Processo di sterilizzazione: come funziona e quale metodo scegliere
Garantire la totale assenza di microrganismi su strumenti, materiali e prodotti è un’esigenza che attraversa settori molto diversi: dal farmaceutico al biomedicale, dal cosmetico all’alimentare. Il processo di sterilizzazione è la procedura che permette di raggiungere questo obiettivo, ed è oggi un pilastro irrinunciabile per la sicurezza sanitaria e la qualità dei prodotti immessi sul mercato. In questo articolo vediamo cos’è la sterilizzazione, quali sono le sue fasi, le tecniche più utilizzate e i criteri per scegliere il metodo più adatto.
In che cosa consiste la sterilizzazione?
La sterilizzazione è un processo controllato che ha lo scopo di eliminare ogni forma di vita microbica, inclusi virus, batteri, funghi e spore, da un oggetto, una superficie o un fluido. A differenza di altre procedure di trattamento microbiologico, deve garantire un livello di sicurezza misurabile e ripetibile, validato attraverso indicatori biologici, chimici e parametri fisici.
Cos’è la sterilizzazione
Dal punto di vista tecnico, la sterilizzazione è l’insieme delle operazioni, fisiche, chimiche o combinate, che portano un oggetto allo stato di “sterile”. Il significato del termine va oltre la semplice riduzione della carica microbica: implica l’eliminazione totale, validata e documentata, di qualsiasi microrganismo vitale, comprese le forme più resistenti come le spore batteriche. Ma poiché il concetto di assoluto in questo ambito non può essere applicato, in realtà per eliminazione totale si assume una probabilità infinitesimale, che per i prodotti farmaceutici sterilizzati terminalmente e per i dispositivi medici è fissata a 10⁻⁶: una probabilità su un milione che un microrganismo sopravviva. Questo valore è noto come SAL (Sterility Assurance Level) e rappresenta il riferimento universalmente accettato per i processi di sterilizzazione validati.
Esistono diversi tipi di sterilizzazione, classificabili principalmente in base all’agente sterilizzante impiegato: calore (umido o secco), agenti chimici (perossido di idrogeno, ossido di etilene, acido peracetico), radiazioni (gamma, beta, UV) o filtrazione meccanica.
Differenza tra disinfezione e sterilizzazione
Comprendere la differenza tra disinfezione e sterilizzazione è essenziale per scegliere la procedura corretta. La disinfezione riduce la carica microbica a livelli considerati sicuri, ma non elimina necessariamente le spore e non garantisce un livello di sterilità misurabile. La sterilizzazione, invece, mira all’azzeramento totale dei microrganismi ed è validata attraverso indicatori biologici, chimici e parametri fisici. In termini pratici, una superficie disinfettata è “pulita” da un punto di vista microbiologico; un oggetto sterilizzato è privo di vita microbica.
Quali sono le 4 fasi della sterilizzazione?
Un processo di sterilizzazione efficace non si esaurisce nel trattamento vero e proprio, ma si articola in quattro fasi sequenziali:
1. Decontaminazione e lavaggio: rimozione meccanica di residui organici e inorganici. Senza questa fase preliminare, l’agente sterilizzante non può raggiungere tutte le superfici. Il lavaggio oggi è considerato una delle fasi preliminari fondamentali, in particolare dove ci possano essere residui organici e inorganici, magari legati a precedenti fasi di lavorazione. Nel merito, il lavaggio sta passando progressivamente, grazie alla nuova Cleaning Validation, da manuale ad automatizzato in modo da garantirne l’efficacia e la ripetibilità. A questo scopo De Lama presenta innumerevoli soluzioni innovative e customizzabili per lavatrici cGMP farmaceutiche e applicazioni in industrie analoghe.
2. Confezionamento: gli oggetti, nella maggior parte dei casi, vengono inseriti in buste, contenitori o imballaggi compatibili con il metodo scelto, in modo da mantenere la sterilità anche dopo l’estrazione dallo sterilizzatore e fino al momento dell’uso.
3. Sterilizzazione: applicazione dell’agente sterilizzante (calore, vapore, gas, radiazioni) secondo parametri di tempo, temperatura, pressione e concentrazione validati.
4. Stoccaggio e tracciabilità: i prodotti sterilizzati vengono conservati in ambienti controllati e ogni ciclo viene documentato per garantire la rintracciabilità.
Quali sono le tecniche di sterilizzazione più utilizzate?
Le tecniche di sterilizzazione disponibili oggi sono diverse e la scelta dipende dalla natura del materiale, dalla sensibilità al calore, dal tipo di confezionamento e dai requisiti normativi.
Sterilizzazione in autoclave, sterilizzatore a vapore e processi termici
La sterilizzazione in autoclave è il metodo più diffuso ed efficace per i materiali termoresistenti. Lo sterilizzatore a vapore sfrutta vapore saturo in pressione, tipicamente a 121 °C o 134 °C, per denaturare le proteine dei microrganismi. È il metodo di riferimento per strumenti chirurgici, contenitori in vetro, liquidi farmaceutici e componenti di processo in ambito industriale. I vantaggi principali sono la rapidità, l’assenza di residui tossici e il costo operativo contenuto.
