目的:研究制藥企業(yè)潔凈車間經(jīng)臭氧消毒后微生物群落的組成及分布規(guī)律,分析臭氧消殺效果,為制藥企業(yè)相同空間消毒方式提供數(shù)據(jù)參考。方法 采用基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)技術(shù)和全自動(dòng)微生物分析系統(tǒng)(VITEK®2Compact)鑒定方法,對(duì)收集的浮游菌和沉降菌進(jìn)行鑒定分析。結(jié)果 776株菌均鑒定到屬水平,消毒前427株菌,消毒后339株菌,A、B、C 3家企業(yè)減少比例分別為22%、19%和23%。消毒前后優(yōu)勢(shì)菌屬均為葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬,消毒效果最明顯為微球菌屬和考克菌屬,消毒效果最差為芽孢桿菌屬。其中人員更衣區(qū)污染菌量減少比例最少,企業(yè)B在消毒后的A級(jí)灌裝區(qū)仍能采集到污染菌,說(shuō)明臭氧消毒未完全覆蓋可能出現(xiàn)的微生物污染風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)論:臭氧消毒是潔凈車間空間消毒的常用方式,定期分析消毒后微生物種群,進(jìn)一步提高消毒水平,保證藥品生產(chǎn)有效性、安全性。
??Part.00引 言
微生物污染是影響藥品質(zhì)量的重要因素,也是引發(fā)藥品安全事故的重要原因[1]。目前,多數(shù)制藥企業(yè)結(jié)合藥品生產(chǎn)特性,多采用不同級(jí)別潔凈車間來(lái)最大限度降低微生物、微粒和熱原的污染,從而減少終產(chǎn)品的微生物污染。各國(guó)的藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范和相關(guān)指導(dǎo)原則都對(duì)潔凈車間提出較高要求[2-4],制藥企業(yè)不僅需要建立完善的微生物環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃,了解生產(chǎn)過(guò)程的微生物負(fù)載情況,更要掌握其污染微生物的分布、組成、來(lái)源,確立警戒限與糾偏限,以便對(duì)潔凈區(qū)人員操作規(guī)程、清潔和消毒程序、設(shè)施設(shè)備的管理等生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,保證潔凈區(qū)處于正常的運(yùn)行和良好的受控狀態(tài)。
目前,制藥企業(yè)對(duì)潔凈車間污染微生物的研究大多停留在先根據(jù)培養(yǎng)特征進(jìn)行分類,再通過(guò)幾個(gè)基礎(chǔ)生化反應(yīng)試驗(yàn)檢索微生物的所屬范圍,最后選擇合適的生化試驗(yàn)條件將微生物鑒別到種[5],該方法操作繁瑣、周期長(zhǎng),當(dāng)藥品受到微生物污染時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)溯源難、應(yīng)變慢等問(wèn)題。采用基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(matrix-assisted laser desorption ionization timeof-flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)或16S核糖體RNA(16S rRNA)基因測(cè)序方法,對(duì)表面蛋白或DNA進(jìn)行檢測(cè),快速鑒定到微生物種或?qū)?,且?duì)不常見(jiàn)的生化型及難培養(yǎng)的微生物等也有很好的鑒定能力,是近幾年對(duì)大容量污染菌鑒定的主要技術(shù)手段,在復(fù)雜的菌種鑒定方面有廣闊的應(yīng)用前景[6-8]。
