Asepsinin Sağlanması - Sterilizasyon Prosedürünün Seçimi.

Mikrobiyal yaşamın ve biyolojik materyallerin sterilizasyonu, sayısız disiplinde laboratuvarlarda hem deneysel hem de çevresel kontrolün ön koşuludur. 

İster bir kültür plakasındaki aseptik koşulları sağlamak ister bir biyogüvenlik alanını korumak olsun, sterilizasyonun amacı her zaman istenmeyen biyolojik ajanların ortadan kaldırılmasıdır. Bu amaca, her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları olan çeşitli prosedürler yoluyla ulaşılabilir.

İdeal sterilizasyon süreci, mikroorganizmaları ve prionlar gibi istenmeyen biyolojik materyalleri etkisiz hale getirerek hızlı ve etkili bir şekilde çalışmalıdır. Ayrıca, farklı malzemelere uyum sağlayarak maksimum esneklik sunarken, toksisiteyi ve operatörler için sağlık risklerini en aza indirmeli ve sterilize edilen nesnelerde meydana gelen değişiklikleri asgari düzeyde tutmalıdır. Prosedür, sterilize edilen malzemelerin sergilediği sterilizasyona karşı fiziksel direnci de aşabilmelidir. Tüm bunlar ideal olarak maliyet etkin bir şekilde gerçekleştirilmeli ve tutarlı bir izleme imkânı sağlamalıdır [1] [2]. 

Ancak tüm bu kriterleri aynı anda karşılamak her zaman mümkün değildir. Bu nedenle, söz konusu parametrelerin birçoğuna verilen önem, uygulama sahası ve gereksinimlere göre ikincil düzeye düşmektedir; temel hedef işlevsel bir nihai üründe asepsi sağlamaktır. Aşağıda, yaygın olarak kullanılan sterilizasyon yöntemleri ile bunların artı ve eksileri değerlendirilmektedir.

Steril Filtrasyon

Sıvı veya gaz formundaki akışkan malzemelerin sterilizasyonunda tercih edilen bir yöntemdir. Sıvı veya gaz, sterilizasyon filtre membranından geçirilir; bu membran, gözenek çapından daha büyük tüm partiküllere karşı mekanik bir bariyer oluşturur. Gözeneklerden daha büyük mikroorganizmalar filtrede tutulur ve süzüntüye geçmeleri engellenir. 

Isı, radyasyon ve kimyasal sterilizasyon maddeleri mikroorganizmalardaki moleküllerin ve organellerin fiziksel yapısını değiştirerek etki eder; bu süreç daha hassas maddelerin yapısal bileşenlerini de bozabilir. Filtrasyonun bu tür etkileri yoktur; yalnızca belirli bir boyuttan büyük partikülleri uzaklaştırır. Bu nedenle filtrasyon, daha kararsız ve reaktif sıvılar için makul bir seçenek oluşturur.

Diğer sterilizasyon yöntemlerinden farklı olarak, filtrasyon mikrobiyolojik varlıkları etkisiz hale getirmez. Bu nedenle, işlem sonrası filtreyi ve kalıntıları sterilize etmek için genellikle ısı veya radyasyon gibi diğer sterilizasyon prosedürleri gereklidir.

Filtre gözenek boyutuna da büyük özen gösterilmelidir. Genellikle 0,2 μm'lik bir gözenek boyutu tercih edilir; en küçük mikoplazma yaklaşık 0,3 μm olduğu için bu, bakterilerin çoğunu filtrelemek için yeterlidir. Ancak ultramikrobakteriler 0,1 μm'den daha küçük olabilir [3] [4] [5], virusler ve prionlar ise genellikle bundan da küçüktür. Gözenek boyutlarını 0,001 μm’ye düşürmek, süzüntüye girebilen mikrobiyolojik varlıkların sayısını azaltır; ancak bu, süzülebilen sıvılar açısından giderek daha elverişsiz hale gelir. Gözenek boyutundaki bir azalma, işleme süresini de uzatır – 0,1 μm gözenekli bir filtrenin akış hızı, 0,2 μm gözenekli bir filtrenin akış hızının yaklaşık %40’ı kadardır.