All’interno della più ampia categoria della sterilizzazione termica, che comprende sia processi basati su vapore (con o senza miscela d’aria) sia processi basati su acqua surriscaldata o calore secco, nel range delle soluzioni offerte da De Lama si inseriscono:
‣ Sterilizzazione a vapore saturo: la classica, più utilizzata e più nota. I vapori d’acqua, dopo la rimozione dell’aria, sono usati per portare il carico e ogni cavità ad una temperatura determinata, mantenuta per un certo tempo ad una data pressione. La temperatura normalmente usata per questo tipo di sterilizzazione è 121 °C, mantenuti per un tempo opportuno a garantire l’abbattimento dei microrganismi determinati in base alle validazioni.
‣ Sterilizzazione a miscela di aria e vapore: usata per prodotti che necessitano di una contropressione, come le siringhe, per cui si vuole mantenere bloccato il pistone ed evitare che la pressione lo sposti, o prodotti deformabili come SVP (Small Volume Parenteral) e LVP (Large Volume Parenteral).
‣ Sterilizzazione a calore secco (in stufa o forno): efficace per polveri, oli e vetreria; in grado anche di ottenere la depirogenazione (con temperature oltre i 250 °C), in particolare richiesta in campo farmaceutico per eliminare i pirogeni dalla vetreria.
Sterilizzazione a freddo, definita anche come sterilizzazione a bassa temperatura
Per sterilizzazione a freddo, o in maniera più appropriata definita come sterilizzazione a bassa temperatura, non si fa riferimento a una sterilizzazione che avviene a temperature inferiori a quelle ambientali o addirittura sotto gli zero gradi centigradi. È invece così definita per distinguerla dalle varianti dove si utilizza il calore per distruggere i microrganismi.
La sterilizzazione a bassa temperatura è principalmente utilizzata per trattare i materiali termolabili, ossia quelli che non possono essere esposti ad alte temperature, perché si scioglierebbero, si degraderebbero o perderebbero la loro efficacia o funzionalità. Utilizza agenti chimici in fase liquida o gassosa, come l’ossido di etilene (EtO), l’acido peracetico o il perossido di idrogeno vaporizzato. È una soluzione molto utilizzata per i dispositivi medici monouso in plastica, gli endoscopi e i componenti elettronici.
Sterilizzazione a perossido di idrogeno vaporizzato (vH2O2)
La sterilizzazione a perossido di idrogeno vaporizzato (vH₂O₂) fa parte delle tecnologie di sterilizzazione a bassa temperatura, ma merita una considerazione a parte in quanto è una tecnologia in forte crescita, soprattutto nei settori farmaceutico, biotech e dei dispositivi medici. Sfrutta vapori di H₂O₂ a bassa temperatura per ottenere un’azione sterilizzante rapida ed ecologica: il perossido si decompone in acqua e ossigeno, senza lasciare residui tossici. È ideale per isolatori, camere bianche, sistemi di trasferimento (pass-box) e prodotti sensibili al calore.
La sterilizzazione vH₂O₂ HyPerPure® di De Lama, in particolare, opera in vuoto spinto in modo da poter sterilizzare non solo le superfici (e in questo caso, come negli isolatori e nei pass-box, si deve parlare di sterilizzazione superficiale o, meglio, decontaminazione), ma è in grado di raggiungere qualsiasi punto del carico, anche in presenza di geometrie complesse, cavità e sottosquadra. Inoltre, è in grado di penetrare diversi strati di Tyvek® o carta medicale (anche 5 strati), risultando in questa maniera, per efficacia, completamente paragonabile alla sterilizzazione a vapore saturo.
Il vantaggio rispetto al vapore saturo è quello di realizzare un risparmio di circa il 70% di energia (con conseguente riduzione del 70% delle emissioni di CO₂) e del 100% di acqua, e questo si traduce in importantissimi vantaggi sia ecologici sia economici: per questo oggi è sempre più adottata anche in applicazioni per sterilizzazioni di prodotti non termosensibili, che tradizionalmente erano trattati con vapore saturo.
Altri processi chimici e termici
Oltre ai metodi principali, esistono ulteriori opzioni come la sterilizzazione mediante radiazioni gamma o beta, utilizzata su scala industriale per dispositivi monouso preconfezionati, e la filtrazione sterilizzante, indispensabile per soluzioni farmaceutiche termolabili come vaccini e biofarmaci.
Come scegliere il corretto processo di sterilizzazione
La scelta del metodo dipende da alcuni fattori chiave:
‣ Compatibilità del materiale: termoresistenza, sensibilità all’umidità, comportamento chimico.
‣ Geometria e confezionamento del prodotto: spazi cavi, presenza di lumi, materiali di imballaggio.
‣Carico microbico iniziale (bioburden): influenza la durata e i parametri del ciclo.
