Aufbereitung von Medizinprodukten: Sterilisationsvalidierung – Dampfsterilisation
Im Blogbeitrag zur Reinigungsvaliderung wurde bereits dargelegt, dass ein gewisser Grad der Reinheit für eine erfolgreiche Desinfektion bzw. Sterilisation im Rahmen der Aufbereitung erforderlich ist. Im letzten Beitrag zur Desinfektionsvalidierung wurde aufgezeigt, dass die Desinfektion nicht immer als abschließender Reinigungsschritt ausreichend ist. Sowohl auf Seiten der FDA wie auch der EU wird für Produkte mit einer gewissen Kritikalität die Sterilisation als abschließender Aufbereitungsschritt verlangt. Es gibt verschiedene Sterilisationsmethoden, wobei sich dieser Artikel auf die gängigste Sterilisationsmethode – die Dampfsterilisation bezieht. Dabei wird der regulatorische Rahmen der EU und FDA zu Grunde gelegt.
Regulatorischer Hintergrund und Grundlagen
Ein steriles Medizinprodukt ist frei von vermehrungsfähigen Mikroorganismen. Ziel der Sterilisation ist es, vorhandene Keime zu inaktivieren und das Produkt in einen sterilen Zustand zu überführen. Die ISO 17665 beschreibt Anforderungen an die Dampfsterilisation und stellt sicher, dass der Prozess wirksam, zuverlässig und reproduzierbar ist. Dadurch kann davon ausgegangen werden, dass die Wahrscheinlichkeit für verbleibende Mikroorganismen sehr gering ist. Wie gering diese Wahrscheinlichkeit sein muss, ist regulatorisch festgelegt und kann je nach Land variieren, etwa in EN 556‑1 oder ANSI/AAMI ST67. (Inhalt nach ISO 17665).
Die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines einzelnen lebensfähigen Mikroorganismus auf einem Gegenstand nach der Sterilisation wird als Sterilitätssicherheitsniveau bezeichnet und wird zumeist mit SAL abgekürzt – sterility assurance level. Die EN 556‑1 und EN 556‑2 definieren ergänzend Anforderungen an Medizinprodukte, die als „steril“ gekennzeichnet sind. In dieser Normenreihe wird festgelegt, dass Sterilisationsverfahren in der Regel validiert und regelmäßig überwacht werden, um ein Sterilitätssicherheitsniveau zu erreichen, bei dem die Wahrscheinlichkeit für das Überleben eines Mikroorganismus bei höchstens 10⁻⁶ liegt.
Die Bestimmung der mikrobiellen Belastung auf Produkten ist in der ISO 11737‑1 beschrieben. Die Gesamtheit an lebensfähigen Mikroorganismen auf einem Produkt wird als Bioburden bezeichnet. Dieser Bioburden ist als Ausgangspunkt relevant für die erfolgreiche Sterilisation mit einem SAL von höchstens 10⁻⁶
Die ISO 11737‑2 legt ergänzend allgemeine Anforderungen für Sterilitätsprüfungen fest. Diese Prüfungen werden an Produkten durchgeführt, die mit einem im Vergleich zum Routineprozess reduzierten Sterilisationsverfahren behandelt wurden. Sie kommen typischerweise bei der Definition, Validierung und Überwachung von Sterilisationsprozessen zum Einsatz.
Für die Prüfung wird ein sogenannter Probenanteil (Sample Item Portion, SIP) festgelegt, also der Teil des Produkts, der tatsächlich getestet wird. Ist die Verteilung des Bioburdens auf dem Produkt nicht bekannt, müssen die Proben so ausgewählt werden, dass alle verwendeten Materialien repräsentiert sind. Die Eignung des SIP ist nachzuweisen, wobei Kriterien wie Länge, Masse, Volumen und Oberfläche berücksichtigt werden, wie sie unter anderem in der ISO 11137‑2 beschrieben sind.
Die Durchführung der Sterilitätsprüfung bei festen Produkten erfolgt in der Regel entweder durch direktes Eintauchen in das Kulturmedium oder durch Zugabe des Kulturmediums zum Produkt mit anschließender Bebrütung. Während dieser Zeit sollte das Produkt vollständig im Medium eingetaucht sein. Ist dies nicht möglich, beispielsweise bei schwimmenden Materialien, muss dies entsprechend begründet werden.