Radyasyon

Bir sterilizasyon yöntemi olarak radyasyon çeşitli formlar alabilir. Örneğin, X-ışınları, gama ışınları ve elektron ışınlarını içeren iyonlaştırıcı radyasyon sterilizasyon yöntemlerini ele alalım. Bu teknolojiler, sterilize edilecek alandaki parçacıkları elektromanyetik olarak uyararak serbest radikallerin salınmasına neden olur ve bu şekilde sterilizasyon sağlar. Bu radikaller, biyomoleküllerdeki (DNA, RNA ve enzimler gibi) çift bağlarla birleşerek bunların yapısını değiştirir, işlevlerini durdurur ve bunları içeren mikroorganizmaların etkisiz hale gelmesine yol açar. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon sterilizasyon yöntemleri ise DNA'daki nükleobazlar arasında yeni bağların (pirimidin dimerleri) oluşmasına neden olarak etki eder; bu da, iyonlaştırıcı radyasyonda olduğu gibi, makromolekülün yapısını değiştirir ve işlevini durdurur. 

Bu bozucu etkiler, radyasyon sterilizatörlerinden etkilenmeyecek kadar kararlı kalan prionlara kadar uzanmamaktadır. [8] Bununla birlikte, bazı çalışmalar gama radyasyonunun prion denatürasyonuna yol açabileceğini göstermektedir. [9] 

Bir diğer önemli husus ise, radyasyon sterilizanlarının nüfuz etme kabiliyetleri ve işlem sürelerinin önemli ölçüde farklılık göstermesidir.  Ultraviyole Işık (UV), yalnızca şeffaf malzemelere nüfuz edebilir; bu da onu hava ve arıtılmış ters ozmoz suyu için uygun bir sterilizasyon yöntemi haline getirir, ancak opak maddeler için yüzey sterilizasyonu ile sınırlıdır. UV’nin işlem süresi de X-ışınları ve gama ışınlarında olduğu gibi saatler sürebilir. Bununla birlikte, bu son iki yöntemin kendine özgü avantajları vardır. 

Gama ve X-ışınları yüksek penetrasyon yeteneklerine sahiptir; bu da normalde geçirimsiz kaplar içinde bulunan nesnelerin sterilizasyonunda kullanılabilecekleri anlamına gelir. Elektron demeti sterilizasyonunun en önemli özelliği, hemen hemen anında sterilizasyon sağlamasıdır. Elektron parçacıklarının düşük penetrasyon yetenekleri nedeniyle genellikle yüzey sterilizasyonunda kullanılır; ancak yeterli enerji sağlandığında bu yöntem de maddeyi derinlemesine nüfuz edebilir.

X-ışını, elektron demeti ve UV’nin işletme maliyetleri nispeten düşük olabilir; verimli elektrik kullanımı her birinin ortak özelliğidir. X-ışını, elektron demeti ve gama donanımlarının ilk yatırım maliyeti yüksektir [10]. Gama sterilizasyonunda, genellikle kobalt-60 izotopu olan radyasyon kaynağının değiştirilmesiyle ilişkili sürekli bir maliyet söz konusudur. Bununla birlikte, operatörlerin her zaman tüm radyasyon sterilizasyon yöntemlerinin zararlı etkilerinden korunması gerektiği unutulmamalıdır; ancak gama sterilizatörlerinde radyoaktif maddenin fiziksel olarak bulunması, cihazın bakımı sırasında ekstra önlemlerin alınmasını gerektirir.    

Kimyasal

Kimyasal sterilantlar, mikroorganizmaları yok etme yeteneği gibi tek bir ortak özelliğe sahip çok çeşitli sıvı ve gazları kapsar. Bu özellikleri nedeniyle, ölümcül olmasa bile genellikle insan sağlığı için zararlıdırlar. En yaygın olarak kullanılan kimyasal sterilizan olan etilen oksit, kısa vadede baş ağrısı, mide bulantısı, kusma, ishal, nefes darlığı, solunum yolu tahrişi, akciğer hasarı ve siyanoza neden olabilir; uzun vadeli maruziyet ise kanser, mutajenik değişiklikler, nörotoksisite ve duyarlılık gelişimi ile ilişkilidir [11]. 

