Asepsės užtikrinimas – sterilizavimo procedūros pasirinkimas.

Mikroorganizmų ir biologinės medžiagos sterilizavimas yra būtina sąlyga eksperimentams ir aplinkos kontrolei laboratorijose įvairiose mokslo srityse. 

Nesvarbu, ar siekiama užtikrinti aseptines sąlygas kultūrinėje lėkštelėje, ar išlaikyti biologinio saugumo zoną, sterilizacijos tikslas visada yra pašalinti nepageidaujamus biologinius veiksnius. Šį tikslą galima pasiekti taikant įvairias procedūras, kurių kiekviena turi savų privalumų ir trūkumų.

Optimalus sterilizavimo procesas turi būti greitas ir veiksmingas, neutralizuojantis mikroorganizmus ir nepageidaujamą biologinę medžiagą, pvz., prionus. Jis taip pat turi užtikrinti minimalų toksiškumą, sveikatos riziką operatoriui ir sterilizuojamų objektų pokyčius, kartu užtikrindamas maksimalų pritaikomumą – suderinamumą su įvairiomis medžiagomis. Procedūra taip pat turi sugebėti įveikti bet kokį fizinį pasipriešinimą sterilizavimui, kurį rodo sterilizuojamos medžiagos. Idealiu atveju visa tai pasiekiama ekonomiškai efektyviu būdu, leidžiančiu užtikrinti nuolatinę stebėseną [1] [2]. 

Tačiau ne visada įmanoma atitikti visas šias sąlygas. Todėl, priklausomai nuo situacijos ir būtinybės, daugelio šių veiksnių įtraukimas dažnai tampa antraeiliu klausimu, o pagrindinis tikslas – užtikrinti funkcionalaus galutinio produkto aseptiką. Toliau pateikiamas dažniausiai naudojamų sterilizavimo metodų, jų privalumų ir trūkumų vertinimas.

Sterili filtracija

Jei reikia sterilizuoti skystą medžiagą, verta apsvarstyti filtravimo galimybę. Skystis ar dujos gali būti pravedamos per sterilizuojančią filtro membraną, kuri sudaro mechaninę barjerą visoms dalelėms, kurių skersmuo didesnis už membranos poras. Mikroorganizmai, didesni už poras, sulaikomi už filtro, užtikrinant, kad jie negalėtų patekti į filtratą. 

Šiluma, spinduliuotė ir cheminiai sterilizatoriai veikia keisdami mikroorganizmų molekulių ir organelių fizines struktūras – šis procesas taip pat gali pakeisti jautresnių medžiagų struktūrinius komponentus. Filtravimas tokio poveikio neturi, jis tik pašalina daleles, didesnes už tam tikrą dydį. Todėl filtravimas yra tinkamas pasirinkimas nestabilesniems ir reaktyvesniems skysčiams.

Skirtingai nei kiti sterilizavimo metodai, filtravimas nepašalina mikrobiologinių organizmų. Todėl, norint sterilizuoti filtrą ir likučius po apdorojimo, būtinos kitos sterilizavimo procedūros – dažniausiai šiluma arba spinduliuotė.

Taip pat būtina atidžiai atsižvelgti į filtro porų dydį. Dažniausiai naudojamas 0,2 μm porų dydis – kadangi mažiausia mikoplazma yra apie 0,3 μm – to pakanka, kad būtų išfiltruota dauguma bakterijų. Tačiau ultramikobakterijos gali būti mažesnės nei 0,1 μm [3] [4] [5], o virusai ir prionai dažnai yra dar mažesni. Sumažinus porų dydį iki 0,001 μm užtikrinama, kad į filtratą pateks mažiau mikrobiologinių dalelių, nors tai vis labiau riboja skysčių, kuriuos galima filtruoti, pasirinkimą. Porų dydžio sumažėjimas taip pat pailgina apdorojimo laiką – 0,1 μm porų filtras turės apie 40 % 0,2 μm porų filtro srauto greičio.