Nach der Bebrütung wird das Produkt dem Sterilisationsprozess unterzogen. Im Anschluss erfolgt die Sterilitätsprüfung, bei der das Kulturmedium auf mikrobielles Wachstum untersucht wird.
Overkill-Methode
Die Wirksamkeit der mikrobiellen Inaktivierung gemäß ISO 17665 kann auf unterschiedlichen Wegen nachgewiesen werden, beispielsweise auf Basis des Bioburdens, durch ein kombiniertes Verfahren aus Bioburden und biologischen Indikatoren oder mittels des Overkill‑Verfahrens. Werden biologische Indikatoren eingesetzt, müssen diese den Anforderungen der ISO 11138‑1 und ISO 11138‑3 entsprechen. Die Anwendung kann dabei sowohl durch direkte Beimpfung des Produkts als auch durch das Einbringen beimpfter Keimträger in das Produkt erfolgen. Wird das Produkt selbst beimpft, kann es als biologischer Indikator betrachtet werden.
Während Verfahren auf Basis von Bioburden dessen Kenntnis voraussetzen, gilt das Overkill‑Verfahren als konservativer Ansatz, da der Bioburden hierbei nicht berücksichtigt wird. Dieses Verfahren wird häufig zur Validierung wiederverwendbarer Medizinprodukte eingesetzt und zielt darauf ab, ein Sterilitätssicherheitsniveau (SAL) von höchstens 10⁻⁶ zu erreichen.
Im Rahmen der Validierung werden verpackte biologische Indikatoren oder Prüfkörper (PCDs) gezielt an den am schwierigsten zu sterilisierenden Stellen innerhalb der Beladung positioniert. Dabei sollte die Beladung so gewählt werden, dass sie mindestens die Anforderungen der späteren Routinebeladung widerspiegelt oder diese übertrifft.
Für Medizinprodukte, die in Gesundheitseinrichtungen im Autoklav aufbereitet werden, wird üblicherweise der Einsatz von etwa 5 bis 12 biologischen Indikatoren pro Beladung als ausreichend angesehen. Unabhängig davon müssen bei der Platzierung alle relevanten Prüfbereiche des Produkts berücksichtigt werden. Bei komplexen Konfigurationen wie Mehrprodukt‑Trays oder vollständigen Sets kann es erforderlich sein, eine höhere Anzahl biologischer Indikatoren einzusetzen, um eine angemessene mikrobiologische Prüfbelastung sicherzustellen. Beim Overkill-Verfahren gibt es zwei Vorgehensweisen, die Validierung mit halbem Zyklus (halbe Haltezeit) oder mit anteiliger Haltezeit mit Zyklusberechnung.
Nach der Prüfung der mikrobiellen Inaktivierung wird zudem noch die thermometrische Prüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass auch an der gesamten Beladung die notwendigen Temperaturen erreicht werden. Zudem sollte auch die Trockenheit der Beladung untersucht werden. Wenn möglich, sollten biologische Indikatoren in der Beladung an Stellen neben den Temperatursensoren eingebracht werden. In der Praxis wird die Trocknung, Temperaturmessung und die SAL-Prüfung oft getrennt voneinander durchgeführt.
Festlegung des Testaufbaus und Validierung
So viel zur Theorie – doch wie wird eine Sterilisationsvalidierung in der Praxis umgesetzt? Zunächst ist anzumerken, dass sich dieser Artikel auf wiederaufbereitbare Medizinprodukte konzentriert. Aspekte der Produktreinheit vor der Sterilisation werden daher nicht im Detail behandelt, obwohl sie für den Erfolg einer Aufbereitungs- und Sterilisationsvalidierung von entscheidender Bedeutung sind. Insbesondere die Benannten Stellen legen zunehmend Wert auf den Nachweis der Reinheit von Medizinprodukten vor der Sterilisation, da verbleibende Verunreinigungen die Wirksamkeit des Sterilisationsprozesses beeinträchtigen können.
