Différentes méthodes de stérilisation
Il existe, à ce jour, différentes méthodes de stérilisation. Elles sont citées et commentées dans les guides internationaux relatifs aux Bonnes Pratiques de Fabrication (BPF) annexés aux Pharmacopées respectives :
- Pharmacopée Européenne
- Pharmacopée US
- Pharmacopée Japonaise
Le choix de la méthode de stérilisation incombe à l’industriel, qui doit être à même de pouvoir en démontrer le bien-fondé, l’adéquation avec le produit et l’efficacité attendue.
Définition de la stérilisation
Au regard de la santé publique, de l’hôpital à la conserverie ou de la cosmétique aux manufacturiers de dispositifs médicaux, bien des secteurs de l’ultra-propreté et notamment l’industrie pharmaceutique, sont confrontés à l’absence de micro organisme viable tant dans une étape de fabrication qu’en terme de qualité du produit fini.
Non seulement l’élimination de toute contamination biologique, engendrant un risque infectieux pathogène ou non, apparaît comme une évidence mais la recherche de stérilité est aussi motivée par l’obligation de maîtriser toutes les interactions et stabilités requises. De nombreuses méthodes de stérilisation existent pour cela.
Depuis la prise de conscience de l’existence de micro organismes dans l’infiniment petit avec Louis Pasteur et les premières techniques de Nicolas Appert pour contrôler ceux-ci dans un environnement donné, l’inconscient collectif et donc les autorités s’inquiètent, s’interrogent, doutent face à cet invisible parfois méconnu. La littérature disponible étant prolifique même prolixe, notre objet se limitera à présenter un panorama exhaustif des concepts et méthodes de traitements les plus utilisés actuellement.
LEXIQUE
Micro organisme viable : être microscopique apte à vivre de type unicellulaire, tels que les bactéries, les virus, les champignons, levures et les protistes (algues et protozoaires)
Stérilité : état absolu, probablement démontrable(1), assurant l’absence de micro organismes viables.
Stérile : probablement(1) exempt de micro organismes viables (EN 556-1 : 2001 def 3.4)
Stérilisation : procédé validé visant à rendre un produit exempt de micro organismes viables (selon l’ISO 11139:2001 def 2.42). La stérilisation est donc un traitement ayant pour but d’atteindre l’état de stérilité, c’est à dire pouvoir garantir avec un risque maîtrisé, l’absence de micro organismes viable.
(1) Un produit stérilisé correctement n’est pas « stérile » mais « probablement stérile » ou traité thermiquement avec une Probabilité de Survie d’un Micro Organisme / unité inférieure à 10-6 (PSMO).
MÉTHODES DE STÉRILISATION DISPONIBLES
Il n’y a pas de bonne ou mauvaise technologie de stérilisation : elles donnent toutes d’excellents résultats si elles sont bien adaptées au matériel à traiter (inclus emballage, chargement, environnement…). Toutefois certaines technologies assurent des traitements thermiques réducteurs de la biocharge sans pouvoir atteindre les exigences de stérilité requises par les pharmacopées européennes, japonaises et américaines.
LA VOIE CHIMIQUE
Contact du germe dans des conditions spécifiques avec une ou plusieurs molécules détruisant généralement le métabolisme et surtout le noyau du micro organisme. Ces traitements sont dits « froids » bien qu’utilisant parfois la température comme catalyseur accélérant la réaction. Ils existent en flux continu ou discontinu.
1. La verdunisation / chloration
Soit par immersion dans l’eau javellisée, soit par adjonction d’hypochlorite de sodium gazeux ou liquide sur les surfaces ou dans les ambiances à traiter. Fort potentiel oxydant. Corrosion même sur les inox austéinitiques.
2. L’oxyde d’éthylène
Très rarement pur, plus souvent en mélange basse ou haute pression, avec du gaz carbonique (CO2) ou du protoxyde d’azote, l’oxyde d’éthylène dans des conditions d’humidité et de température très strictes permet d’assurer une stérilisation, selon un coupe concentration en gaz / temps d’exposition. L’exploitation se raréfie dans l’industrie de part les contrôles draconiens d’environnement étant donné les dangers d’exploitation. La désorption est toujours très longue (24 à 48h).
3. L’oxyde de propylène
Généralement utilisé dans l’agroalimentaire, il assure une décontamination de surface.
4. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2)
Fort potentiel oxydant : en milieu liquide par dissolution ou brumisation ou par vaporisation (VHP) sur les surfaces (non pénétrant). Ne laisse aucun résidu. Concentration recommandée de 1 à 2% (M/V); durée de 2 à 24 heures.
