Изоляторная технология для работы с высокопатогенными материалами уровня BSL-4

Сокращения

HEPA — высокоэффективный фильтр очистки воздуха; ULPA — фильтр сверхвысокой эффективности очистки воздуха.

Введение

Пандемия COVID-19 показала, насколько важна защита от высокопатогенных вирусов и бактерий. Исследования особо опасных вирусов проводят в лабораториях «бункерного» типа — лабораториях P4, — чтобы защитить персонал и исключить перекрёстное загрязнение изучаемых микроорганизмов. Около 40 действующих во всём мире лабораторий P4 позволяют выявлять и исследовать такие опасные патогены, как вирусы Марбург, Эбола и SARS-CoV-2. В лабораториях P4 применяют барьеры против загрязнений, переносимых воздухом, людьми и материальными потоками, а исследования и производство ведут по строгим процедурам¹. Цель статьи — не заменить технологию P4, а, используя те же принципы разделения, предложить альтернативу, которая упростит доступ операторов и сократит затраты времени и технических ресурсов.

Чем обусловлена опасность на уровне биобезопасности 4 (BSL-4)?

ВОЗ определила четыре уровня биобезопасности. Для каждого предусмотрены специальные меры локализации микроорганизмов и биологических агентов². Уровень определяют с учётом инфекционности, тяжести вызываемого заболевания, путей передачи и характера выполняемых работ. Важны также происхождение микроорганизма или агента и возможный путь воздействия.

Для каждого уровня биобезопасности устанавливают требования по трём основным направлениям:

лабораторная практика;

защитное оборудование;

конструкция объекта.

В лабораториях BSL-4 предъявляются следующие требования к локализации:

Персонал обязан переодеться перед входом, принять душ при выходе.

Все материалы перед выносом подлежат обеззараживанию.

Персонал должен носить соответствующие средства индивидуальной защиты от предыдущих уровней BSL, а также костюм, закрывающий все тело, с подачей воздуха и положительным давлением.

Для работы применяют бокс биологической безопасности класса III, по характеристикам соответствующий закрытому изолятору отрицательного давления².

Лаборатория BSL-4 полностью изолирована, работает под отрицательным давлением и часто размещается в отдельном здании либо в обособленной зоне с ограниченным доступом. Она оснащена специальными приточными и вытяжными системами, защищёнными вакуумными линиями и валидированными средствами деконтаминации. Альтернативное решение должно обеспечивать те же принципы физического разделения, причём каждый элемент системы необходимо проверять до и после использования.

Физический барьер окружающей среды

Контролируемая зона для работы с патогенами должна образовывать физический барьер с установленным, измеряемым и подтверждаемым допустимым уровнем утечки. По ISO 10648-2 достаточно класса герметичности 2 или 3 при давлении −15 Па относительно непосредственно окружающего помещения. Управляемый трёхступенчатый каскад давлений между рабочей зоной, зонами пребывания персонала и перемещения компонентов обеспечивает защиту во время операций. Кратность воздухообмена в каждом отдельном объёме составляет 10–20 ч⁻¹, температура — 20–22 °C, относительная влажность — 50–60 %. Такая компоновка известна как концепция ballroom³: единое открытое контролируемое пространство обеспечивает оператору свободу перемещения и удобство работы. Одежда соответствует требованиям ISO 14644-5 (приложение B) для класса C или D, поэтому вход в рабочую зону и выход из неё занимают не более 10 минут.

Физический барьер изолятора

Вместо традиционной лаборатории P4 костюмного типа, подобной объекту в Ухане и лаборатории, показанной в фильме «Эпидемия», предлагается закрытый изолятор в принятом в биофармацевтике понимании⁴: материалы передают к вспомогательному оборудованию через герметичные асептические соединения, без открывания системы в помещение; в течение всей операции система остаётся закрытой. С начала 1990-х годов биофармацевтическая промышленность регулярно применяет изоляторы для асептических и токсичных процессов⁵,¹⁰. Предлагаемый одноразовый стерильный изолятор изготовлен из прозрачной гибкой плёнки, сопоставимой по толщине с материалом защитного костюма в обычной лаборатории P4. При работе под отрицательным давлением оболочку удерживает внешняя рама, предотвращающая её спадание. Двойные входные и выходные каскады HEPA/ULPA-фильтров задерживают жизнеспособные и нежизнеспособные частицы; аналогичные технологии применяются в боксах биологической безопасности и системах вентиляции лабораторий P4. Типовые размеры одноместного изолятора — 1200 × 600 × 700 мм (Д × Ш × В). Конфигурацию адаптируют к процессу, добавляя соединения для жидкостей и кабелей, а также карманы для инкубации с внешним наблюдением.

Герметичная система переноса

Для безопасного переноса загрязнённых предметов между изоляторами применяют системы DPTE®/RTP (рис. 1). Они защищают оператора и окружающую среду от патогенов и токсичных веществ, одновременно предохраняя содержимое от внешнего загрязнения. Контейнеры RTP служат для загрузки, выгрузки, временного хранения и удаления отходов (рис. 2). Технология, впервые запатентованная в 1966 году для безопасного переноса радиоактивных отходов, сегодня широко применяется в биофармацевтике для асептического переноса и работы с токсичными материалами⁶,⁷.