Etilen oksit gazı, proteinlerin, DNA’nın ve RNA’nın alkilasyonunu sağlayarak sterilizasyon gerçekleştirir; bu da mikroorganizmaların yaşayamaz hale gelmesine neden olur [7]. Bu süreç, bileşiğin yüksek reaktivitesinin bir sonucu olarak gerçekleşir; bu özellik, lojistik zorluklara yol açar. Toksisitesi ve yanıcılığının birleşimi nedeniyle, etilen oksitin müstakil bir depolama biriminde saklanması ve sızıntı durumunda 100 m yarıçaplı bir izolasyon bölgesi oluşturulması önerilir [12]. 

Çoğu kimyasal sterilizan gibi etilen oksit de prionlara karşı etkisizdir ve sterilize edilen yüzeylerde kalıntı bırakma eğilimindedir. Sterilizasyon süresi 2 ila 5 saat arasındadır ve işlem süresi, sterilizasyon sonrası buharın uzaklaştırılması nedeniyle genellikle 14 saatin üzerindedir. Buna karşın etilen oksit yüksek penetrasyon yeteneğine sahiptir, düşük sıcaklıklarda (29–65°C) etkili olur ve çoğu plastikle reaksiyona girmez.  

Bu alandaki bir diğer önemli gelişme ise gaz plazma sterilizasyonudur. Hidrojen peroksit gaz plazması, bir elektrik alanı kullanılarak hidrojen peroksit buharının uyarılmasıyla oluşturulur; bu, iyonlaştırıcı radyasyon prosedüründe olduğu gibi biyolojik materyalleri denatüre eden serbest radikallerin oluşmasına neden olur. Hidrojen peroksit gaz plazmasının prionlara karşı etkili olduğu gösterilmiştir; düşük sıcaklıklarda (37–44 °C) çalışır ve döngü süresi 75 dakikadan azdır [13]. Ancak bu işlemin penetrasyon kabiliyeti zayıftır ve dayandığı hidrojen peroksit, toksik ve patlayıcı bir maddedir.

Isı

Isı sterilizasyonu en eski ve en temel sterilizasyon yöntemidir ve kuru ısı ile buharlı ısı olmak üzere iki tipi vardır. Isı sterilizasyonunun başlıca avantajları arasında tüm biyolojik materyalleri (prionlar dahil) yok edebilmesi ve hiçbir kirletici veya kalıntı bırakmaması sayılabilir [14]. Diğer bir avantajı düşük maliyetidir: yalnızca elektrik ve su gereklidir. Isı sterilizasyonuyla ilgili riskler düşüktür; ancak sterilize edilmiş sıcak nesnelere dokunulduğunda yanma riski bulunmaktadır. 

Isı sterilizasyonu önce sterilize edilen nesnenin dış yüzeylerini etkiler, ardından malzemenin tamamı sterilize olana kadar içe doğru yayılır. Isı, mikroorganizmalarda ve biyolojik materyallerde bulunan proteinleri denatüre eder; prionlar da protein yapısında oldukları için ısı sterilizasyonundan etkilenirler. Denatürasyon süreci, hidrojen ve disülfür bağlarını ve tuz köprülerini değiştirir; ayrıca proteinlerin ikincil, üçüncül ve dördüncül yapılarını bozarak onları biyolojik süreçler için işlevsiz hale getirir [15].

Kuru ısı sterilizasyonu, 160°C ile 170°C arasında bir ortam oluşturularak bu ortamın iki ila dört saat süreyle korunmasını gerektirir. Bu süre-sıcaklık kombinasyonu, plastikler gibi ısıya duyarlı malzemelerin bu yöntemle sterilize edilmesinin malzeme bozulması riski olmadan gerçekleştirilememesi anlamına gelir [16]. Bıçaklar geleneksel olarak buharın keskinliklerini azaltabileceği endişesi nedeniyle kuru ısı ile sterilize edilmiştir. Ancak, yapılan çalışmalar, buharla sterilize edilen paslanmaz çelik bıçaklarda ihmal edilebilir düzeyde bir körelme görüldüğünü ortaya koymuştur [17].