Spinduliuotė

Kaip sterilizavimo priemonė, spinduliuotė gali būti įvairių formų. Pavyzdžiui, jonizuojančiosios spinduliuotės sterilizatoriai, įskaitant rentgeno spindulius, gama spindulius ir elektronų pluoštus. Šios technologijos sterilizuoja elektromagnetiškai sužadindamos daleles sterilizuojamoje zonoje, dėl ko jos išskiria laisvuosius radikalus. Šie radikalai jungiasi su biomoolekulių (pvz., DNR, RNR ir fermentų) dvigubosiomis jungtimis, keisdami jų formą, sustabdydami jų funkcionavimą ir dėl to mikroorganizmai, kuriuose jos yra, tampa neveiksmingi. Nejonizuojančios spinduliuotės sterilizatoriai veikia taip, kad tarp DNR nukleobazių susidaro naujos jungtys – pirimidino dimeriai, kurie, kaip ir jonizuojančios spinduliuotės atveju, keičia makromolekulės struktūrą ir sustabdo jos funkcionavimą. 

Dėl savo veikimo mechanizmo spinduliniai sterilizatoriai gali skaidyti organines chemines medžiagas, pvz., plastiką [6] [7], ir biologinę medžiagą. Deja, jų skaidomasis poveikis neapima prionų, kurie išlieka pernelyg stabilūs, kad juos paveiktų spinduliniai sterilizatoriai [8]. Tačiau verta pažymėti, kad kai kurie tyrimai rodo prionų denatūracijos galimybę veikiant gama spinduliais [9]. 

Kitas svarbus aspektas yra tai, kad spinduliuotės sterilizatorių skvarbumas ir apdorojimo trukmė labai skiriasi.  Ultravioletinė šviesa (UV) gali prasiskverbti tik per skaidrias medžiagas, todėl ji tinka oro ir išgryninto atvirkštinio osmoso vandens sterilizavimui, tačiau nepermatomų medžiagų atveju ji tinka tik paviršiaus sterilizavimui. UV apdorojimo trukmė taip pat gali siekti kelių valandų, kaip ir rentgeno spindulių bei gama spindulių atveju. Tačiau šie du pastarieji metodai turi savų privalumų. 

Gama ir rentgeno spinduliai pasižymi dideliu skvarbumu, todėl jais galima sterilizuoti objektus, esančius kitaip nepralaidžiuose induose. Elektronų pluošto sterilizacijos privalumas yra beveik momentinis sterilizavimas. Dėl menko elektronų dalelių skvarbumo ji dažnai naudojama kaip paviršiaus sterilizavimo priemonė – tačiau turint pakankamai energijos, ji taip pat gali giliai įsiskverbti į medžiagą.

Rentgeno spindulių, elektronų pluošto ir UV spindulių eksploatacijos išlaidos gali būti palyginti mažos, nes visi šie metodai pasižymi efektyviu elektros energijos naudojimu. Rentgeno spindulių, elektronų pluošto ir gama spindulių įrangos pradinės investicijos yra didelės [10]. Gaminių sterilizavimui būdingos nuolatinės išlaidos, susijusios su spinduliuotės šaltinio, paprastai izotopo kobalt-60, keitimu. Tačiau reikėtų pripažinti, kad nors operatoriai visada turi būti apsaugoti nuo žalingo visų spinduliuotės sterilizatorių poveikio, radioaktyviųjų medžiagų buvimas gaminių sterilizatoriuose reiškia, kad atliekant prietaiso techninę priežiūrą reikia imtis papildomų atsargumo priemonių.    

Cheminiai

Cheminiai sterilizatoriai apima platų skysčių ir dujų spektrą, kuriuos vienija viena bendra savybė – gebėjimas sunaikinti mikroorganizmus. Dėl šių savybių jie dažnai yra žalingi žmonėms, o kartais net mirtini. Dažniausiai naudojama cheminė sterilizavimo medžiaga – etilenoksidas – trumpalaikio poveikio atveju gali sukelti galvos skausmą, pykinimą, vėmimą, viduriavimą, dusulį, kvėpavimo takų dirginimą, plaučių pažeidimus ir cianozę, o ilgalaikis poveikis siejamas su vėžio atsiradimu, mutageniniais pokyčiais, neurotoksiniu poveikiu ir jautrinimu [11]. 

