Pourquoi réaliser une étude de valeur D au contact direct d’un produit liquide?

Partie 1

par Laurent BERLIET et Silvia RIZZI de Mesa Labs France

Lors de la stérilisation d'un produit liquide aqueux à la vapeur, on valide généralement sa stérilisation à l'aide d'un indicateur biologique commercial (BI) sous forme d’une ampoule submersible, conforme à la norme ISO 11138-3, suspendue dans la position la plus froide de la masse liquide (Spore-News-Vol-7-No-5.pdf), indiquant si les conditions spécifiques de stérilisation ont été correctement remplies. Les indicateurs biologiques tels que le MagnaAmp ou le SterilAmp se présentent sous forme d’une ampoule en verre scellée, avec des spores de Geobacillus stearothermophilus ou Bacillus subtilis 5230 ensemencées dans un milieu de culture avec un indicateur coloré qui changera de couleur si des spores survivent. Ces BI ont une résistance connue, conformément aux normes, mesurée dans un résistomètre (ISO 18472) et exprimé par la valeur D et une population qui caractérisent chaque lot fabriqué.

En fonction de la sensibilité thermique du produit liquide à traiter, il existe deux approches couramment utilisées, la méthode Overkill et la Méthode Bioburden / Indicateur Biologique. La méthode Overkill étant la méthode privilégiée (car la plus simple) lorsque les articles stérilisés peuvent résister à une exposition prolongée au processus de stérilisation. Elle peut être validée à l'aide d'un BI conforme à la norme ISO 11138 avec une valeur D121 ≥ 1,5 min et une population ≥ 105 ; cependant, une population de 10e6 est plus couramment utilisée et recommandée. Cette méthode permet d’inactiver des BIs avec une concentration élevée d’organismes Spore News // 2 SPORES DON’T LIE™ très résistants et ne nécessite pas necessairement une surveillance ou un contrôle constant de la biocharge.

Pour les produits sensibles à la chaleur et avec des cycles avec des F0 faibles, la méthode Biocharge / BI est préférable avec la possibilité d'utiliser un indicateur biologique sous forme d’une ampoule submersible (BI) inoculée avec soit une population inférieure (10e4) de G. stearothermophilus soit une autre souche comme B. subtilis 5230 (un organisme moins résistant).

Dans ce SporeNews, nous discuterons des produits non sensibles à la chaleur stérilisés à l'aide de la méthode Overkill, tandis que les produits thermosensibles et la méthode BI-Bioburden seront discutés dans le prochain sujet. Ces différentes méthodes de validation sont traitées dans l'ISO 11138-7, Pharmacopée américaine (USP) et Pharmacopée européenne (EP).

Pourquoi doit-on réaliser une étude de valeur D en contact direct produit alors que l’on utilise un BI conforme à la norme ISO 11138-3 pour un cycle Overkill ?

Comme indiqué dans les versions récentes de l'USP et de l'EP, les propriétés du matériau stérilisé peuvent influencer de manière significative la résistance / la létalité des micro-organismes, en particulier pour les produits liquides.

USP 40 1229.2 Moist Heat Sterilization of Aqueous Liquids

“BIOLOGICAL INDICATORS

The selection of a BI must be considered carefully because of the balance that must be maintained between attaining sterilization and maintaining the sterilized material’s essential quality attributes. The biological challenge is either directly inoculated into a liquid-filled container or is introduced via self-contained units provided there is adequate correlation between their resistance and the resistance that would occur in the process fluid. The liquid can be either the product or a surrogate fluid. The resistance of the indicator in the product (and surrogate fluid, where used) must be known. The surrogate’s physical properties should approximate those of the product. If there are surfaces within the container that are not presterilized, biological challenge of those surfaces may be required.

LIQUID D-VALUE DETERMINATION

Determination of the thermal resistance (D-value and z-value) for the biological indicator in the liquid is required. This must be performed in a Biological Indicator Evaluation Resistometer (BIER) in replicate. The thermal resistance of each BI lot in the liquid should be determined. When a surrogate liquid is used for convenience (e.g., a master solution approach) or because of microbial Spore News // 3 SPORES DON’T LIE™ inhibition of the BI by the liquid, the thermal resistance in the surrogate must be determined.”

European Pharmacopoeia 9.2 :2017

5.1.2.2 “Spores inoculated into a product or onto surfaces are known to react differently to sterilizing conditions as compared to biological indicator units. In these cases, commercially available biological indicator units may not be suitable to test sterilization effectiveness and an inoculated test product/item prepared from a well-characterized spore suspension may be a better model to evaluate the effectiveness of the sterilization cycle.”

Étant donné que la résistance d'un BI vapeur standard est mesurée sur G. stearothermophilus inoculé dans un milieu de culture avec indicateur coloré (de pH) scellé dans une ampoule de taille variable, la question que l’on doit se poser est : quelle serait la valeur D si les spores de G. stearothermophilus avaient été directement inoculées dans le produit ? est-ce que la valeur D des spores en contact direct avec le produit serait inférieur ou supérieur à la valeur D indiquée sur le certificat d'analyse du BI normé ?