Buhar sterilizasyonu, kuru ısı sterilizasyonuna kıyasla daha hızlı ve daha az ısı gerektiren bir işlemdir. Buhar, ısı enerjisini sıcak havadan daha etkili bir şekilde aktarır; bu da sterilizasyon için daha düşük bir sıcaklık (121°C – 134°C) ve daha kısa bir süre (3 ila 15 dakika) kullanılabileceği anlamına gelir. Atmosfer basıncında suyun kaynama noktası 100°C'dir; bu, sterilizasyon işlemi için yetersiz bir sıcaklıktır. Bu nedenle, buharın basınçlı bir ortamda üretilmesi gerekir; bu da suyun kaynama noktasını gerekli sıcaklığa yükseltir. 

134°C veya daha düşük sıcaklığa dayanıklı nesneler buharla sterilize edilebilir; ancak buhar sterilizasyonunun gerektirdiği sıcaklık, nem ve basınç kombinasyonuna dayanıklı olmaları şarttır. Uygun nesneler için buhar sterilizasyonu son derece etkili ve derinlemesine bir yöntemdir.

Özet

Sterilizasyon konusunda nihai bir karara varmak her zaman kolay değildir. Ancak söz konusu nesnelere ve sterilizasyon sonrası gerekli durumlarına odaklanarak bu karmaşıklığın içinden doğru seçeneği bulmak mümkündür.

Filtreleme, sınırlı miktarda sıvının – özellikle ısıya, radyasyona ve kimyasal sterilizasyona duyarlı olanların – sterilizasyonu için uygun bir seçenektir. Ancak bu yöntemin mikroorganizmaları inaktivize etmek için diğer sterilizasyon yöntemlerine bağımlı olduğu göz önünde bulundurularak karar verilmelidir.

Farklı nüfuz yeteneklerine sahip çeşitli varyantları içeren radyasyon, malzemeler ısıya duyarlıysa ve radyasyonun zararlı etkilerine dayanabiliyorsa uygun bir seçenektir. Ancak kurulumu maliyetlidir ve maliyet etkinliği kullanım ölçeğine bağlıdır.

Kimyasal sterilizasyon, toksisite, kalıntı ve lojistik zorluklar ile sürekli sarf malzemesi maliyetleri gibi dezavantajlara sahip olsa da, diğer sterilizasyon yöntemleriyle uyumlu olmayan nesneler – örneğin ısıya ve radyasyona duyarlı katı malzemeler – için kritik bir rol oynar.

Isı, nem ve — belirli bir dereceye kadar — basınca duyarlı olmayan nesneler için buhar sterilizasyonu, maliyet verimliliği, etkinlik ve hız sunması nedeniyle genellikle en öne çıkan seçenek olarak ortaya çıkar. Bu durum, sterilizasyon sonrası durumlarının önemli olmadığı atık malzemeler için de geçerlidir. Bu nedenle, otoklav hemen hemen tüm laboratuvarlar için vazgeçilmez bir ekipman olmaya devam ederken, buharla ısıtılan atık su dekontaminasyon sistemleri (EDS), biyolojik olarak aktif sıvı atıkları bertaraf etmesi gerekenler için uygun bir seçenek sunar. Buhar bazlı ısı sterilizasyonu hakkında daha fazla bilgiye ihtiyacınız varsa, Info@Astell.com adresinden Astell Scientific ile iletişime geçin.  

Sterilize edilecek malzemenin analizi yoluyla, ideal modele en uygun sterilizasyon tekniği bulunabilir. Hız, etkinlik, malzeme uyumluluğu, toksik olmama, uyarlanabilirlik ve izlenebilirlik gibi unsurların tümü, hedef malzemede karşılaşılabilecek herhangi bir malzeme direncinin üstesinden gelme kapasitesiyle birlikte, gerekli durum için değerlendirilebilir. Elbette, maliyet etkinliği çoğu kuruluş için kilit bir faktör olacaktır.

Kaynakça

1. Schneider, P. (1994). 1990'larda düşük sıcaklıkta sterilizasyon alternatifleri. Tappi Journal; (Amerika Birleşik Devletleri), 77(1).

2. Rutala, William A. ve David J. Weber. "Düşük sıcaklıkta sterilizasyon teknolojilerinin klinik etkinliği." Infection Control & Hospital Epidemiology 19.10 (1998): 798-804.