Etilenoksido dujos sterilizuoja alkilindamos baltymus, DNR ir RNR, dėl ko mikroorganizmai tampa negyvybingi [7]. Šis procesas vyksta dėl junginio didelio reaktyvumo – savybės, kuri sukelia logistines komplikacijas. Dėl toksiškumo ir degumo derinio rekomenduojama etilenoksidą laikyti atskirame sandėlyje, aplink kurį nustatoma 100 m spindulio izoliacijos zona nuotėkio atveju [12]. 

Kaip ir dauguma cheminių sterilizatorių, etilenoksidas neveikia prionų ir gali palikti likučių ant sterilizuotų paviršių. Jo sterilizavimo trukmė taip pat ilga – nuo 2 iki 5 valandų – o apdorojimo trukmė dar ilgesnė; dažnai viršija 14 valandų dėl garų pašalinimo po sterilizavimo. Vis dėlto jis pasižymi dideliu įsiskverbimu, veikia žemose temperatūrose (nuo 29 iki 65 °C) ir nereaguoja su dauguma plastikų.  

Dar viena svarbi technologinė alternatyva – dujų plazmos sterilizavimas. Vandenilio peroksido dujų plazma susidaro, kai vandenilio peroksido garai sužadinami elektros lauku, dėl ko susidaro laisvieji radikalai, denatūruojantys biologines medžiagas, kaip ir jonizuojančiosios spinduliuotės procedūros atveju. Įrodyta, kad vandenilio peroksido dujų plazma yra veiksminga prieš prionus, veikia žemose temperatūrose (37–44 °C), o jos ciklo trukmė yra mažesnė nei 75 minutės [13]. Tačiau šis procesas pasižymi prastu įsiskverbimu, o vandenilio peroksidas, kuriuo jis remiasi, yra toksiška, sprogi medžiaga.

Šiluminis sterilizavimas

Sterilizacija šiluma yra seniausias ir paprasčiausias sterilizacijos būdas, kuris gali būti dviejų rūšių – sausa ir garinė. Pagrindiniai šiluminės sterilizacijos privalumai – gebėjimas sunaikinti visas biologines medžiagas (įskaitant prionus), nepaliekant teršalų ar likučių [14]. Kitas privalumas – mažos išlaidos, ypač susijusios su eksploataciniais ištekliais: daugiausia reikalinga tik elektros energija ir vanduo. Su šilumine sterilizacija susijusi rizika taip pat yra nedidelė, nors lieka nudegimų pavojus palietus karštus sterilizuotus daiktus. 

Šiluminė sterilizacija pirmiausia veikia sterilizuojamo objekto išorinius paviršius, o vėliau plinta į vidų, kol sterilizuojama visa medžiaga. Šiluma denatūruoja mikroorganizmuose ir biologinėje medžiagoje esančius baltymus, o kadangi prionai yra baltymai, jiems taip pat daro poveikį terminis sterilizavimas. Denatūravimo procesas keičia vandenilio ir disulfidinius ryšius bei druskos tiltelius, taip pat keičia baltymų antrinę, tretinę ir ketvirtinę struktūrą, dėl to jie tampa netinkami biologiniams procesams [15].

Sausosios šilumos sterilizacija apima 160–170 °C temperatūros aplinkos sukūrimą ir jos palaikymą nuo dviejų iki keturių valandų. Dėl šio laiko ir temperatūros derinio šiuo metodu sterilizuoti šilumai jautrią medžiagą, pavyzdžiui, plastiką, yra neįmanoma be medžiagos susidėvėjimo [16]. Peiliai tradiciškai sterilizuojami sausa šiluma, nes kyla susirūpinimas, kad garai gali juos atbukinti. Tačiau tyrimai parodė, kad garu sterilizuoti nerūdijančio plieno peiliai praranda labai nedaug aštrumo [17].

