背景
滅菌の世界は数十年にわたりほとんど変化がありませんでしたが、今や滅菌は注目の話題となっています。これには医療パッケージング業界も含まれます。商業用滅菌器からのエチレン・オキシド排出に対するEPAの厳格な規制の影響が不透明であることや、ガンマ滅菌に関する問題を受けて、企業は代替方法を模索しています。代替方法の可能性は興味深いものですが、現実的に考えることも重要です。乗り越えるべき大きな課題があり、すぐに導入できる完璧なソリューションは存在しません。
現在、業界の市場の50%はエチレン・オキシド（EO）で滅菌され、40%はガンマ線照射で滅菌されています。これを具体的に考えると、現在の医療市場における製品の90%がこれら2つの方法のいずれかで滅菌されていることを意味します。これは、米国だけでも年間数十億個のデバイスに相当します。現在、これら両方に大きな懸念があり、非常に不安な状況です。
ガンマ線に関する懸念：市場の約40%
ガンマ滅菌は、放射性同位体コバルト60を使用します。コバルト60は、自然界に存在するコバルト59に中性子を核反応炉で照射して放射性にすることで生成されます。その後、契約照射業者によって医療機器の滅菌に使用されたり、病院でガンマ線を用いたがん治療に使用されたりします。これらの施設および放射性物質の安全性は、たとえば核反応炉に比べて安全対策が十分でないことから、より厳しい監視を受けるようになっています。2013年には、メキシコのガソリンスタンドで放射性コバルト60を運搬していたトラックが盗まれるという事件が発生しました。このことは、テロリストがこの放射性物質を入手し「汚い爆弾」を製造するのではないかという懸念を引き起こしました。また、放射性廃棄物の処分に関する環境問題もあります。多くの政府が、放射性物質を使用しない電子ビーム（e-beam）やX線といった加速器ベースの照射プロセスへの移行を求めています。ガンマ滅菌に関するもう一つの懸念はコバルトの供給です。コバルトは電気自動車用バッテリーの生産に使用されており、大部分のコバルトは政治的に不安定なコンゴから供給されています。そのため、市場に十分に供給する能力とデバイスの不足を回避することが懸念され、将来的には需要が供給を上回ると予測されています。
電子ビーム（e-beam）は長年使用されてきましたが、工業用滅菌されたデバイス全体のわずか5%しかこの方法を利用していません。その理由は、電子ビームはガンマ線ほどの浸透力がないためです。電子は質量を持っているため、製品への浸透能力が制限されます。一方、ガンマ線やX線は質量を持たない光子を使用するため、より密度の高い製品や滅菌負荷に対してはるかに優れた浸透力を持ちます。X線はこの業界では目新しいものではありませんが、効率が比較的低いため、同じ程度には使用されてきませんでした。X線は「X線ターゲット」を使用して電子をX線に変換します。これはタンタルやタングステンのような非常に高密度の金属で、電子を急速に減速させます。電子が減速する際にX線が生成されますが、その変換効率は非常に低く、ガンマ線に関する懸念から、ガンマ線と同等の浸透力を持つ加速器ベースの方法が必要とされ、その結果、X線施設が世界中で急速に建設され、X線は滅菌のより主流の選択肢となりつつあります。ほとんどの場合、ガンマ線からX線への切り替えは簡単です。なぜなら、非常に似た材料適合性があり、既存の放射線標準規格を利用でき、検証プロセスも同じだからです。また、ガンマ線や電子ビームと同様に大容量を扱うことができます。ガンマ線からX線への移行が見られるかもしれませんが、材料適合性の問題があるため、現在EO滅菌されている製品がX線に大幅に移行する可能性は低いでしょう。
EOに関する懸念：市場の約50%