本研究對(duì)以臭氧為空間消毒的A、B、C 3家制藥企業(yè),按照《中國(guó)藥典(2020年版)》四部要求進(jìn)行采樣,采用MALDI-TOF MS和全自動(dòng)微生物分析系統(tǒng)(VITEK®2 Compact)對(duì)搜集的環(huán)境菌株進(jìn)行鑒定。依據(jù)鑒定結(jié)果,統(tǒng)計(jì)3家制藥企業(yè)環(huán)境菌的組成、數(shù)量、分布規(guī)律,分析臭氧消殺效果,為相同空間消毒方式制藥企業(yè)提供數(shù)據(jù)參考。
Part.01材料與方法
1.1主要儀器
MALDI-TOF MS和VITEK®2 Compact全自動(dòng)微生物分析系統(tǒng)購(gòu)自法國(guó)生物梅里埃公司;DM500生物顯微鏡(德國(guó)Leica公司);二級(jí)生物安全柜(新加坡ESCO);CHP-9080型隔水式恒溫培養(yǎng)箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司);STIK BI-450A型生化培養(yǎng)箱(施都凱儀器設(shè)備有限公司)。
1.2培養(yǎng)基與試劑
胰酪大豆胨瓊脂(tryptic soytone agar,TSA)培養(yǎng)基(批號(hào):221127)、沙氏葡萄糖瓊脂(sabouraud dextrose agar,SDA)培養(yǎng)基(批號(hào):220506)、革蘭氏染色液(批號(hào):221026)、霉菌染色液(批號(hào):221206)均購(gòu)自北京陸橋技術(shù)股份有限公司;VITEK®MS-α-氰基-4-羥基肉桂酸(α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid,CHCA,批號(hào):1009312950)、革蘭氏陰性細(xì)菌鑒定卡(VITEK2 GN,批號(hào):2412606503)、革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌鑒定卡(VITEK2 GP,批號(hào):2422260503)、棒狀桿菌鑒定卡(VITEK2CBC,批號(hào):2462188203)、厭氧菌及棒狀桿菌鑒定卡(VITEK2 ANC,批號(hào):2442208503)及芽孢桿菌鑒定卡(VITEK2 BCL,批號(hào):2392931203)均購(gòu)自法國(guó)生物梅里埃公司。
1.3方法
1.3.1 采集與培養(yǎng)
企業(yè)A、B、C設(shè)定臭氧濃度均為20~30 mg/m3,其中A企業(yè)為大容量注射劑,平均環(huán)境溫度為22℃,平均濕度為45%,潔凈區(qū)分為A、C、D級(jí),臭氧消毒時(shí)間為2 h,采集時(shí)間為2023年1月;B企業(yè)為小容量注射劑,平均環(huán)境溫度為20℃,平均濕度為48%,潔凈區(qū)分為A、B、C級(jí),臭氧消毒時(shí)間為1 h,采集時(shí)間為2023年7月;C企業(yè)為原料藥,平均環(huán)境溫度為23℃,平均濕度為45%,潔凈區(qū)均為D級(jí),臭氧消毒時(shí)間為1.5 h,采集時(shí)間為2023年8月。
依據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈室(區(qū))沉降菌的測(cè)試方法》(GB/T16294-2010)和《醫(yī)藥工業(yè)潔凈室(區(qū))浮游菌的測(cè)試方法》(GB/T 16293—2010)布置采樣點(diǎn),通過(guò)空氣沉降和針孔式采樣器進(jìn)行樣本采集,采集完成后將TSA平板倒置32.5℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2~3 d。
1.3.2 分離與純化
挑取TSA平板中菌落,分別進(jìn)行2次以上TSA或SDA平板劃線分離純化。
