Implantación de un proceso de biodescontaminación superficial por nebulización en frío de H2O2

Desinfección de superficies por vía aérea

Los sistemas de filtración, los diferenciales de presión y los protocolos de entrada y salida de personas y materiales muchas veces no son suficientes para evitar la proliferación accidental de bacterias, esporas, hongos y virus que puedan suponer un riesgo para la calidad de los procesos que se desarrollan en el interior de una sala limpia o espacio clasificado o, en sentido contrario, que puedan ser un potencial peligro para el exterior de una zona de contención biológica.

Es por ello por lo que es necesario establecer la estrategia del control de la contaminación (CCS), desarrollando y validando los protocolos necesarios derivados del análisis de riesgos del proceso (QRM), estableciendo las tareas de limpieza y desinfección al inicio y al terminar las campañas de producción, a la entrada de materiales en caso de estériles, a la salida de cualquier material de los laboratorios de bioseguridad, tras realizar tareas de mantenimiento o ampliación, o cuando se detectan niveles persistentemente altos de microorganismos en los controles de partículas viables.

En estos casos, la Desinfección de Superficies por Vía Aérea o DSVA es una gran alternativa a los métodos mecánicos tipo desinfección manual, ya que éstos son difícilmente reproducibles y validables debido al factor humano, a métodos físicos los cuales usan la temperatura como motor de la desinfección y no se pueden aplicar en todos los materiales, a radiaciones tipo UVC, donde no se puede garantizar que la descontaminación se efectúe en todas las superficies o a algunos métodos químicos debido a la toxicidad del biocida.

La DSVA consiste en la dispersión de un biocida utilizando el aire como vector en el interior de un espacio cerrado. La DSVA, correctamente aplicada, es muy eficiente incluso en espacios grandes o inaccesibles, en los que proporciona resultados muy homogéneos, estandarizables, validables mediante indicadores químicos, biológicos o enzimáticos y con mínimos requerimientos de mano de obra.

El principal biocida utilizado actualmente en la DSVA es el peróxido de hidrógeno puro en concentraciones que oscilan entre el 6% y el 35% según el sistema de vaporización y las condiciones ambientales de cada caso. Otros biocidas como el glutaraldehído, el formol o el formaldehído están prácticamente en desuso por su potencial carcinógeno.

Además, la solución aplicada tiene categoría de biocida y, por tanto, se debe registrar ante las autoridades sanitarias y estar validado por su aplicación en concreto, es decir, demostrar la eficacia según la norma NF T72-281 (2014), que es la base de la actual EN 17272 (2020).

La utilización del peróxido de hidrógeno aporta dos ventajas más al sistema, a parte de su gran eficacia como biocida: es muy poco corrosivo, es biodegradable de forma natural y no genera residuos ya que se descompone en agua y oxígeno.

Cuando se trata de estrictas regulaciones y de un número creciente de sustancias peligrosas que pueden poner en riesgo a los trabajadores y los equipos, es necesario aplicar soluciones en las que se pueda confiar. Los requisitos de hoy día en la seguridad ocupacional, los procesos y en la industria farmacéutica son enormes y requieren soluciones fiables y reproducibles.

Aplicaciones

La descontaminación mediante vaporización de peróxido de hidrógeno puede utilizarse en salas limpias, quirófanos, áreas clasificadas, laboratorios de bioseguridad y cualquier espacio o equipamiento que requiera de una baja o nula carga microbiana: SAS, aisladores, máquinas de llenado, etc.

Sus principales sectores de aplicación son la industria farmacéutica humana y veterinaria, química, hospitales y laboratorios de todo tipo, la industria alimentaria, centros de investigación animal o la descontaminación puntual de instalaciones de climatización, entre otros.

Tecnologías y sistemas de dispersión

Para la dispersión del peróxido de hidrógeno existen tres técnicas principales: el vapor seco, el vapor húmedo y la nebulización, también conocida como niebla seca o vaporización en frío.

