehr als einer Atmosphäre erzielt, was den Siedepunkt erhöht. Die Standardbedingungen für dieses Verfahren sind 15 Minuten bei 2 bar und 121°C.

Autoklavieren ist geeignet für wässrige Lösungen und Suspensionen im Endbehältnis, Glasbehältnisse und Verbandsmaterialien. Zubereitungen, die kein Wasser enthalten und thermolabile Substanzen können nicht autoklaviert werden.

Sterilisation mit trockener Hitze

Bei diesem Verfahren wird die Zubereitung unter Normaldruck-Bedingungen erwärmt und somit sterilisiert. Die möglichen Standardbedingungen sind folgende:

• 3 Stunden, 150°C
• 2 Stunden, 160°C
• 30 Minuten, 180°C

Der Grund für die langen Prozesszeiten ist die schlechte Wärmeübertragung in Abwesenheit von Wasserdampf. Diese Methode ist geeignet für die Sterilisation von Glasbehältnissen und öligen Zubereitungen, nicht jedoch für wässrige Zubereitungen in geschlossenen Gefäßen (z.B. Ampullen), da hier eine Explosionsgefahr durch den Wasserdampf besteht, sowie thermolabile Substanzen.

Als Geräte können ein Trockenschrank mit Luftumwälzung oder ein Sterilisationstunnel verwendet werden.

Strahlensterilisation

Bei der Strahlensterilisation erfolgt die Sterilisation mit Hilfe von radioaktiver Strahlung. Diese Methode darf nur verwendet werden, wenn keine andere Methode angewandt werden kann (z.B. bei Pulvern und Implantaten) und ausgeschlossen wurde, dass bei der Bestrahlung toxische Nebenprodukte gebildet werden. Vorteil ist die geringe Erwärmung des Produkts; Nachteile sind die hohen Kosten und der regulatorische Aufwand.

Die Strahlensterilisation findet in einem Bunker statt. Es kann sowohl Beta-Strahlung als auch Gamma-Strahlung verwendet werden. Um einen SAL-Wert von 10^-6 zu erreichen, ist eine Strahlendosis von 25 kGy meist ausreichend.

Gassterilisation

Bei der Gassterilisation werden Mikroorganismen mit mikrobioziden Gasen abgetötet. Am häufigsten wird Ethylenoxid verwendet. Ein wichtiger Parameter ist die Permeation in das Produkt, da es meist nicht genügt, die Oberfläche zu sterilisieren. Es ist zu beachten, dass im fertigen Produkt kein Sterilisationsgas mehr vorhanden ist, da die meisten hierfür verwendeten Gase karzinogen sind.

Die Standardbedingungen sind eine Ethylenoxid-Konzentration von 1,25 g/l Kammervolumen bei einer Feuchte ab 60%. Die Temperatur entscheidet über die Prozessdauer: Bei Raumtemperatur beträgt sie 8 bis 12 Stunden; bei 50°C nur noch 3 Stunden.

Entkeimungsfiltration

Die Entkeimungsfiltration (auch: Sterilfiltration) wird für Lösungen und bei thermolabilen Arzneistoffen verwendet. Das Arzneibuch schreibt einen Porendurchmesser von 0,22 µm vor; in der Praxis können Filter bis zu einem Porendurchmesser von 0,10 µm verwendet werden.

Vorteile der Entkeimungsfiltration sind, dass keine Hitze angewandt wird und die Bakterienzellen entfernt werden - es werden also keine Zellen aufgeschlossen und Endotoxine freigesetzt. Nachteil ist, dass die Methode nicht im Endbehältnis durchgeführt wird, weshalb sie in einem Reinraum durchgeführt werden muss, um eine Kontamination aus der Umgebungsluft zu verhindern.

Mithilfe des Bubble-Point-Tests muss sichergestellt werden, dass der Filter intakt ist. Hierfür wird die Spritze mit 10 ml Luft gefüllt, der Sterilfilter aufgesetzt und die Spritze in Wasser gehalten. Es dürfen erst Luftblasen auftauchen, wenn die Luft in der Spritze auf 2 ml komprimiert wurde.

Bauer, Frömmig, Führer: Pharmazeutische Technologie. Mit Einführung in die Biopharmazie. 10. Auflage, Stuttgart 2017