シリコーン製医療用インプラントの滅菌オプション
革新的な機器による治療に適した滅菌方法を選択するために
NuSil Technology LLC（Avantor傘下）バイオ素材担当シニアテクノロジスト、James Darlucio著
さまざまな医療機器メーカーは最先端の技術を開発し、世界中の何百万人もの人々の生活を変えるために重要な役割を担っています。革新的な癌治療であれ、先駆的な糖尿病治療であれ、医療機器の設計者は、性能の向上や製造の効率化を実現する材料としてシリコーンを利用します。
60年以上にわたり、医療グレードのシリコーンは生体適合性と安全性において実績があり、長期的なインプラントなどの医療機器に理想的な材料となっています。また、ガス透過性、化学的安定性、熱安定性、疎水性、低表面張力といった性能面からも、多くのメーカーがこの不活性ポリマーを選択しています。また、汎用性の高さも大きな利点です。シリコーンは、部品の接合や封着を行う接着剤から、チューブなどの押出成形部品まで、さまざまな用途に使用することができます。
そのユニークな特性により、シャントや薬剤溶出装置などの医療用インプラントに理想的な材料として選ばれています。滅菌プロセスは、機器から微生物汚染を除去し、患者への感染や炎症のリスクを低減します。一般的に、医療グレードのシリコーンは殺菌に適しており、その工程が臨床施設で行われる場合でも、機器の組み立てや包装などの最終工程で行われる場合でも同様です。
それぞれの滅菌方法の長所と短所を理解することで、製造者はシリコーン製医療機器に最も適した滅菌方法を選択することができ、また、その機器特有のコンポーネント、設計上の特徴、構造方法についても理解することができます。
滅菌方法を選択する際の考慮点
製造業者は、以下のようなさまざまなプロセスから選択することができます：
エチレンオキシド（EtO）： この方法は長年にわたり幅広く使用されている化学物質による方法で、ペースメーカーや人工内耳のように温度や湿度に敏感な医療機器や、デリケートな電子機器を搭載した医療機器に非常に効果的かつ安全に使用することができます。EtOは、単回使用および再使用機器の滅菌に効果的であることが証明されています。
重要なことは、EtOが医療機器の包装を透過し、拡散することが確実に示されていることです。この特性により、この処理は医療機器を製造する上で、出荷前の効果的な最終ステップとなり得ます。
このプロセスの欠点として、完全な滅菌には規定レベルの曝露に16～48時間かかることが挙げられます。また、エチレンオキシド残留物や反応副生成物など、このプロセスの副生成物を除去しなければ、医療機器を安全に使用することができません。
EtOは効果的かつ効率的であることが繰り返し証明されていますが、近年、米国環境保護庁（EPA）などの機関では、汚染や人体への潜在的な害に対する懸念が根付いています。[1]
過酸化水素ガス（VHP）： FDAは2024年、このプロセスを医療機器滅菌の確立されたカテゴリーAの方法とみなすと発表しました。VHPは通常、患者ケア用の再使用可能な医療機器の滅菌に使用されており、真空下での過酸化水素蒸気を利用して安全かつ迅速に滅菌します。
また、過酸化水素は水と酸素に分解されるため、有毒な副産物を生成しません。毒性のリスクを下げるだけでなく、曝気時間も短縮できます。 [1]VHPは、大型で高密度の包装の滅菌には適していませんが、表面滅菌や深い浸透を必要としない用途には理想的です。[2]
電子ビーム： これは高エネルギーの電子を使用し、露出表面の原子から電子を剥ぎ取ることで対象物を滅菌する方法です。効果的で安全な電子ビームプロセスは、熱に敏感な製品や、完全に密閉されている、あるいは空気の流れが遮断されている機器の滅菌に最適です。さらに、EtOよりも短時間で処理が可能で、化学物質が残留しません。
電子ビームは、デリケートな電子機器コンポーネントの滅菌には推奨されません。また、高線量で繰り返し電子ビームを照射すると、シリコーンの硬度や弾性を増大させるなど、その物理的・機械的特性に影響を与える可能性があります。
ガンマ線照射： ガンマ線照射は、電子ビームプロセスと同様、医療機器に所定量のガンマ線を照射し、機器表面の微生物を死滅させます。
残留物を残さないガンマ線滅菌は、熱に敏感な製品や空気交流を遮断するよう密閉された機器に適しています。電子ビーム滅菌よりも時間がかかりますが、ガンマ線は高密度の素材をよく透過します。