La DSVA por vapor seco es probablemente la tecnología más conocida y extendida hasta hace poco y consiste en conseguir una gran concentración de H₂O₂ vaporizado (VHP) en el ambiente, sin llegar al punto de saturación, mediante la impulsión por aire, en un espacio previamente deshumidificado y por un periodo de tiempo determinado. Un ciclo completo de biodescontaminación por VHP comprende 4 fases: Pre-acondicionamiento (reducción de la humedad ambiental); Acondicionamiento (sustitución de parte del aire por vapor de H₂O₂); Exposición y Aireación (reducción de la concentración del peróxido de hidrógeno hasta menos de 1ppm por ventilación).

En el caso del vapor húmedo, se busca un determinado nivel de saturación para generar microcondensación, por lo cual no es necesaria una fase de deshumidificación, pero sí una recirculación forzada del aire para garantizar una correcta distribución del H₂O₂ vaporizado.

Finalmente, la nebulización o atomización neumática consiste en inyectar un líquido hacia una boquilla donde se crea presión con aire comprimido, fragmentándolo en infinidad de microgotas con un diámetro medio de unas 10 μm. Estas microgotas tienen dos características muy particulares: Se dispersan muy rápidamente por el espacio gracias a su energía cinética a la vez que se van evaporando hasta la saturación del ambiente.

Por su tensión superficial, no se rompen al chocar con las superficies.

De esta manera, con la dosis y concentración adecuada, se consigue saturar el ambiente con vapor de peróxido de hidrógeno de forma muy rápida y homogénea y, muy importante, sin mojar las superficies, hecho que permite su compatibilidad con casi todo tipo de materiales y dispositivos electrónicos. La base del poder biocida de esta tecnología se encuentra en el fenómeno de la microcondensación. El ambiente contiene vapor de agua y vapor de peróxido de hidrógeno, pero debido al mayor peso molecular del peróxido, este condensa antes que el vapor de agua. Esta primera condensación, llamada por algunos autores microcondensación, produce un alto efecto esporicida sin la necesidad alcanzar una alta concentración de peróxido en el ambiente. Así, manejando la humedad relativa inicial y la disposición del sistema para distribuir homogéneamente el peróxido, se puede simplificar mucho la ejecución de un ciclo de biodescontaminación. No en vano, es posible alcanzar niveles de biodescontaminación de 6-log, con dosis moderadas y soluciones de peróxido de entre el 8 y el 16% mientras que las técnicas de vapor seco y húmedo consumen grandes cantidades de H₂O₂ al 35%.

Así, por experiencia, y siempre que se aplique correctamente, esta técnica reúne todos los puntos fuertes de la desinfección de superficies por vía aérea aventajando a sus competidoras en rapidez y facilidad y a los sistemas manuales en eficiencia, estandarización y validación.

Implantación de un proceso de biodescontaminación por nebulización en frío de H₂O₂

Tal y como hemos remarcado ya en dos ocasiones, el éxito de una descontaminación por nebulización en frío de H₂O₂ depende de su planificación y ejecución.

Obviamente, el primer paso es determinar qué necesita ser descontaminado y con qué frecuencia. La nebulización de H₂O₂ es adecuada tanto para la descontaminación puntual como para la descontaminación periódica, planificada o aleatoria.

En función de estos criterios optaremos por contratar el servicio biodescontaminación a una empresa especializada, por realizar una inversión en unidades más o menos autónomas o por realizar la instalación de un sistema integrado de generación de V H₂O₂, el cual se sincroniza con el sistema HVAC de forma totalmente automática.

La elección de cada caso será en función de diferentes parámetros, simultaneidad de la descontaminación, periodicidad, complejidad del sistema o coste de implantación y amortización.

Tipos de sistemas de descontaminación por nebulización

Encontramos en el mercado unidades generadoras de H₂O₂ totalmente autónomas que, además de ser ligeras y portátiles, cuentan con los necesarios sistemas de monitorización y registro para garantizar la validación del proceso (figura 1). Se conectan a la red eléctrica y su uso es muy sencillo, aunque la operativa es manual. Son adecuadas para espacios no muy grandes y/o para usos puntuales o periódicos de poca frecuencia y, sobre todo, permite la flexibilidad de descontaminar diferentes espacios con el mismo equipo.