1.3.3 微生物的鑒定
取分離純化后的菌株,進(jìn)行革蘭氏染色或霉菌染色鏡檢,初步判斷所得菌株類型后按照不同儀器要求進(jìn)行菌種鑒定。
(1) VITEK®2 Compact法:依據(jù)革蘭氏染色鏡檢結(jié)果選取相應(yīng)鑒定卡,制備適宜濃度的菌懸液后進(jìn)行鑒定。
(2) MALDI-TOF MS法:按照VITEK®MS標(biāo)本準(zhǔn)備流程,加樣于靶點(diǎn)上,加入1µL CHCA基質(zhì)液,室溫自然揮干,干燥后放入MALDI-TOF MS儀器中,啟動(dòng)程序獲取質(zhì)譜圖,將待測(cè)菌株與儀器數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配,利用Myla軟件進(jìn)行查詢。
Part.02結(jié)果
2.1環(huán)境菌的種類
(1)推動(dòng)藥材GAP的實(shí)施
對(duì)3家企業(yè)臭氧消毒前后進(jìn)行浮游菌和沉降菌收集,共計(jì)766株菌,其中A企業(yè)消毒前收集108株菌,消毒后收集84株菌;B企業(yè)消毒前收集208株菌,消毒后收集169株菌;C企業(yè)消毒前收集111株菌,消毒后收集86株菌。對(duì)766株菌進(jìn)行鏡檢染色,消毒前427株菌為24株真菌、265株G+球菌、37株G-球菌、59株G+桿菌、42株G-桿菌;消毒后收集339株菌為11株真菌、215株G+球菌、33株G-球菌、57株G+桿菌、23株G-桿菌。具體見(jiàn)圖1。
圖1 3家制藥企業(yè)收集菌株形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)圖
2.2環(huán)境菌的分離純化
(1)提取工藝優(yōu)化
對(duì)收集的環(huán)境菌分別進(jìn)行傳代,并同時(shí)進(jìn)行鏡檢,使用紛騰H9掃描儀,采用RGB模式,分辨率600 ppi,對(duì)2~4代進(jìn)行1∶1掃描。圖2結(jié)果顯示,部分分離的菌落形態(tài)特征有明顯變化,如某株環(huán)境菌2代菌落顏色為白色,革蘭氏染色為陽(yáng)性球菌;3代菌落為淡黃色,革蘭氏染色為陽(yáng)性球菌;4代菌落顏色為金黃色,革蘭氏染色為陽(yáng)性球菌。對(duì)2、3、4代菌落分別經(jīng)MALDI-TOF MS鑒定均為藤黃微球菌,菌落典型特征應(yīng)呈金黃色。因此,對(duì)收集的環(huán)境菌進(jìn)行傳代不僅可以達(dá)到分離純化的目的,也有利于環(huán)境菌典型特征恢復(fù)。
注:A.2代;B.3代;C.4代。
圖2 菌株掃描圖
2.3菌株鑒定結(jié)果
對(duì)搜集到776株菌,經(jīng)MALDI-TOF MS和VITEK®2 Compact鑒定到屬水平占比100%,對(duì)臭氧消毒前后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,具體見(jiàn)圖3。消毒前后占比數(shù)量最多的優(yōu)勢(shì)菌屬為葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬,臭氧消毒后占比提高的為芽孢桿菌屬,其余菌屬均有所下降,占比下降最多的為微球菌屬和考克菌屬。
圖3 3家制藥企業(yè)潔凈車間臭氧消毒前后微生物群落組成圖
注:A.消毒前;B.消毒后。
統(tǒng)計(jì)臭氧消毒后3種優(yōu)勢(shì)菌屬的菌種類別可得,企業(yè)A葡萄球菌屬鑒定到屬水平為42株,最多的是表皮葡萄球菌和人葡萄球菌,均為14株;芽孢桿菌屬鑒定到屬水平為14株,最多的是枯草芽孢桿菌,為3株;微球菌屬鑒定到屬水平為4株,均為藤黃微球菌。企業(yè)B葡萄球菌屬鑒定到屬水平為42株,最多的是人葡萄球菌和表皮葡萄球菌,分別為13株和11株;芽孢桿菌屬鑒定到屬水平為24株,最多的是高度/短小芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌,分別為11株和4株;微球菌屬鑒定到屬水平為35株,最多的是藤黃微球菌,為30株。企業(yè)C葡萄球菌屬鑒定到屬水平為40株,最多的是腐生葡萄球菌,為30株;芽孢桿菌屬鑒定到屬水平為7株,最多的是蠟樣芽孢桿菌,為3株;微球菌屬鑒定到屬水平為4株,均為藤黃微球菌,具體見(jiàn)圖4。