3. Cavicchioli, Ricardo; Ostrowski, Martin (Haziran 2003). Yaşam Bilimleri Ansiklopedisi. Nature Publishing Group. ISBN 9780470015902. Erişim tarihi: 26 Eylül 2017.

4. Duda, V; Suzina, N; Polivtseva, V; Boronin, A (2012). "Ultramikrobakteriler: Kavramın Oluşumu ve Ultramikrobakterilerin Biyolojiye Katkısı". Mikrobiyoloji. 81 (4): 379–390. doi:10.1134/s0026261712040054. 

5. Janssen, Peter; Schuhmann, Alexandra; Mörschel, Erhard; Rainey, Frederick (Nisan 1997). "Anoksik pirinç tarlası toprağından seyreltme kültürü yoluyla izole edilen, Verrucomicrobiales soyuna ait yeni anaerobik ultramikrobakteriler". Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji. 63 (4): 1382–1388. PMC 168432.

6. Harrell CR, Djonov V, Fellabaum C, Volarevic V. Gama Işınımıyla Sterilizasyonun Riskleri: Madalyonun Diğer Yüzü. Int J Med Sci. 2018;15(3):274-279. 18 Ocak 2018'de yayınlandı. doi:10.7150/ijms.22644. 

7. Qiu, Q.-Q & Sun, Wendell & Connor, J. (2011). Sentetik ve Biyolojik Kökenli Biyomalzemelerin Sterilizasyonu. Comprehensive Biomaterials. 4. 127-144. 10.1016/B978-0-08-055294-1.00248-8.

8. Rutala, W. A., Weber, D. J. ve Amerika Sağlık Epidemiyolojisi Derneği. (2010). Prionla kontamine tıbbi aletlerin dezenfeksiyonu ve sterilizasyonu için kılavuz. Infect Control Hosp Epidemiol, 31(2), 107-17.

9. Gominet, M., Vadrot, C., Austruy, G., & Darbord, J. C. (2007). İyonlaştırıcı ışınlarla prion bulaşıcılık aktivitesinin inaktivasyonu. Radiation Physics and Chemistry, 76(11-12), 1760-1762.

10. Simmons, A. (2012). Biyomalzemelerin ve tıbbi cihazların sterilizasyonunda gelecekteki eğilimler. Biyomalzemelerin ve Tıbbi Cihazların Sterilizasyonu (s. 310-320). Woodhead Publishing.

11. Amerika Birleşik Devletleri Çalışma Bakanlığı, 2020. Etilen Oksit. [Çevrimiçi] İş Güvenliği ve Sağlığı İdaresi. Erişim adresi: [Erişim tarihi: 25 Eylül 2020].

12. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi (2020). CID 6354, Etilen Oksit için PubChem Bileşik Özeti. 23 Eylül 2020 tarihinde https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ethylene-oxide adresinden erişilmiştir. )

13. Cdc.gov (2020) Hidrojen Peroksit Gaz Plazması | Dezenfeksiyon ve Sterilizasyon Kılavuzları | Kılavuz Kütüphanesi | Enfeksiyon Kontrolü. 27 Eylül 2020 tarihinde https://www.cdc.gov/infectioncontrol/guidelines/disinfection/sterilization/hydrogen-peroxide-gas.html adresinden erişilmiştir. 

14. Rogers, W. J. (2012). Biyomalzemelerin ve tıbbi cihazların buhar ve kuru ısı ile sterilizasyonu. Biyomalzemelerin ve Tıbbi Cihazların Sterilizasyonu (s. 20-55) içinde. Woodhead Publishing.

15. Mauer, L. (2003). PROTEİN | Gıda Proteinleri için Isıl İşlem.

16. Vinny R. Sastri (2014). Tıbbi Cihazlarda Kullanılan Plastikler için Malzeme Gereksinimleri, Tıbbi Cihazlarda Plastikler (İkinci Baskı) içinde.

17. Vendrell, R. J., Hayden, C. L. ve Taloumis, L. J. (2002). Ortodontik ligatür kesme penselerinin aşınması üzerine buhar ve kuru ısı sterilizasyonunun etkisi. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 121(5), 467-471.

İlk olarak Labmate UK & Ireland dergisinin 45. cilt, 7. sayısında yayınlanmıştır.