Wie bereits bei der Reinigungsvalidierung können auch für die Sterilisationsvalidierung Produktfamilien gebildet und ein repräsentatives Produkt ausgewählt werden. Dieses muss jedoch nicht zwangsläufig identisch mit dem Worst-Case-Produkt der Reinigungsvalidierung sein. Für die Auswahl sind vielmehr sterilisationsrelevante Eigenschaften wie Material, Oberfläche, vorhandene Lumen sowie die Abmessungen des Produkts maßgeblich. Unterschiedliche Materialien und Wandstärken beeinflussen beispielsweise die Wärmeaufnahme und den Temperaturverlauf während des Sterilisationsprozesses und können damit einen erheblichen Einfluss auf das Validierungsergebnis haben.
Nach der Auswahl des repräsentativen Produkts beginnt die detaillierte Planung der Validierung. Während die Validierung des Sterilitätssicherheitsniveaus häufig im Halbzyklus erfolgt, werden Temperaturverteilung und Trocknungsleistung üblicherweise im Vollzyklus untersucht. Bereits in dieser Phase muss festgelegt werden, an welchen Positionen biologische Indikatoren und Temperatursensoren angebracht werden. Die Auswahl dieser Prüfstellen sollte nachvollziehbar begründet werden und sich an den Bereichen orientieren, die am schwierigsten zu sterilisieren beziehungsweise zu trocknen sind.
Ebenso wichtig ist die Festlegung der Beladungskonfiguration. Die gewählte Beladung sollte einen Worst-Case-Zustand darstellen und mindestens die Anforderungen der späteren Routinebeladung abbilden. Bestehen verschiedene Möglichkeiten, Trays zu bestücken, müssen diese bewertet und die ausgewählte Konfiguration nachvollziehbar begründet werden. Gleiches gilt für die Verpackung der Produkte. Werden die Medizinprodukte beispielsweise in Pouches sterilisiert, sollten die Anzahl der Verpackungslagen, etwa einfach oder doppelt, sowie die verwendeten Pouch-Materialien und deren Eigenschaften eindeutig definiert werden. Nur durch eine sorgfältige Planung und Begründung aller relevanten Einflussfaktoren kann sichergestellt werden, dass die Ergebnisse der Sterilisationsvalidierung belastbar und auf den späteren Routinebetrieb übertragbar sind.
Trocknungsvalidierung
Neben der eigentlichen Sterilisation im Autoklaven spielt die Trocknung eine entscheidende Rolle für die Aufrechterhaltung der Sterilität. Regulatorisch wird gefordert, dass Medizinprodukte nach der Aufbereitung trocken und unbeschädigt vorliegen, da verbleibende Feuchtigkeit die Sterilbarriere beeinträchtigen und das Risiko einer Rekontamination erhöhen kann. Entsprechend ist die Trocknungsvalidierung als integraler Bestandteil der Gesamtprozessvalidierung zu betrachten.
In der Praxis ergeben sich hierbei jedoch häufig technische Herausforderungen. Komplexe Produktgeometrien, Materialien mit hoher Wärmekapazität oder dichte Verpackungskonzepte können dazu führen, dass Kondensat zurückbleibt. Besonders anspruchsvoll sind Beladungskombinationen mit unterschiedlich schweren Produkten oder Trays mit eingeschränkter Luftzirkulation. Eine systematische Risikoanalyse sowie gezielt definierte Testkonfigurationen sind daher unerlässlich, um eine ausreichende Trocknung unter allen relevanten Bedingungen nachzuweisen.
Ausblick
Nach erfolgreicher Validierung bildet der dokumentierte Sterilisations- und Trocknungsprozess die Grundlage für die Markteinführung und den anschließenden Routinebetrieb. Sobald das Produkt am Markt ist, gewinnen Rückmeldungen aus der Praxis zunehmend an Bedeutung. Erkenntnisse aus der Marktüberwachung, Reklamationen oder Hinweise aus Audits liefern wertvolle Informationen zur tatsächlichen Prozessrobustheit.
Diese Rückmeldungen sollten systematisch ausgewertet und im Rahmen des Change‑ und Risikomanagements berücksichtigt werden. So tragen sie nicht nur zur Einhaltung regulatorischer Anforderungen bei, sondern unterstützen auch die kontinuierliche Verbesserung von Produkten und Prozessen über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
Bitte beachten Sie, dass alle Angaben und Auflistungen nicht den Anspruch der Vollständigkeit haben, ohne Gewähr sind und der reinen Information dienen.
