バイオバーデンと細菌エンドトキシン試験：医療機器における方法、違い、実験室の実践を探る

バイオバーデンと細菌エンドトキシン試験は、医薬品および医療機器製造に関連する微生物学の分野における 2 つの重要な概念です。これらの特性と違いを理解することは、医療機器、医薬品、生物材料の安全性と品質を確保するために不可欠です。

これら 2 つのテストでは、医薬品または医療機器の最終的な洗浄および取り扱いプロセスに関連する 2 つの異なる品質特性を評価します。 

• バイオバーデン 試験は定量的なアッセイであり、滅菌前に医療機器に存在する生きた微生物の数と種を評価することを目的としています。
• 細菌性エンドトキシン この検査は定量分析であり、デバイス上に存在する細菌エンドトキシンのレベルを評価します。

バイオバーデン試験

医薬品（液体または粉末）とは異なり、医療機器は溶解、希釈、または分割できる製品ではありません。医療機器のバイオバーデンを分析するには、医療機器から最大量の微生物（細菌または真菌）を殺さずに除去する必要があります。そのためには、微生物の致死を引き起こしたり成長を促進したりすることなく、無機表面から微生物を分離できる中性の溶出液に医療機器を浸す（または充填する）必要があります。次に、医療機器を連続処理（振とう、超音波など）にかけて微生物を除去します。試験対象製品の種類に応じて、いくつかの方法を使用できます。溶出液は固体成長培地に直接含めることができますが、溶出液を濾過してからフィルター膜を固体成長培地（寒天）に移し、微生物の検出のために指定された条件で培養する方法が推奨されます。

スクリーニングの際には、日常的なバイオバーデンとして遭遇する可能性のある微生物の種類を区別することができます (好気性、嫌気性、酵母/カビなど)。また、デバイスの溶出液を分割、濾過、およびさまざまな条件で培養できる、異なる培養条件で微生物を増殖させる必要がある場合もあります。得られた結果は、検証済みの補正係数によって補正/調整し、デバイスに最初に存在する微生物の総数を推定する必要があります。

定期的なバイオバーデン試験を実施する前に、抽出方法を検証し、統計的に医療機器から微生物を 100% 除去することは不可能であることを考慮する必要があります。この方法を検証するには、いくつかの手順が必要です。

1. 抽出の有効性を検証する: いくつかの戦略が考えられます。最も古典的で推奨されるのは、滅菌した器具に、特定の微生物（通常は胞子懸濁液）の既知量を接種することです。 バチルス アトロフェウスまたはジオバチルス・ステアロサーモフィルス次に、回収された微生物の量を接種物中に数えられた量と比較して回収率を決定し、日常的なバイオバーデン試験結果に適用する補正係数を計算します。目的は、デバイスに存在する生きたバイオバーデンの実際の量にできるだけ近づけることです。ISO 11737-1 で推奨されているように、製品の自然なバイオバーデンを使用して非滅菌デバイスを繰り返し抽出するなど、他の方法を使用して試験することもできます。
2. 評価する 体外受精 日常試験（バイオバーデン適合性試験/阻害物質のスクリーニング）で使用される条件： 装置の存在または微生物の物理的抽出により、処理中にバイオバーデン微生物の阻害 (または成長促進) が発生し、テスト対象製品に存在する実際の生きた微生物の量が過小評価される可能性があります。溶出液に接種するには、さまざまな代表的な栄養微生物が使用されます。これらの細菌を溶出液に追加することで、抽出方法または装置の材料を評価し、既知の接種量と比較して回収された微生物の数に影響があるかどうかを確認できます。

バイオバーデンの制御は、微生物汚染や患者や使用者への潜在的な危害を防ぐために不可欠です。これは、適切な施設設計、清掃および消毒手順、人員トレーニング、滅菌技術など、さまざまな手段を通じて達成されます。バイオバーデン レベルの定期的な監視は、制御手段の有効性を確保し、製品の品質と安全性を維持するために不可欠です。

細菌エンドトキシン検査

エンドトキシンはリポ多糖類 (LPS) としても知られ、グラム陰性細菌の外膜の成分です。強力な発熱物質で、人間や動物に発熱や炎症反応を引き起こす可能性があります。エンドトキシン汚染は、患者に重篤な副作用を引き起こす可能性があるため、医薬品製造や埋め込み型医療機器において大きな懸念事項となっています。