El siguiente nivel serían los equipos móviles que pueden ser gestionadas remotamente mediante sistemas de control centralizados, los cuales sincronizan las funciones del equipo con los sistemas de aire de la sala y permiten exportar datos a un BMS. Esta solución combina la flexibilidad de uso en diferentes salas y un proceso más automatizado, aunque requiere el traslado del equipo de un punto de uso a otro por parte de un operario.

Finalmente, los sistemas más avanzados son aquellos que no implican prácticamente ninguna acción por parte del operario ya que se disponen de forma fija en los puntos de uso (figura 2). Son sistemas generación de H₂O₂ totalmente integrados, con instalación y mantenimiento en zonas técnicas o salas anexas (figura 3). Son especialmente recomendables cuando la fabricación requiere una biodescontaminación frecuente. Constan de distintos depósitos de biocida que alimentan diversos atomizadores distribuidos y orientados estratégicamente en las salas o equipos (SAS, aisladores, pasa-materiales, etc.). Los sistemas de control y registros están basados en HMI/PLCs, sincronizan funciones con los sistemas HVAC/BMS de las salas limpias y cumplen con los requerimientos de la 21CFR Part11.

Además de los sistemas centralizados de biodescontaminación por nebulización, es posible implementar sistemas específicos y autónomos directamente en equipos como SAS (figura 4), aisladores de proceso o RABS de máquinas de llenado.

Monitorización, registro y control

Para garantizar la correcta ejecución de los ciclos de biodescontaminación es imprescindible tener un buen conocimiento de los factores que influyen en el proceso: desde los factores ambientales como la temperatura y humedad, la dosis de peróxido a inyectar para obtener la saturación adecuada de la mezcla de vapor H₂O y H₂O₂, hasta los factores intrínsecos del equipo como la presión y el flujo de la inyección para una correcta nebulización. El sistema de control debe verificar que el ciclo va a ejecutarse en las condiciones óptimas establecidas y que se está ejecutando de forma repetitiva, dentro de los rangos establecidos en la fase de validación.

Para ello son necesarios sensores, sondas y equipos que, mediante sistemas automáticos de control y registro, almacenen los datos cuantitativos de todo el proceso, aseguren la seguridad de los operarios, gestionen los permisos de entrada y acceso seguro o controlen los elementos mecánicos del propio sistema.

Es necesario registrar y dar alarma de cualquier desviación de los parámetros del proceso. Por tanto, el sistema elegido deberá ser capaz de poder realizar los registros, asegurar la calidad del proceso y la integridad de los datos, ya sea en el PLC del propio equipo con un registro local o con PLC y conexión al sistema SCADA.

Como parte relativa a la seguridad de los operarios es importante tener en cuenta la monitorización del lugar de trabajo y la detección de fugas, el usuario puede llevar un dispositivo portátil que le protege y le alerta de cualquier exposición presente o se pueden instalar los detectores fijos de gas, que sirven para supervisar una zona. Es importante que los detectores fijos de gas estén situados de forma que detecten el gas rápidamente y con fiabilidad. Existen los detectores de alta concentración y los de baja concentración, ya que, finalizada la descontaminación, hay que garantizar que la concentración de biocida descienda hasta menos de 1ppm tras la fase de aireación.

De todas maneras, el sistema debe estar diseñado y fabricado según los estándares de las normas aplicables GMP, cGMP, GAMP o 21 CFR part 11, y debe ser totalmente trazable y validable (figura 5).

Diseño y validación del ciclo de descontaminación

Al inicio del proyecto deberá realizarse un análisis de riesgos (QRM) para identificar los riesgos críticos y generar la estrategia y acciones para mitigar y eliminar los riesgos derivados del proceso que debe descontaminarse.

Independientemente de la elección del sistema de difusión del peróxido de hidrógeno más adecuado, siempre se deberá hacer al final de la instalación del sistema o equipo el commissioning o puesta en marcha, desarrollar y validar los ciclos de descontaminación.