Applications : SIP machines, osmoseurs isolateurs, sas matériel, ambiance de ZAC.
| Température (°C) | Concentration H2O2 (mg/L) | PPM | Valeur D en minutes |
| 4 | 0,3 à 0,5 | 350 | 8 à 12 |
| 25 | 1 à 2 | 700 à 1500 | 1 à 2 |
| 37 | 3 à 4 | 2000 à 3000 | 0,5 à 1 |
5. L’ozone
Produite par décharge électrique en atmosphère d’air très sec (O2 pur), ce gaz (O3) instable est très réactif à basse concentration mais aussi irritant, toxique et malodorant. Oxydant fort utilisé comme agent de blanchiment (cires, huiles, textiles…) son action germicide est employée pour désinfecter l’air et l’eau dans l’industrie pharmaceutique.
L’exploitation nécessite des ultraviolets (253 nm) par la dégradation résiduelle. Agent de désinfection et décontamination, habituellement elle ne permet pas de garantir une stérilisation avec SAL 10-6.
6. L’acide péracétique en vapeur
Principalement utilisé pour la décontamination des isolateurs, il est facile à éliminer mais se limite à une action de décontamination (certaines spores résistent). Concentration recommandée : 0,2 à 0,8 % (M/V); 1 à 2 heures.
7. Le gaz plasma de peroxyde d’hydrogène
Techniques fortes d’oxydation des germes. Ce procédé discontinu breveté (sterrad) est accepté et par l’AFSSAPS et validé dans le secteur hospitalier comme technique de stérilisation et pas encore dans l’industrie étant donné la difficulté de garantir l’homogénéité de la concentration en plasma de gaz enrichis d’espèces oxydantes, pendant toute la durée d’exposition, due à l’absorption ou la transformation d’état par la charge.
Le plasma étant un gaz très enrichi énergétiquement en éléments instables, après leur réaction, ils retrouvent leur stabilité en émettant des radiations et en se recombinant en H2O2 + O2.
8. Le formol (formaldéhyde)
Malgré une activité biocide puissante, l’exploitation engendre des risques cancérogènes, mutagènes, reprotoxiques (CMR) pour l’homme. Aussi, par décision de la Commission Européenne 2011/391/UE et du Ministère de l’écologie en France (JO : 14/09/2011), sa mise sur le marché est dorénavant interdite à compter du 01/07/2012 et son utilisation à partir du 01/01/2013.
LES RAYONNEMENTS
Les rayonnements assurent un bombardement (rayonnements électromagnétiques plus ou moins fortement énergétiques) détruisant ainsi les structures internes du noyau des micro organismes. Les traitements s’effectuent à froid en continu ou discontinu sur site ou plus souvent chez un prestataire spécialisé.
1. Les rayonnements UV germicides 253 nm
L’exposition au rayonnement des lampes à ultra-violet dans des conditions très précises (souvent peu respectées) assure la réduction d’une large quantité de germes mais ne peut en aucun cas garantir le terme de stérilisation.
2. Les rayonnements β (béta)
Effectuées dans un centre spécialisé, hors site de production, ce bombardement d’un faisceau d’électrons accélérés dégrade la structure du noyau selon une loi d’effet-dose. Les articles conditionnés sous emballage étanche reçoivent une dose de rayonnement énergétique exprimée en mégarads et donc contrôlée par dosimètre qualifiant l’absorption quantifiée.
3. Les rayonnements γ (gamma)
Toujours réalisés à l’extérieur, l’énergie provient et dépend d’une source radioactive. Le temps d’exposition est donc de plusieurs heures et le rendement plus faible.
4. Les rayonnements X
L’énergie des rayons X obtenue par freinage des électrons accélérés dégrade la structure des chromosomes du noyau des germes. Peu exploité industriellement de part ses rendements.
utilisation à partir du 01/01/2013.
LES MICRO-NANOFILTRATIONS STÉRILISANTES
Aucune action sur le germe, l’effet de «tamisage» sépare et retient les micro organismes en amont des filtres, selon la porosité du medium.
1. Micro-filtration (10-6) stérilisante sur membranes et cartouches
On utilise des cartouches ayant une porosité généralement inférieure au micromètre : < 0,2 μm
- Très utilisé en remplissage aseptique
- Les virus ne sont pas retenus
2. Ultra-filtration (10-7) et Nano-filtration (10-9)
Seuil de filtration permettant la rétention des virus. Toutefois ces techniques sont généralement limitées aux fluides (air et eau) car elles pourraient retenir aussi les molécules pharmaceutiques.
3. Osmose inverse simple ou double
Différente de la filtration, appliquée à l’eau, cette technique dite de solubilisation (diffusion à haute pression), simple ou répétée deux fois, purifie l’eau de ses ions, microbes et pyrogènes par passages forcés sur des membranes spéciales.
Quelques exploitations dans les secteurs agro-alimentaires, notamment pour les jus de fruits.