Sterilizavimas garais yra greitesnis ir reikalaujantis mažiau šilumos procesas nei sterilizavimas sausa šiluma. Garai perduoda šiluminę energiją efektyviau nei karštas oras, todėl sterilizavimui galima naudoti žemesnę temperatūrą (121–134 °C) ir trumpesnį laiką (3–15 minučių). Vandens virimo temperatūra esant atmosferos slėgiui yra 100 °C, o tai yra per žema temperatūra sterilizavimo procesui. Todėl garai turi būti gaminami slėginėje aplinkoje, kuri pakelia vandens virimo temperatūrą iki reikiamos vertės. 

Daiktai, atlaikantys 134 °C ar žemesnę temperatūrą, gali būti sterilizuojami garu, tačiau turi atlaikyti temperatūros, drėgmės ir slėgio derinį. Tiems, kurie atitinka šiuos reikalavimus, garinė sterilizacija yra veiksmingas ir giliai įsiskverbiantis metodas.

Santrauka

Galutinė išvada dėl sterilizacijos nėra paprasta. Tačiau įmanoma susiorientuoti sudėtingose aplinkybėse ir rasti tinkamą variantą, sutelkiant dėmesį į konkrečius objektus ir jiems reikalingą būklę po sterilizacijos.

Filtravimas tinka riboto skysčių kiekio sterilizavimui, ypač kai jie jautrūs karščiui, spinduliuotei ir cheminei sterilizacijai. Tačiau būtina atsižvelgti, kad šis metodas priklauso nuo kitų sterilizacijos būdų, kad jo mechanizmas galėtų inaktyvuoti mikroorganizmus.

Spindulinė sterilizacija, apimanti daugybę variantų su skirtingu skvarbumu, yra geras pasirinkimas, jei medžiagos yra jautrios karščiui ir gali atlaikyti jos žalingą poveikį. Tačiau jos įrengimas yra brangus, o jos ekonomiškumas priklauso nuo naudojimo masto.

Cheminė sterilizacija, nors ir susijusi su toksiškumu, likučiais bei logistiniais klausimais, taip pat nuolatinėmis išlaidomis naudojimo reikmenims, atlieka savo vaidmenį, kai sterilizuojamas objektas yra nesuderinamas su kitomis sterilizacijos technikomis – pavyzdžiui, šilumai ir radiacijai jautri kieta medžiaga.

Objektams, kurie nėra jautrūs karščiui, drėgmei ir – tam tikru mastu – slėgiui, garinė sterilizacija dažnai tampa geriausiu pasirinkimu, nes ji užtikrina ekonomiškumą, veiksmingumą ir greitį. Tai taip pat taikoma atliekoms, kai jų būklė po sterilizacijos nėra svarbi. Todėl autoklavas išlieka būtina įranga beveik visose laboratorijose, o garu šildomos nuotekų dekontaminacijos sistemos (EDS) yra puiki alternatyva tiems, kuriems reikia šalinti biologiškai aktyvias skystąsias atliekas. Jei norite gauti daugiau informacijos apie garine šilumine sterilizacija, susisiekite su „Astell Scientific“ el. paštu Info@Astell.com.  

Išanalizavus sterilizuojamą medžiagą, galima rasti sterilizavimo metodą, kuris geriausiai atitinka idealų modelį. Atsižvelgiant į konkrečią situaciją, galima įvertinti greičio, veiksmingumo, suderinamumo su medžiaga, netoksiškumo, pritaikomumo ir stebėjimo galimybių derinį, taip pat gebėjimą įveikti bet kokį pasipriešinimą, kuris gali pasireikšti tikslinėje medžiagoje. Žinoma, daugumai organizacijų pagrindinis veiksnys bus ekonomiškumas.

Nuorodos

1. Schneider, P. (1994). Žemos temperatūros sterilizacijos alternatyvos 1990-aisiais. „Tappi Journal“; (JAV), 77(1).

2. Rutala, William A. ir David J. Weber. „Žemos temperatūros sterilizavimo technologijų klinikinis veiksmingumas.“ „Infection Control & Hospital Epidemiology“ 19.10 (1998): 798–804.

3. Cavicchioli, Ricardo; Ostrowski, Martin (2003 m. birželis). „Encyclopedia of Life Sciences“. „Nature Publishing Group“. ISBN 9780470015902. Peržiūrėta 2017 m. rugsėjo 26 d.