En esencia, hay que hacer diversas pruebas para ajustar los valores de diversos parámetros con el fin de conseguir una distribución homogénea del H₂O₂, con la dosis y el tiempo de exposición suficiente para validar la descontaminación con el nivel de reducción logarítmica requerida para las poblaciones microbianas establecidas. Se deberá tener en cuenta la humedad ambiental, que, en el caso de la nebulización en frío, puede estar en un rango de entre el 30 y el 70%, la temperatura, que puede oscilar entre los 17 y los 27ºC, y la distribución u orientación de las boquillas difusoras, entre otras cuestiones. El conocimiento de esta tecnología es esencial para realizar un desarrollo de ciclo rápido y eficaz.

En general, el ciclo se divide en 4 fases; la fase de acondicionamiento, que en el caso de nebulización será de muy corta duración debido a que no es necesario deshumidificar el aire hasta valores bajos inferiores al 40% para proceder a la inyección. La fase de inyección dependerá de la cantidad de biocida a inyectar según el volumen de la cámara y el nivel de reducción logarítmica deseada. La fase de exposición dependerá del valor deseado de descontaminación. Y, por último, la fase de aireación que suele ser la más larga, especialmente en salas grandes. El tiempo de aireación dependerá de la capacidad y diseño del sistema HVAC.

Tras definir teóricamente estos parámetros y ajustar los componentes del sistema, es necesario realizar una validación mediante indicadores que pueden ser biológicos (BI), químicos (CI) o enzimáticos (EI). Los indicadores se colocan estratégicamente para garantizar la biodescontaminación en las zonas más alejadas, de difícil acceso o por criterios establecidos en el análisis de riesgos (figura 6).

Para desarrollar ciclos, los indicadores enzimáticos son de gran utilidad ya que ofrecen información del nivel de reducción logarítmica (de entre 3 y 9 log) de forma que sabemos cómo de cerca o lejos estamos del objetivo marcado. Se basan en la enzima Adenilato Quinasa termoestable (tAK) que tienen un patrón de inactivación predecible equiparable a la tasa de mortalidad de una población de esporas. Su manipulación es sencilla y la lectura mediante un luminómetro ofrece resultados rápidos, cuantificables y lineales, muy útiles tanto para el ajuste y la validación de los ciclos de descontaminación como para su posterior monitorización (figura 7).

Como todo equipo destinado a industria farmacéutica será necesario realizar todas las fases de la cualificación y validación, partiendo de los requerimientos de usuario URS, empezando por el análisis de riesgos, cualificación del diseño DQ, de la instalación IQ, de la operación OQ y terminando por la cualificación en proceso PQ.

Por otro lado, será necesario asegurar que se dispone del Plan de mantenimiento, el Plan de Cualificación y el Plan de Calibraciones, estos planes son de gran importancia una vez el equipo esté operativo en uso para poder garantizar la fiabilidad en el tiempo.

Conclusiones

La biodescontaminación de superficies por vía aérea está adquiriendo cada vez más relevancia en diferentes aplicaciones y sectores, sobre todo en Industria farmacéutica, ciencias de la vida o en laboratorios de biocontención. Por este motivo es muy importante encontrar el sistema adecuado según los diferentes requerimientos, buscando la eficiencia y menor tiempo de ciclo, la facilidad de uso y de validación, el menor coste de inversión, de mantenimiento y de consumo. Con estos requisitos la biodescontaminación superficial por nebulización en frío se presenta como una muy buena opción.

Es necesario dejar de lado ideas preconcebidas y realizar un estudio de cada caso para poder establecer el sistema y tecnología más adecuada, según si se descontamina puntualmente o periódicamente, si es un espacio grande o pequeño, si es una zona o varias zonas, si se trata solamente de desinfección superficial o hay que penetrar membranas, etc.

Independientemente del sistema seleccionado, el sistema y el proceso deberá cumplir con los estándares y normativas propias de la Industria Farmacéutica, Ciencias de la Vida o Laboratorios de Bioseguridad, debiéndose cualificar y validar según estas.

Por último, habrá que implementar un mantenimiento preventivo, incluyendo la calibración de los instrumentos y validaciones periódicas para garantizarán el correcto funcionamiento durante todo su ciclo de vida.

Datos del autor

Nombre	Jordi Castañé y Jordi Net
Empresa	Iguña Pharma y Cifa Netsteril, respectivamente
Cargo