エンドトキシンの主な発生源はグラム陰性細菌であり、例えば 大腸菌, シュードモナス菌 緑膿菌, サルモネラ 種。これらの細菌は、原材料、水、設備、製造環境を汚染する可能性があります。エンドトキシンは、原材料の処理、配合、最終洗浄プロセスなど、製造のさまざまな段階で混入する可能性があります。

エンドトキシン試験は、医薬品や医療機器に含まれるエンドトキシンの存在を定量化するために行われます。最も一般的に使用される方法は、エンドトキシンの存在下でのカブトガニの血液の凝固反応を利用するリムルス アメーバサイト ライセート (LAL) アッセイです。結果は、製品または材料の単位あたりのエンドトキシン単位 (EU) で表されます。

エンドトキシン レベルの厳格な制限は、規制ガイドラインと製品固有の考慮事項に基づいて設定されています。これらの制限は、非経口製品の場合は EU/ml (EU/mL)、医療機器の場合は EU/機器で表されます。コンプライアンスを確保するために、製造業者は適切な施設設計、浄水システム、洗浄および消毒手順、製造プロセスの検証など、厳格なプロセス管理措置を実施しています。

エンドトキシンの定期検査は、医薬品の安全性と品質を確保するためにも不可欠です。エンドトキシン検査は、潜在的な汚染源を特定し、管理対策の有効性を評価し、患者の副作用を防ぐのに役立ちます。エンドトキシン検査は、静脈内投与、直接血流内投与、または永久的に埋め込まれる製品にとって特に重要です。

細菌エンドトキシン検査方法

1. カブトガニ変形細胞ライセート (LAL) アッセイ:
   • 説明: エンドトキシンの存在下で凝固するカブトガニの血液細胞を使用します。LAL アッセイには 3 つの種類があります。
     • ゲルクロット法エンドトキシンがゲル状の血栓の形成を引き起こします。
     • 濁度法: エンドトキシンによる濁度の増加を測定します。
     • 発色法: エンドトキシンの相互作用によって生じる色の変化を測定します。
   • メリット: エンドトキシンに対して非常に高い感度と特異性があります。
   • デメリット: 慎重な取り扱いと準備が必要です。
2. 組み換え因子C（rFC）アッセイ:
   • 説明: エンドトキシンと反応するカブトガニ由来のファクターCタンパク質の遺伝子組み換えバージョンを使用しています。
     • メリット: 動物由来製品の使用を避け、非常に特異性が高いです。
     • デメリット: 比較的新しいため、一部のアプリケーションでは検証が必要になる場合があります。

これらの方法は、微生物汚染とエンドトキシンを正確に検出し、定量化することで、製品の安全性と品質を保証します。

バイオバーデン検査と細菌エンドトキシン検査の違いは何ですか?

バイオバーデンとエンドトキシンはどちらも微生物汚染に関連していますが、いくつかの点で異なります。バイオバーデンは、生存可能な微生物を含む微生物の総量に焦点を当てています。バイオバーデン試験は、細菌や真菌を含むあらゆる種類の微生物を考慮し、微生物汚染のより広範な評価を提供します。一方、細菌エンドトキシン試験は、グラム陰性細菌のエンドトキシンの存在を特に対象としています。エンドトキシンには強力な発熱物質があり、人間に重篤な副作用を引き起こす可能性があります。

どちらのテストも、医薬品製造および医療機器生産において重要な役割を果たします。微生物汚染、製品の腐敗、患者や使用者への潜在的な危害を防ぐためには、バイオバーデン レベルの管理が不可欠です。バイオバーデンを定期的に監視することで、管理対策の有効性を確保し、製品の品質と安全性を維持することができます。

細菌エンドトキシン検査は、非経口製品/デバイスおよび埋め込み型医療機器にとって重要です。定期的な検査は、潜在的な汚染源を特定し、管理対策の有効性を評価し、有害反応を防ぐのに役立ちます。

バイオバーデンとエンドトキシンの両方のテストでは、適切な施設設計、清掃および消毒手順、人員トレーニング、滅菌技術を含む堅牢な品質管理システムを製造業者が実装する必要があります。医薬品と医療機器の安全性と有効性を確保するには、規制ガイドラインと製品固有の考慮事項に準拠することが不可欠です。