4. Duda, V.; Suzina, N.; Polivtseva, V.; Boronin, A. (2012 m.). „Ultramikrobakterijos: sąvokos formavimas ir ultramikrobakterijų indėlis į biologiją“. „Microbiology“. 81 (4): 379–390. doi:10.1134/s0026261712040054. 

5. Janssen, Peter; Schuhmann, Alexandra; Mörschel, Erhard; Rainey, Frederick (1997 m. balandis). „Naujos anaerobinės ultramikrobakterijos, priklausančios „Verrucomicrobiales“ bakterijų linijai, išskirtos skiedimo kultūros būdu iš anoksinio ryžių lauko dirvožemio“. „Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija“. 63 (4): 1382–1388. PMC 168432.

6. Harrell CR, Djonov V, Fellabaum C, Volarevic V. Gamma spinduliuotės sterilizacijos naudojimo rizika: kita medalio pusė. „Int J Med Sci“. 2018;15(3):274–279. Paskelbta 2018 m. sausio 18 d. doi:10.7150/ijms.22644. 

7. Qiu, Q.-Q., Sun, Wendell ir Connor, J. (2011). Sintetinės ir biologinės kilmės biomedicininių medžiagų sterilizavimas. „Comprehensive Biomaterials“. 4. 127–144. 10.1016/B978-0-08-055294-1.00248-8.

8. Rutala, W. A., Weber, D. J., ir Amerikos sveikatos priežiūros epidemiologų draugija. (2010). Prionais užterštų medicininių instrumentų dezinfekcijos ir sterilizacijos gairės. „Infect Control Hosp Epidemiol“, 31(2), 107–17.

9. Gominet, M., Vadrot, C., Austruy, G., ir Darbord, J. C. (2007). Prionų užkrečiamumo inaktyvavimas jonizuojančiais spinduliais. „Radiation Physics and Chemistry“, 76(11–12), 1760–1762.

10. Simmons, A. (2012). Biomedicininių medžiagų ir medicinos prietaisų sterilizavimo ateities tendencijos. Knygoje „Biomedicininių medžiagų ir medicinos prietaisų sterilizavimas“ (p. 310–320). Woodhead Publishing.

11. Jungtinių Valstijų Darbo departamentas, 2020. Etilenoksidas. [internete] Darbo saugos ir sveikatos administracija. Prieinama adresu: [Peržiūrėta 2020 m. rugsėjo 25 d.].

12. Nacionalinis biotechnologijos informacijos centras (2020). „PubChem“ junginio apžvalga (CID 6354), etilenoksidas. Atsižvelgta 2020 m. rugsėjo 23 d. iš https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ethylene-oxide. )

13. Cdc.gov (2020) Vandenilio peroksido dujų plazma | Dezinfekcijos ir sterilizacijos gairės | Gairių biblioteka | Infekcijų kontrolė. Peržiūrėta 2020 m. rugsėjo 27 d. iš https://www.cdc.gov/infectioncontrol/guidelines/disinfection/sterilization/hydrogen-peroxide-gas.html. 

14. Rogers, W. J. (2012). Biomedicininių medžiagų ir medicinos prietaisų sterilizavimas garais ir sausu karščiu. Knygoje „Biomedicininių medžiagų ir medicinos prietaisų sterilizavimas“ (pp. 20–55). Woodhead Publishing.

15. Mauer, L. (2003). PROTEIN| Maisto baltymų terminis apdorojimas.

16. Vinny R. Sastri (2014). Medicinos prietaisuose naudojamų plastikų medžiagų reikalavimai, knygoje „Plastikai medicinos prietaisuose“ (antrasis leidimas).

17. Vendrell, R. J., Hayden, C. L., & Taloumis, L. J. (2002). Garų ir sauso karščio sterilizacijos poveikis ortodontinių ligatūrų kirpimo replių nusidėvėjimui. „American journal of orthodontics and dentofacial orthopedics“, 121(5), 467–471.

Pirmą kartą paskelbta leidinyje „Labmate UK & Ireland“, 45 tomas, 7 numeris.