圖4 臭氧消毒后葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬的菌株分布
2.4臭氧消毒前后菌株的分布情況
按照不同潔凈級(jí)別統(tǒng)計(jì)3家制藥企業(yè)臭氧消毒前后菌株的分布情況,企業(yè)A中在人員更衣區(qū)、緩沖區(qū)、核心生產(chǎn)區(qū)(C級(jí))消毒后環(huán)境污染菌減少比例最少,其中人員更衣區(qū)(D級(jí))消毒后檢出環(huán)境污染菌多于消毒前;企業(yè)B中人員更衣區(qū)(B、C級(jí))、緩沖區(qū)、衛(wèi)生清潔區(qū)(C級(jí))消毒后環(huán)境污染菌減少比例最少;企業(yè)C中人員更衣區(qū)、緩沖區(qū)、核心生產(chǎn)區(qū)(D級(jí))消毒后環(huán)境污染菌減少比例最少。3家制藥企業(yè)臭氧消毒前后菌株分布情況詳見(jiàn)表1~表3。
表1 企業(yè)A臭氧消毒前后菌株的分布情況
表2 企業(yè)B臭氧消毒前后分布情況
表3 企業(yè)C臭氧消毒前后分布情況
Part.03討論
3.1采集樣本的代表性
本研究選取的3家制藥企業(yè)均符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范生產(chǎn)車間要求,潔凈分區(qū)明確,處于同一地域,潔凈車間溫濕度基本一致,在不同采集時(shí)間,對(duì)臭氧消毒前進(jìn)行全面采集,是為了盡可能多地采集環(huán)境污染菌種類和數(shù)量,收集菌株具有一定的代表性;臭氧消毒濃度基本一致,對(duì)臭氧消毒后進(jìn)行全面采集,是為了研究在不同條件(包括消毒時(shí)間、生產(chǎn)工藝、藥品種類)下臭氧的消殺效力,評(píng)價(jià)臭氧消毒效率,使得出的結(jié)論更具有客觀性。微生物鑒定方法選擇MALDI-TOF MS和VITEK®2 Compact,利用鑒定不同原理,不同數(shù)據(jù)庫(kù),相互驗(yàn)證鑒定結(jié)果,準(zhǔn)確率高,鑒定結(jié)果可靠。
3.2環(huán)境菌分離和純化
本研究收集的臭氧消毒后菌株因受到長(zhǎng)期低營(yíng)養(yǎng)、化學(xué)消毒劑的作用等因素的影響,代謝活動(dòng)被抑制,部分菌株不呈典型菌落形態(tài)特征,生化反應(yīng)不典型,分離劃線需要延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間或更換培養(yǎng)條件,如使用血平板或兼性厭氧條件,對(duì)環(huán)境菌的選擇和鑒定有較大影響。需要檢驗(yàn)人員具備科學(xué)的判斷,優(yōu)化培養(yǎng)條件,盡量恢復(fù)環(huán)境菌典型特征,避免有漏檢、錯(cuò)檢的環(huán)境微生物存在。
此外,進(jìn)行2次以上TSA平板劃線后,對(duì)培養(yǎng)皿菌落顏色、形狀、邊緣、光澤等形態(tài)特征進(jìn)行判定,對(duì)培養(yǎng)特征一致的培養(yǎng)皿,挑取不同菌落進(jìn)行MALDI-TOF-MS和VITEK®2 Compact鑒定,有的為相同屬、不同種,如溶血葡萄球菌和沃氏葡萄球菌,有的為相同科、不同屬,如溶酪巨球菌和人葡萄球菌。因此,僅憑培養(yǎng)特征判定是否已經(jīng)達(dá)到分離純化目的是不可靠的,還需要有適當(dāng)?shù)蔫b定,判定是否需要繼續(xù)傳代純化,保證鑒定結(jié)果準(zhǔn)確性。
3.3潔凈區(qū)污染源分析