ガンマ線を繰り返し照射したり、高線量で照射したりすると、シリコーンの硬度や引張力などの特性に悪影響を及ぼす可能性があります。また、材料の分子量が変化すると、シリコーンが変色したり、脆弱になったりします。そのため、ガンマ線滅菌は、複数回、あるいは繰り返し照射されることのない単回使用の医療機器や、あらかじめ定められた線量のガンマ線が照射された恒久的な医療用インプラントに適しています。
高圧蒸気滅菌： 病院の滅菌工程で最も一般的な方法である蒸気オートクレーブは、シリコーンのエラストマー特性にほとんど、あるいは全く影響を与えない費用対効果の高い方法であり、医療機器への適用や再利用可能な機器への反復滅菌に理想的です。
この滅菌法は、電子機器を搭載したものなど、熱や湿度に敏感な医療機器には使用しないでください。さらに、蒸気オートクレーブは、特殊な設計上の機能を持つ医療機器への使用は推奨されません。例えば、他の素材と強固に接合されたシリコーンシェルを備えた医療機器では、このプロセスによって熱膨張や歪みが生じる可能性があります。
乾熱滅菌：これは高温で微生物汚染を除去する、長年にわたって確立されたプロセスです。乾熱滅菌は病院や臨床現場で広く使用されており、主に加圧下で蒸気滅菌が安全に行えない素材に推奨されます。
この方法は、高熱に耐性のある素材にのみ使用してください。また、蒸気オートクレーブと同様に熱膨張を引き起こす可能性があります。接合部やその他の膨張に敏感な要素を備えた機器については、EtO、電子ビーム、ガンマ線など、他の滅菌プロセスを検討する必要があります。
繰り返し乾熱に曝露されると、シリコーンの特性に影響を与え、伸長性の低下や硬度の上昇、変色などを引き起こす可能性があります。
新たなデバイステクノロジー
体内加硫テクノロジー： この技術革新により、体内で形成・加硫する埋め込み型医療機器の開発が可能になります。新しいデュアルカートリッジ・プレフィルド・ディスペンシング・システムでは、加硫前のシリコーンを滅菌することができます。各バレルにはガスが透過する封着が施されており、滅菌ガスが封着を透過してカートリッジ内のシリコーンを滅菌します。これにより、シリコーンを体内に注入し、そこでシリコーンが加硫し、カスタマイズされたインプラントが出来上がります。
医療機器用シリコーンの選択におけるベストプラクティス
医療機器におけるシリコーンの使用について一般的なベストプラクティスを理解することで、医療グレードの材料を正しく選択し、最終製品を市場に投入する際の時間を節約することができます。
医療機器の設計段階で滅菌方法を検討することは一般的ですが、特定の滅菌方法が材料組成や患者の安全に悪影響を及ぼすことなく、どれだけ効果的に医療機器を無菌化できるかを検討することも重要です。
シリコーンを使用する医療機器を設計する際には、ワークフローのあらゆる段階において、性能と製造のニーズを満たす高純度の既製品・カスタム処方を供給できる経験豊富なサプライヤーと協力することが不可欠です。
適切なサプライヤーであれば、シリコーンや滅菌に関するガイダンスや、米国FDAなどの規制機関に必要な文書を提供することができます。
医療機器の革新は、世界中の患者を救う鍵であると言えます。シリコーンと医療機器でのその使用、そして滅菌が材料特性にどのような影響を与えるかを理解することで、医療機器メーカーは製造プロセス、そして患者の生活を改善する正しい選択をすることができます。
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References
[1], [2] MDDI Staff (January 9, 2024).Vaporized Hydrogen Peroxide Sterilization Gets FDA Established Category A Status.MD+DI.https://www.mddionline.com/sterilization/vaporized-hydrogen-peroxide-sterilization-gets-fda-established-category-a-statusより引用。
[3] S. Martin, E. Duncan (2013).Sterilisation considerations for implantable sensor systems.Implantable Sensor Systems for Medical Applications.https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/vaporized-hydrogen-peroxideより引用。
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