属性	バイオバーデン	エンドトキシン
定義	製品または表面に存在する生存可能な微生物の総数	特定のグラム陰性細菌の外膜に存在する毒性物質
サイズ測定	通常、単位あたりのコロニー形成単位（CFU）として表される。	単位あたりのエンドトキシン単位（EU）で測定
Origin	空気、水、原材料、人員など、さまざまな発生源から発生する可能性があります。	特定の細菌によって生成され、主に消化管や水中に存在する
プレゼンス	バイオバーデンは生物表面と非生物表面の両方に存在する可能性がある	エンドトキシンはグラム陰性細菌の外膜にのみ存在する。
健康への影響	バイオバーデンが高いと衛生状態が悪く、汚染や感染のリスクが高まる可能性がある。	エンドトキシンは、人間に発熱、炎症、敗血症性ショック、その他の有害反応を引き起こす可能性がある。
試験方法	バイオバーデン試験には、培養法または分子技術による微生物の計数が含まれる。	エンドトキシン検査は通常、リムルスアメーバ細胞溶解物（LAL）アッセイを使用して行われます。

表: バイオバーデンとエンドトキシン試験

まとめ：

バイオバーデンとエンドトキシンは、微生物学、製薬、医療機器製造における 2 つの重要な概念です。バイオバーデンは総微生物負荷に焦点を当てていますが、エンドトキシンはグラム陰性細菌のエンドトキシンの存在に特に焦点を合わせています。バイオバーデン テストは微生物汚染のより広範な評価を提供しますが、細菌エンドトキシン テストは、ヒトに重篤な副作用を引き起こす可能性のあるエンドトキシンに特化しています。両方のテスト方法には制限が確立されており、製造業者は製品の安全性と品質を確保するために堅牢な管理手段を実装する必要があります。バイオバーデンとエンドトキシン レベルを定期的に監視することは、コンプライアンスを維持し、患者やユーザーへの危害を防ぐために不可欠です。

よくある質問（FAQ）

• バイオバーデンまたは細菌エンドトキシン検査を実行する必要がありますか?
• バイオバーデンおよび/または細菌エンドトキシン検査には平均してどのくらいの時間がかかりますか?
• バイオバーデンおよび/または細菌エンドトキシン検査を開始するプロセスはどのようなものですか?

バイオバーデンまたは細菌エンドトキシン検査を実行する必要がありますか?

製造する滅菌デバイスの種類によっては、両方を行う必要がある場合があります。バイオバーデンは初期検証プロセスの一環として実施され、その後、品質管理機能の一環としてデータの監視と傾向把握のために、スケジュールされた頻度 (四半期ごとなど) で実施されます。一方、細菌エンドトキシン検査は、「非発熱性」とラベル付けされたデバイスに対してロットごとに実施する必要があります。

バイオバーデンおよび/または細菌エンドトキシン検査には平均してどのくらいの時間がかかりますか?

バイオバーデン試験は、回収されたバイオバーデン微生物が成長培地上で増殖できるようにするためのさまざまな培養期間が必要なため、通常、実験室で完了するまでに 7 ～ 10 日かかります。

細菌エンドトキシン検査は、デバイス抽出物中に存在するエンドトキシンのレベルを検出するための速度論的化学分析であるため、バイオバーデン検査ほど時間はかかりません。これは、研究室での検査キューに応じて、1 日から 3 日で実施できます。

バイオバーデンおよび/または細菌エンドトキシン検査を開始するプロセスはどのようなものですか?

バイオバーデン テストは、通常の製造および処理プロセスを使用してパッケージ化されているが、滅菌されていないデバイス (通常は 10 個のサンプル) に対して実施されます。滅菌されていないデバイスは、その後、処理のために研究所に送られます。

細菌エンドトキシン検査は、滅菌サンプルでも非滅菌サンプルでも実施できますが (現在の最終滅菌プロセスではエンドトキシン レベルが積極的に低下することは示されていないため)、通常はロット リリース プロセスの一環として滅菌されたデバイスで実施されます。滅菌サンプルは研究所に送られ、デバイスに存在する細菌エンドトキシンのレベルを抽出して定量化し、デバイスが属するカテゴリの許容範囲内であったかどうかを報告します。