在平均生物负荷较低的情况下，对辐射灭菌过程中生物负荷抗性的高估与低估

《Radiation Physics and Chemistry》：Overestimation and Underestimation of Bioburden Resistance in Radiation Sterilization with Low Average Bioburden

该文探讨低平均生物负载（≤1 CFU/产品）辐射灭菌验证中统计分布与现实差异问题，提出VDmaxSD和Method 1的改进方案以避免抗力估计偏差，强调需区分样本无污染与产品无污染，优化验证剂量选择并降低生物污染风险。

　　

Nick Brydon

NextBeam公司灭菌部门负责人，北苏城，南达科他州

摘要

VD_max^SD方法因其稳健性、简单性以及所需的样本量小而广泛应用于医疗产品行业的辐射灭菌验证中，这些特点使得该方法易于使用、测试结果具有较高的可靠性，并获得了相关法规的认可，适用于多种产品。然而，对于某些生物负荷极低的产品（每件产品的生物负荷接近或低于1个菌落形成单位（CFU）的情况，实际存在的生物负荷分布与统计分布之间存在差异。对于这些产品的生物负荷平均值接近或低于1 CFU的情况，由于在验证剂量处理前某些产品中不存在可检测到的生物负荷，因此存在高估或低估产品辐射抗性的风险。本文讨论了选择适用于低平均生物负荷产品的验证剂量的现有方法，并提出了对VD_max^SD方法和方法1的简单修改建议，以避免高估或低估这些产品的辐射抗性。提高低剂量灭菌验证的可靠性将有助于提升辐照能力，并降低产品在不同灭菌设施和技术之间转移的障碍，从而受益于更宽泛的剂量规格。

引言

本文探讨了在采用VD_max^SD或方法1（依据ISO 11137-2:2013(1)或ISO 13004:2022标准）进行辐射灭菌验证时，统计生物负荷分布与实际生物负荷分布之间的差异，特别是当产品的平均生物负荷接近或低于1 CFU时。这些差异可能导致对产品辐射抗性的高估或低估。对于低平均生物负荷的产品，以下因素在验证剂量实验中尤为重要：

1)

无菌测试中的阳性结果通常是由于部分产品中的生物负荷未被验证剂量灭活所致；而阴性结果不仅包括那些生物负荷被验证剂量灭活的产品，还包括那些在验证剂量处理前本身就无生物负荷的产品。当平均生物负荷趋近于零时，样本组中无生物负荷产品的比例会增加。

2)

从数学上讲，一组产品的平均CFU值可能介于0和1之间，但实际上单个产品单元的CFU值只能是整数。

3)

一个产品单元在辐照前无生物负荷，并不会影响另一个有生物负荷的产品单元的辐射抗性。

4)

一个产品单元在辐照前有生物负荷，并不会增加另一个无生物负荷的产品单元的辐射抗性。

结论

本文提出了针对平均生物负荷低于1 CFU的产品，在使用VD_max^SD或方法1进行辐射灭菌验证时，如何通过简单修改来避免对产品辐射抗性的高估或低估。这些修改旨在保持方法的简单性和保守性，同时解决低平均生物负荷产品辐射抗性评估中的风险问题。

本文基于Kowalski和Tallentire之前的研究成果（参考文献3、4、5），针对当前日益普遍的较低灭菌剂量（低于历史上的25 kGy）进行了讨论。文中提出的VD_max^SD和方法1的修改建议是基于10^-6的无菌保证水平（SAL）制定的，但也可适用于其他SAL要求。

VD_max剂量计算的数学回顾

根据ISO 11137-2:2013和ISO 13004:2022标准，低生物负荷产品的验证剂量是通过一对公式计算得出的，这些公式考虑了平均生物负荷、验证剂量样本量、目标灭菌剂量以及选定的SAL值（参考Kowalski & Tallentire的研究3）：

D_lin = 25 kGy/(6+log(n_o)) VD_max=D_lin(log(n_o)-log(SAL_VD))

ISO 11137-2:2013标准中给出了25 kGy验证剂量的具体计算方法，适用于平均生物负荷低至0.1 CFU的产品。

针对平均生物负荷为0.1 CFU的产品，验证剂量为0.0 kGy的情况

根据公式（3），VD_max计算所需的输入参数是平均生物负荷和样本量，计算结果是一个能够将每件产品的平均生物负荷降至1 CFU的验证剂量。例如，对于样本量为10件、平均生物负荷为0.1 CFU的产品，验证剂量应为0.0 kGy，即无需额外剂量即可达到目标效果。对于平均生物负荷低于0.1 CFU的情况，也需要相应的剂量调整。

对VD_max^SD和方法1的修改，以避免验证剂量的低估

ISO 11137-2:2013规定，在表1和表3（以及ISO 13004:2022中的相应表格）中，当生物负荷计数位于表格列出的值之间时，应使用最接近的平均生物负荷对应的表格值。实际上，单个产品单元的生物负荷值不可能介于0和1之间，且1 CFU是产品未经灭菌处理时最低的非零生物负荷值。因此，应使用最低的验证剂量。

针对具有罕见但高抗性生物负荷产品的VD_max^SD修改

当某些产品单元在验证剂量处理前无生物负荷时，如果验证剂量实验仍能通过，可能会导致对这类产品的抗性评估不准确。为了解决这一问题，需要提出既符合监管要求又能被制造商接受的解决方案。

从技术角度来看，提高对低VD_max^SD剂量下罕见高抗性生物负荷检测能力的改进措施包括……（此处可补充具体技术细节）

结论

通过调整VD_max^SD和方法1的方法，可以在保持其简单性和保守性的同时，有效避免对低平均生物负荷产品辐射抗性的高估或低估。

对于平均生物负荷低于1 CFU且部分产品单元无生物负荷的情况，灭菌过程应确保至少灭活1个菌落形成单位，以确保产品达到无菌要求。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

关于在低VD_max^SD剂量验证实验中增加微生物检测次数、以及接受更多阴性结果的提议，最初是由G. Burgstaller在2022年11月2日向ISO技术委员会198工作组08所做的题为“剂量审核的可靠性及其与SAL的相关性”的未发表演讲中提出的，这些想法后来在本文中得到了进一步阐述。