エチレン・オキシド（EO）は非常に効果的な滅菌方法であり、毎年米国で数十億個のデバイスの滅菌に使用されています。1940年代から医療製品の滅菌に使用されてきました。しかし、この方法は最も厳しい監視の対象となっています。2016年、EPAはエチレン・オキシドをその統合リスク情報システム（IRIS）ツールを用いてヒト発がん性物質に再分類しました。このプログラムは化学物質の健康危害を特定し、特性評価を行います。この決定を支えたモデルの科学について業界内で大きな論争があるものの、EPAは態度を変えませんでした。この分類が行われた後、エチレン・オキシドが安全に取り扱えることを公衆に納得させるのは難しくなりました。エチレン・オキシドを安全に取り扱う技術は存在しますが、政治的および公衆からの圧力が引き続きあります。もしこれらの施設の一つでも閉鎖された場合、他の施設に十分な能力がないため、デバイスの不足が懸念されます。これは医療業界にとって大きなサプライ・チェーンの危機となるでしょう。企業はこのことを理解しており、リスクを分散させるために、一部またはすべての滅菌ニーズをメキシコ、コスタリカ、ドミニカ共和国などのオフショアで満たす動きを始めています。
EOの代替方法を見つけることは簡単な作業ではありません。EOの効果的な代替手段を探す際には、3つの大きな課題があります。それは、拡張性、材料の適合性、そして滅菌剤がデバイスの最も滅菌が困難な場所に浸透する能力です。拡張性に関して言えば、多くの人がEOで滅菌されている製品がどれだけ膨大な量あるかを認識していません。米国だけでも、毎年200億個のデバイスがEOで処理されています。代替の方法である蒸気化過酸化水素（VH2O2）、二酸化塩素、二酸化窒素などは、現在のところEOほどの処理能力や大きなチャンバーを持っていません。多くの大型工業用EOチャンバーは、1回の滅菌で20～30パレットの製品を収容できます。代替技術の企業の中には、複数のパレットを収容できる大きな滅菌器への拡大を話しているところもありますが、現在では十分な数量や大きさのチャンバーは存在していません。この量を処理するためのインフラと施設を整備するには、数年かかるでしょう。2つ目の課題である材料の適合性も大きな問題です。照射施設は大量の製品を処理することができますが、EOで滅菌されている製品のかなりの割合が放射線と適合しません。放射線は、多くのポリマーに架橋や鎖切断を引き起こし、デバイスの機能に悪影響を及ぼす可能性があります。最後に、滅菌剤がデバイスの最も滅菌が難しい部位に浸透して、所望の無菌保証レベル（SAL）を達成する能力が3つ目の課題です。これらの部位には、長く狭い管腔、合わせ面、密封部分、ストップコックなどがあります。パッケージそのものも滅菌についての追加の課題をもたらします。滅菌剤は複数のパッケージング層を通過しなければなりません。これには輸送用の段ボール（場合によってはシュリンク包装も使用されています）、棚用カートン、さらには複数の無菌遮断システム（SBS）が含まれることがあります。EOはガスとして、他のガス状滅菌剤では到達できないパッケージやデバイス内部の場所に浸透する能力において比類がありません。EOを客観的に見れば、確かに毒性という欠点はありますが、浸透能力、材料の適合性、長く規制に対応してきた実績、入手しやすさなど、多くの利点があります。
規制
滅菌方法に関する規制や標準規格についていえば、すべての方法に専用の検証および規制基準があるわけではありません。FDAは滅菌剤を次のように分類しています。確立されたカテゴリーA（安全に使用されてきた長い実績があり、承認されたコンセンサス基準が存在する方法）：このカテゴリーにはEO（エチレン・オキシド）、放射線、湿熱、乾熱が含まれており、2024年1月からはVH2O2もこのカテゴリーに追加されました。これは一部、FDAが最近ISO 22441をコンセンサス基準として認識したためです。確立されたカテゴリーB：FDAが認識するコンセンサス基準はないが、方法の開発、検証、定常的な管理に関する豊富な公開情報が存在する方法を指します。確立されたカテゴリーBの例としては、オゾンやEOを利用した柔軟バッグシステムが挙げられます。