La valeur D121 pour les BI d'ampoules liquides est généralement comprise entre 1,5 et 2,5 min. Le but de cette analyse de la valeur D en direct dans produit stérilisé est d’évaluer l'impact du produit sur les microorganismes pour s'assurer que l'IB utilisé pour valider le cycle représente bien un challenge suffisant pour garantir un niveau d'assurance de stérilité (NAS) atteint sur le produit stérilisé. Cette étude préliminaire permet également de déterminer le plus précisément possible le cycle à appliquer pour obtenir un NAS de 10e-6 et donc pouvoir revendiquer et garantir la stérilité de son produit. Il est indispensable de réaliser cette étude lors de l'élaboration du produit. Pour les cycles existants, une étude de valeur D du produit permettra de confirmer le choix qui a été historiquement défini et surtout se conformer aux normes actuelles.

Commençons, par exemple, par considérer un produit liquide classique, filtrable non thermosensible, stérilisable avec une approche Overkill. L’étude nécessitera la production d’un certain nombre d'ampoules en verre (ou dispositifs préremplies) contenant le produit à analyser puis inoculés avec une population de 10e 6 G. spores de stearothermophilus par ampoule et scellées.

Pour comparer la valeur D obtenue dans le produit liquide à la valeur D d’un BI standard sous forme d’ampoule, il est également recommandé de sélectionner une culture de spores ayant servi à la fabrication de ces mêmes BIs, d’effectuer le test sous les mêmes paramètres et avec le même équipement utilisé pour tester ces BI standard. Lorsque cela est possible, pour les petits volumes (seringues préremplies, ampoules), l'étude peut aussi être réalisée sur le dispositif complet Spore News // 4 SPORES DON’T LIE™ avec le contenant. Pour ces raisons, il est toujours préférable d'effectuer ces études de valeur D par le fabricant des BI qui seront utilisés pour la validation pour une comparaison optimale. Si ce n'est pas possible, alors il est impératif que le laboratoire tiers procède à une comparaison en parallèle avec le BI qui sera utilisé, dans ses propres conditions pour obtenir des résultats comparables.

Le laboratoire d’études contractuelles de Mesa a acquis un haut niveau d’expertise et d’expérience au fil des ans en se spécialisant dans la réalisation d'études de valeur D sur les produits pharmaceutiques liquides, bouchons et même des dispositifs complets (tels que des seringues préremplies) pour intégrer toutes les contraintes liées à la stérilisation. Toutes nos procédures sont conformes à l'USP / ISO et sont effectuées dans un laboratoire certifié ISO 13485, équipé de différents appareillages d'essai conforme à la norme ISO 18472.

La plupart de ces produits aqueux ont une composition ou une texture qui ne sera pas modifiée pendant le cycle, donc une cinétique de létalité linéaire est généralement obtenue de la même manière qu'un BI standard (ISO 11138 avec r2 > 0,8).

Lorsque la valeur D d'un produit pharmaceutique est analysée, deux types de résultats sont attendus :

La valeur D mesurée dans le produit est inférieure ou égale à la valeur D du BI liquide standard (non significativement différent). Auquel cas, le BI standard représente bien un worst case, et il peut être utilisé pour qualification et validation périodiques : voir la figure 1.

In this example, the G. stearothermophilus inoculated into product has a D₁₂₁-value of 1 minute; therefore, the use of a BI ampoule with a D-value between 1.5 and 2.5 minutes is an appropriate choice.

D-value measured in the product is higher than a standard liquid BI D-value (> 2.5 or 3) then it will be difficult to find BIs with equivalent or higher resistance. In this case, the BI does not represent a worst case: See Figure 2.

In this example, the appropriate solution is to validate the cycle by direct inoculation of the product with G. stearothermophilus spores. This may generate difficulties in terms of feasibility, homogeneity, certification, spore stability, recovery of spores, etc. The inoculation can be done from a spore suspension with a population of 10⁶ or 10⁷/0.1ml, requiring validation of the inoculation method to guarantee the homogeneity of the inoculum into the product. When validation of the inoculation method is not possible with a spore suspension, it is possible to inoculate spores by the introduction of a naked strip directly into the liquid. This will ensure the intended population is certified.

A third pattern could be considered if bioburden is well monitored.

If the bioburden is lower than 10² CFU for example, then with 8 SLRs an SAL of 10^-6 can be claimed. In this case and in theory, a standard BI with G. stearothermophilus 10⁶ can be used to validate an equivalent destruction of 8 SLRs on G. stearothermophilus showing higher resistance due to the product. See Figure 3. This method balances the lower resistance of the standard BI with a larger population than the real bioburden. Of course, the resistance gap must not be too high (<50%) to apply this comparison, which is based on theoretical correlation, and might not be accepted by some auditors or authorities since it goes beyond the framework defined by the validation methods.

In the next Spore News, we will have the opportunity to discuss other study cases such as heat-sensitive products and atypical aqueous liquids products.