‣ Quadro normativo di riferimento: GMP, Farmacopee, ISO 17665 (vapore), ISO 11135 (ossido di etilene), ISO 22441 (vH₂O₂).
‣ Necessità di internalizzare o meno il processo: certe tecnologie di sterilizzazione (pensiamo ai raggi gamma o beta), o anche alla sterilizzazione a ossido di etilene, necessitano di strutture così importanti (per costi di impianti, gestione e rischi legati a materiali pericolosi) che è necessariamente richiesto alle aziende di appoggiarsi a centri esterni specializzati (sterilizzazione in conto terzi). Altre tecnologie (come la sterilizzazione a perossido di idrogeno sotto vuoto spinto) permettono oggi anche l’internalizzazione nei siti produttivi. In questo caso, la scelta dell’azienda produttrice se internalizzare o esternalizzare si lega anche a costi di gestione interna od esterna, valutazione dei rischi e time to market, in quanto, chiaramente, un impianto di sterilizzazione interno permette di abbattere i tempi di consegna.
Una scelta errata può compromettere sia l’efficacia del trattamento sia l’integrità del prodotto. Per questo è fondamentale affidarsi a partner tecnologici in grado di valutare ogni variabile in fase di progettazione.
Sterilizzazione dispositivi medici e applicazioni industriali
La sterilizzazione dei dispositivi medici è regolata da normative stringenti e richiede processi validati end-to-end. Tra i metodi di sterilizzazione dei dispositivi medici più utilizzati troviamo vapore saturo, ossido di etilene, perossido di idrogeno vaporizzato sotto vuoto spinto e radiazioni.
Nel settore farmaceutico la sterilizzazione è fondamentale per produrre farmaci iniettabili, biofarmaci, vaccini e terapie avanzate (ATMP), così come per validare ambienti asettici e sistemi di processo. Nel biotech garantisce la sicurezza di terreni di coltura, bioreattori e linee di filling.
Anche i settori cosmetico, nutraceutico e alimentare utilizzano processi di sterilizzazione: nei primi due per garantire la sicurezza microbiologica di creme, sieri, integratori e packaging primario; nel terzo per la stabilizzazione di alimenti, contenitori e linee di confezionamento asettico.
Evoluzione delle tecnologie di sterilizzazione
Negli ultimi anni il mondo della sterilizzazione ha vissuto una profonda trasformazione tecnologica, in parte spinta dalla pressione normativa per ridurre le emissioni di ossido di etilene. Le tendenze principali riguardano la digitalizzazione dei cicli (con tracciabilità completa via software MES e SCADA), la riduzione dei consumi energetici e idrici, l’integrazione con sistemi di automazione e robotica per linee produttive sempre più asettiche, e lo sviluppo di tecnologie low-temperature sempre più performanti, come l’uso avanzato del vH₂O₂ HyPerPure® di De Lama.
Tra le alternative all’EtO che stanno guadagnando terreno troviamo il perossido di idrogeno vaporizzato (vH₂O₂), il biossido di azoto (NO₂), la CO₂ supercritica e la sterilizzazione a raggi X. Ciascuna di queste tecnologie ha vantaggi e limiti specifici, e l’industria sta valutando attivamente la loro applicabilità su diverse categorie di prodotti. Tra queste, il vH₂O₂ è oggi l’alternativa più affidabile e promettente: l’8 gennaio 2024 la FDA lo ha ufficialmente elevato a metodo di sterilizzazione di Categoria A (Established Category A), accanto a calore secco, ossido di etilene, vapore e radiazioni. Questa riclassificazione, supportata dal riconoscimento della norma ISO 22441:2022, semplifica il percorso regolatorio per i produttori di dispositivi medici e conferma la consolidata sicurezza ed efficacia del Perossido d’Idrogeno Vaporizzato.
L’obiettivo dell’industria è coniugare efficacia, sostenibilità e flessibilità, rispondendo alle esigenze di settori in rapida evoluzione come le terapie cellulari, i biofarmaci e la medicina personalizzata.
Conclusione
Il processo di sterilizzazione è una procedura tanto critica quanto complessa: la scelta del metodo giusto, vapore, perossido di idrogeno, ossido di etilene, calore secco o radiazioni, dipende dal materiale, dall’applicazione, dal contesto normativo e dai costi di gestione. Conoscere le differenze tra le varie tecniche e affidarsi a tecnologie validate è il primo passo per garantire la sicurezza dei prodotti e la conformità ai più alti standard di qualità.
De Lama progetta e realizza da oltre 75 anni soluzioni di sterilizzazione, lavaggio e decontaminazione su misura per i settori farmaceutico, biotech, dispositivi medici, cosmetico e alimentare. Dalle autoclavi a vapore alla innovativa sterilizzazione vH₂O₂ HyPerPure® a perossido di idrogeno sotto vuoto spinto, offriamo tecnologie ad alte prestazioni progettate intorno alle esigenze specifiche di ogni cliente.