LES TRAITEMENTS THERMIQUES
Les traitements par thermiques se font via des autoclaves de stérilisations. Plusieurs technologies peuvent être utilisées : autoclave à chaleur sèche, autoclave à chaleur humide, autoclave air/vapeur, autoclave à vapeur saturée, autoclave à eau surchauffée, autoclave à vapeur…
1. Chaleur sèche
C’est une oxydation par combustion en présence d’énergie et d’oxygène. L’intégrité des structures moléculaires est dégradée. Il s’effectue en continu ou discontinu avec pour fluides caloporteurs les plus courants : l’air et la vapeur.
- Continu : Air chaud par tunnel dans l’industrie pharmaceutique
- Discontinu : Air – technique du four / étuve avec 3 étages de filtration absolue de l’air chauffée à 200 – 225 °C par des résistances spécifiques. Cette technique permet aussi la dépyrogénation.
2. Chaleur humide
L’effet stérilisant résulte d’une réaction entre le germe à stériliser et la chaleur humide présente à son contact. La vapeur saturée, l’eau surchauffée ou les mélanges air vapeur sont des complexes hydro-énergétiques, qui en présence de masse plus froide, transféreront leurs calories, qui elles-mêmes dégraderont les structures chromosomiques du noyau des micro organismes.
En présence de vapeur saturée sèche, faiblement humide mais très énergétique, le chauffage sera plus rapide, la condensation intense jusqu’à ce que l’ensemble charge + chambre soit thermiquement homogène.
- Continu :
- Vapeur en tour complète de stérilisation dans l’industrie agroalimentaire pour les produits en berlingots, et notamment la nutrition pour bébé, et occasionnellement dans l’industrie pharmaceutique si les débits de production le permettent (flacons et poches). Assurant une pression de 1 bar en immersion, ces tours de 10 à 15m, horizontales ou verticales, gèrent les différentes phases à l’aide d’une mécanisation continue traversant des barrières hydrauliques type siphon.
- Technique ultra haute température permettant le traitement de liquide à haute température en flux continu réalisé dans des échangeurs à plaques ou à faisceaux tubulaires alimentés en vapeur ou par chauffage à infrarouge (Fo +2 Z).
- Discontinu :
- Subaqual : Consiste en une immersion totale de la charge dans une eau surchauffée
- Eau surchauffée : par ruissellement d’eau surpressée, surchauffée et stérile de haut en bas sur l’ensemble de la charge passant en circulation continue sur échangeur alimenté en vapeur au chauffage et en eau au refroidissement.
- Autoclave air/vapeur : Technique permettant le brassage des 2 gaz de densité différente très adaptée dans l’industrie pharmaceutique aux produits ne nécessitant pas à la technique du vide.
- Autoclave à vapeur saturée : La stérilisation est indépendante du titre de la vapeur (saturée humide ou sèche).
- S.I.P. : Stérilisation en place d’un dispositif de process, généralement par injection temporisée de vapeur pure; le système étant à pression atmosphérique (désinfection à la vapeur dite fluente) ou sous pression de 1 à 2 bars (stérilisation à la vapeur dite « dynamique »).
AUTRES MÉTHODES
Il existe de nombreuses autres méthodes de stérilisation, découvrez ci-dessous une liste non exhaustive des autres procédés de stérilisation.
1. L’énergie lumineuse pulsée
Procédé Pure Bright : Environ 20 000 fois plus énergétique que la lumière solaire, la répétition (1 à 10) de flashes pulsés de lumière (450 nm) de 0,5 à 2 J/cm3 pendant quelques millionièmes de secondes assure, par accumulation d’énergie sur les cibles, sans possibilité de dissiper, une photolyse dénaturant de manière irréversible les acides nucléiques et protéines.
- Les liquides et contenants doivent être transparents.
- Rapidité d’action et absence de résidu.
- Procédé en cours de validation dans l’industrie pharmaceutique.
2. La pascalisation
Traitement dit « hyper-bar » variant de 2000 à 7000 bars (<70°C) pour la destruction des bactéries, levures et champignons filamenteux en agroalimentaire. Le mécanisme est considéré comme diffusion, dilatation, rupture et dégradation de ces micro organismes mais il faut noter que les spores bactériennes peuvent résister à des pressions de 10 000 bars.
3. Les micro-ondes
En l’état actuel des connaissances scientifiques, elles ne sont jamais des agents stérilisants en tant que tels, toutefois elles permettent dans l’air de production de plasma très enrichi en éléments oxydants ou la production de vapeur lorsqu’elles réchauffent très rapidement de l’eau.
Très utilisées dans le traitement des biberons et dans l’agroalimentaire, le traitement est assimilé à une décontamination sauf dans le cas de production de vapeur conforme à la stérilisation vapeur.