消毒前共收集427株污染環(huán)境菌,數(shù)量最多的為葡萄球菌屬,這類菌株常附殖于人的眼、鼻、口、耳、喉、頭和手[9-10],從事藥品生產(chǎn)的人員由于消毒不徹底、動(dòng)作幅度過(guò)大、缺乏無(wú)菌操作意識(shí)等原因,帶入人源性污染。高抗性芽孢桿菌屬和曲霉菌屬?gòu)V泛分布于空氣、土壤和水中,是自然界常見(jiàn)微生物之一[11],主要存在于物料與包材中,屬于因滅菌不徹底引入的污染。微球菌屬污染最多的是藤黃微球菌,占80%以上,該菌同葡萄球菌屬主要來(lái)源潔凈區(qū)工作人員。不動(dòng)桿菌屬是檢出最多革蘭氏陰性菌,該類微生物在皮膚和物料上均有檢出,因粘附力極強(qiáng),可能成為貯菌源[12],造成同一區(qū)域多次檢出,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該菌屬的污染控制,防止擴(kuò)散。
3.4臭氧消殺效果分析
臭氧是一種強(qiáng)氧化性氣體,具有高效、廣譜、無(wú)二次污染、殺菌徹底等優(yōu)點(diǎn),是常用的空間消毒劑[13]。3家制藥企業(yè)臭氧消毒時(shí)間均不少于30 min,都是在消毒換氣后立即進(jìn)行全面采樣。根據(jù)研究可得,臭氧消毒后共收集339株菌,A、B、C 3家制藥企業(yè)潔凈車間內(nèi)污染菌減少比例分別為22%、19%和23%。消毒前后優(yōu)勢(shì)菌屬均為葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬,消毒效果最明顯為微球菌屬和考克菌屬,消毒效果最差為芽孢桿菌屬。其中人員更衣區(qū)污染菌量減少比例最少,企業(yè)B在消毒后的A級(jí)灌裝區(qū)仍能采集到污染菌,說(shuō)明臭氧消毒未完全覆蓋可能出現(xiàn)的微生物污染風(fēng)險(xiǎn),企業(yè)應(yīng)積極分析影響因素,優(yōu)化消毒條件、聯(lián)合使用紫外線照射或過(guò)氧化氫發(fā)生器等手段,提高臭氧消毒效力,或?qū)⒊粞跸竞蟪霈F(xiàn)頻次高、難殺滅的菌種納入表面消毒劑驗(yàn)證范圍,進(jìn)一步提高消殺效果,保證藥品生產(chǎn)有效性、安全性。
3.5臭氧消殺效果影響因素分析
根據(jù)調(diào)研,潔凈車間在臭氧消毒時(shí)有以下情況:
(1)因設(shè)施設(shè)備影響部分區(qū)域面積大且距離臭氧發(fā)生端遠(yuǎn),無(wú)法全部維持高濃度消毒劑量;
(2)消毒前污染微生物數(shù)量多、種類多,各種微生物因生物結(jié)構(gòu)不同,臭氧對(duì)其消殺效果也不同;
(3)污染微生物負(fù)載量大的區(qū)域,具有團(tuán)聚的趨勢(shì),消毒時(shí)會(huì)有類似臭氧抗性的效果[14];
(4)通常潔凈車間的相對(duì)濕度控制在45%~65%,小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的大于等于70%要求[15],會(huì)影響臭氧消毒器的消毒效果;
(5)缺乏對(duì)消毒時(shí)間的驗(yàn)證。
綜上所述,制藥企業(yè)潔凈車間的環(huán)境控制是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù),建立微生物數(shù)據(jù)庫(kù),科學(xué)分析每一項(xiàng)管理措施,驗(yàn)證合理有效的清潔消毒方式,最大程度減少微生物污染的可能性,使產(chǎn)品的質(zhì)量處于持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展方向。
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撰稿人 | 曲璐,程紅杰,陳超杰,李朋烏,趙新霞責(zé)任編輯 | 邵麗竹審核人 | 何發(fā)