Рисунок 1. Система переноса RTP компании La Calhène.

Предлагаемая система представляет собой одноразовый изолятор отрицательного давления с портом Beta RTP. Доступны RTP диаметром 105, 190, 270 и 350 мм. Изолятор стерилизуют гамма-излучением по аналогии с медицинским изделием и вводят в помещение через шлюз с обработкой H₂O₂. Затем через Beta RTP загружают необходимые компоненты и стыкуют систему с портом Alpha RTP в стене помещения, чтобы безопасно передать патогенный материал снаружи (рис. 2). Материал остаётся внутри изолятора на протяжении всех операций. Предпочтительна безбумажная рабочая среда с Wi‑Fi, а камеру, увеличительную оптику и экран для наблюдения за микроорганизмами размещают снаружи изолятора. Цель — реализовать принцип never-touch: оператор не соприкасается с патогенным материалом напрямую. После использования изолятор помещают в двухдверный автоклав или эквивалентную систему, инактивируют биологический материал и лишь затем передают оболочку на внешнее сжигание (рис. 2).

Дилемма центрифуги

Центрифугирование может сопровождаться образованием аэрозолей. При работе с патогенными материалами обычно применяют герметично закрываемые роторы либо размещают центрифугу в изоляторе. Предлагаемая альтернатива — использовать контейнер RTP одновременно как ротор, герметичный барьер и средство безопасной транспортировки (рис. 3), не модифицируя центрифугу. Вспомогательный передаточный изолятор позволяет в герметичных условиях изменить ориентацию контейнера RTP с вертикальной на горизонтальную перед его установкой в центрифугу (рис. 2).

Рисунок 3. Вертикальная передача RTP для ротора.

Комфорт оператора

Изолятор позволяет отказаться от полностью закрывающего тело костюма с подачей воздуха и от сопряжённых с ним трудоёмких и рискованных процедур надевания, очистки и снятия. Оператор работает в обычной одежде для класса C или D. Доступ к рабочей зоне обеспечивают перчатки из различных материалов, разных размеров и толщины; при необходимости их можно заменить без нарушения герметичности системы⁸.

Защита внешней среды

На фоне дискуссии о лаборатории P4 в Ухане и происхождении SARS‑CoV‑2 важно различать предположения и подтверждённые меры биобезопасности. В предлагаемой схеме всё, что выводится из лаборатории, проходит биологическую инактивацию в двухдверном автоклаве до передачи на внешнее сжигание. Патогенный материал остаётся герметично локализованным на всём участке между соединениями RTP и автоклавом. Перемещение людей, оборудования, компонентов и патогенов регулируют утверждённые протоколы с обеспечением целостности данных⁹.

Вывод: безопасная повседневная работа

Схема лаборатории BSL-4 с изолятором и RTP (рис. 2) показывает, как упростить повседневные процедуры при сохранении максимальной безопасности. В её основе нет непроверенных технологий: для работы с материалами BSL-4 объединены давно применяемые изоляторы и системы RTP. И традиционный «бункер», и открытая компоновка ballroom обеспечивают необходимое разделение для безопасного изучения возбудителей нынешних и будущих пандемий.

Благодарности

Рисунки 2 и 3 опубликованы с любезного разрешения JCE Biotechnology.

Конфликты интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

Консультативное совещание ВОЗ по организации сети лабораторий с высокой и максимальной степенью изоляции (уровень биобезопасности 4). Международное агентство по изучению рака (IARC), Лион, Франция; 2017.

Руководство по лабораторной биобезопасности. 3-е изд. ВОЗ; 2004. 181 с.

Суонсон ДЛ. Гибкая конструкция объекта для проведения нескольких процессов клеточной терапии. ИСПЕ; 2020.

Что следует учитывать при асептической обработке стерильных фармацевтических продуктов в изоляторах. Ассоциация парентеральных препаратов; 2020. 6 с.

EudraLex. Том 4. Руководство ЕС по надлежащей производственной практике лекарственных препаратов для медицинского и ветеринарного применения. Приложение 1. Производство стерильных лекарственных препаратов. Европейская комиссия; 2008.

История создания оригинальной системы DPTE®; Getinge.

Буками М. Минимизация риска контаминации при заключительной фильтрации и розливе в одноразовых системах. Merck KGaA, региональный маркетинг направления одноразовых технологий, EMEA; Мольсайм, Франция; 2020.

Перчаточный порт BCS; PIERCAN.

Мейер Д. Индивидуальные закрытые изоляторы для клеточной терапии. La Vague; 2021.

Акерс Дж., Агаллоко Дж., Мэдсен Р. Затянувшееся внедрение изоляторной технологии: предостерегающая история. Pharmaceutical Online; 2020.