Entwicklung neuartiger Bioindikatoren für die Dampfsterilisation

Flier, Niwin; Böker, Alexander; Schwaneberg, Ulrich

doi:10.18154/RWTH-2017-04261

Entwicklung neuartiger Bioindikatoren für die Dampfsterilisation = Development of novel bioindicators for steam sterilization

Flier, Niwin

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Master of Science Niwin Flier geb. Alawieh

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (VI, III, 121 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schwaneberg, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH* ; Böker, Alexander (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-04-07

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-04261
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/689286/files/689286.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/689286/files/689286.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bioindikatoren (frei) ; Sterilisation (frei) ; Dampfsterilisation (frei) ; Sporen (frei) ; elektrostatische Oberflächenbindung (frei) ; kovalente Oberflächenbindung (frei) ; Polyethylenimin (frei) ; D-Wert (frei) ; Geobacillus stearothermophilus (frei) ; Plasmaaktivierung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Sterilisationen werden für den Bereich der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie im Hygienebereich angewandt, um Menschen und Tiere vor pathogenen Mikroorganismen zu schützen. Bioindikatoren sind Systeme aus ausgewählten sporenbildenden Mikroorganismen der Gattung Bacillus oder Geobacillus, die auf geeignete Trägermaterialien aufgetragen werden und aufgrund ihrer hohen Resistenz gegenüber Hitze und ihrer geringen Pathogenität zur Beurteilung der Wirksamkeit von Sterilisationsverfahren verwendet werden. In der EN ISO DIN 11138 und 14161 sowie im europäischen Arzneibuch sind Anforderungen bezüglich der Herstellung und Anwendung von Bioindikatoren aufgeführt. Allerdings ist die Aussagefähigkeit der Bioindikatoren durch die vorgegebenen Anforderungen eingeschränkt, denn diese verlangen unter anderem eine vollständige Abtötung aller eingesetzten Sporen bei der Sterilisation. Überlebende Sporen lassen nach der Exposition, beim Einsatz einer statistisch aussagefähigen Zahl von Einzelpopulationen, neben der qualitativen Bewertung auch eine quantitative Effektivitätsbeurteilung des Sterilisationsverfahrens zu. Darüber hinaus sind zurzeit erhältliche Bioindikatoren häufig so angelegt, dass das sterilisierende Agens die Sporen nicht alle gleichermaßen erreicht. Bei einigen Präparationen sind die Sporen inhomogen aufgetragen, andere Designs ermöglichen keine Dampfpenetration. Die Berechnung der Dezimalreduktion, welche das Maß für die Resistenz der Sporen ist, ist aus diesem Grund problematisch, denn die Reproduzierbarkeit von Zellzahl und Resistenz der Bioindikatoren ist eingeschränkt. Aufgrund der genannten Unsicherheiten im Umgang mit Bioindikatoren können Anwender fehlende Qualität nicht erkennen und Prüflabore können keine vergleichbare Aussage erbringen. Somit ist eine korrekte Anwendung und Auswertung nicht immer gewährleistet. Deshalb besteht die Notwendigkeit für einen neuartigen Bioindikator, der zum einen die Anwendung erleichtert und zum anderen die Aussagefähigkeit des Bioindikators erhöht. In dieser Arbeit wird eine Versuchsreihe präsentiert, die die Sporulations- und Keimungsfaktoren von Geobacillus stearothermophilus genauer untersucht. Dabei wurde ein hoch resistentes Laborisolat mit einem maximalen D-Wert von 4,14 ± 0,11 identifiziert, das beim Einsatz einer entsprechenden Ausgangspopulation auf dem Bioindikator das Überleben einzelner Sporen erlaubt. Um eine homogene Antwort auf den Sterilisationsprozess zu erhalten, wurden die Sporen in einer einschichtigen Ebene mit guter Haftbarkeit auf dem Substrat angeordnet. Da der Einsatz von einzelnen Bioindikatoren mit jeweils einer Sporenpopulation für die Beurteilung der Sterilisationseffizienz nicht ausreicht, wurde in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist, multiple Sporenpopulationen auf einen Sporenträger zu übertragen. Im Zuge dessen wurde auch ein optisches Auswertesystem für die Auswertung der Einzelpopulationen auf dem Bioindikator entwickelt. Alle Ergebnisse resultierten in einem innovativen Prototyp mit sieben Einzelpopulationen, der die höchstmögliche Sicherheit in der Anwendung und Auswertung von Sterilisationsprozessen bietet.

Sterilization techniques are used in food and pharmaceutical industries as well as in hygienic areas to protect humans and animals from infections with pathogenic microorganisms. Bioindicators are systems, including selected spore forming microorganisms of the species Bacillus or Geobacillus, which are positioned on a suited carrier. Due to their enormous resistance towards heat and their low pathogenicity, bioindicators are used for the evaluation of sterilization processes. The EN ISO DIN 11138 and 14161 as well as the European pharmacopoeia provide guidance for the manufacturing and the implementation of bioindicators. However, these requirements limit the significance of bioindicators because of their claim to inactivate all appointed spores during sterilization. When a statistically relevant amount of individual populations is used, surviving spores allow not only a qualitative evaluation of the sterilization process but also a quantitative evaluation of the effectiveness. Furthermore, commercially available bioindicators are usually designed in a way so that the sterilizing agent cannot reach all spores equally, due to inhomogeneous application of the spores or the lack of steam penetration into the system. When using those designs, no accurate calculation of the D-value, which is a measure for the spore resistance, is possible because the reproducibility of the cell rate and the resistance is restricted. The existing uncertainties while using bioindicators do not allow users to recognize a lack of quality and testing laboratories to state a comparable result. A correct application and evaluation of bioindicators is therefore not always guarantied. This is why an innovative bioindicator is needed which is able to ease the application and enhance the significance of the used system. This work presents a series of experiments to examine sporulation and germination factors of Geobacillus stearothermophilus. In this process a highly resistant laboratory isolate was identified with a maximum D-value of 4,14 ± 0,11 min. Applying a reasonable initial spore population with such high D-values allows the survival of individual spores. To obtain a homogenous response from the sterilization process the spores were arranged in a monolayer with sufficient liability to the substrate. As the application of individual spore populations is not adequate for the evaluation of the sterilization efficiency, a method was developed during this work to transfer multiple populations on one carrier. Based on this new system an optical evaluation system was devised for the interpretation of the individual populations on that particular bioindicator. The combination of all outcomes presented in this work result in an innovative prototype with seven individual populations positioned on one carrier. This novel bioindicator guaranties the highest possible security for the application and evaluation of sterilization processes.

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