新しい滅菌方法のカテゴリー：このカテゴリーに属する方法は、最も厳格な規制の監視対象となり、ほとんどの代替方法がここに分類されます。VH2O2に関する基準が存在するようになった今、この枠組みを利用して、さらなるデータや使用実績が蓄積されることで、二酸化塩素、二酸化窒素、その他の方法に関する具体的な基準の開発に役立てることが可能です。特定の基準が存在しない場合、これらの新しい方法はISO 14937を用いてプロセスを検証する必要があります。ISO 14937は、滅菌剤の特性評価、滅菌プロセスの開発、検証、定常的な管理に関する要件を概説した幅広い一般基準です。一般的に、滅菌方法に関連する基準が存在する場合、FDAの承認を得るための手続きは容易になります。これらの新しい方法は追加の規制上の監視の対象となり、規制当局からの質問も増えて、より多くの規制当局への提出書類にも対処しなければならなくなると予想されます。新しい方法であれば、規制当局もまだ知らないことが多いためです。そのため、彼らは慎重な立場を取る傾向があります。
業界内での協力の機会
私は最近、2024年3月にドイツのミュンヘンで開催された業界科学交流会に参加しました。この交流会はJ&J、メドトロニック、TÜV SÜDによって開催され、医療機器会社、パッケージング会社、滅菌供給業者、契約ラボ、規制当局（米国FDAおよび認証機関TÜV SÜDを含む）などのステークホルダーが参加しました。科学交流会の目的は、これらの代替方法の採用を加速することでした。この代替方法の中には数十年にわたって存在しているものもありますが、広く採用されたことはありませんでした。この課題は、業界として協力し、データを生成し、これらの代替方法の採用を容易にする道を見つけることでした。会議では、異なるステークホルダーが協力して問題を解決した2つのケーススタディが取り上げられました。その一つはDuPontのMPTPプロジェクトで、材料科学会社が製造変更を行い、厳格に規制されている業界で使用されている重要な材料に影響を与えたケースです。DuPontは、エンドユーザー顧客がすべての製品を個別に検証しなくても済むように、更新された資産で製造されたTyvekを検証する方法を考案しました。DuPontはバリューチェーン全体を巻き込み、FDAおよび認証機関からの早期の賛同を求め、無菌パッケージングメーカーや医療機器メーカーからの参加も含めました。2つ目のケーススタディは、火星からのサンプルを持ち帰るNASAとジェット推進研究所（JPL）のプロジェクトです。医療機器の滅菌専門家やその他のステークホルダーと協力し、サンプル返還キャニスターが適切に滅菌され、安全に地球に戻す方法を見つけるための取り組みです。NASAの惑星保護責任者は、火星のサンプルが生命体や地球上の生物プロセスと相互作用する複雑な分子を運んでいる可能性があるため、安全に地球に返還する方法を特定することの責任を重く受け止めていると述べました。これら2つのケーススタディが、代替滅菌方法の採用を加速するデータを生成するためのコラボレーションの例です。今後、フォローアップセッションが計画されています。
これにより医療パッケージング業界はどのような立場に置かれるのでしょうか？
これらの新しい方法は多くの製品に適用可能ですが、すべての製品に適用できるわけではありません。したがって、業界はこれらの代替方法をよりよく理解し、安全性および材料の適合性に関するデータを生成して採用を加速するために協力し続ける必要があります。
パッケージングも変更が必要になるかもしれません。現在とは異なる形で製品を滅菌プロセスに配置する必要が出てくるかもしれません。パッケージングや製品を通じた浸透の課題に加え、さらなる懸念もあります。多くのガス状滅菌方法は、セルロースと相性が悪いか、滅菌剤を吸収してしまうために推奨されていません。つまり、段ボールの輸送箱、紙ラベル、紙パッケージ、IFU（使用説明書）を使用できなくなる可能性があります。そのため、パッケージングを後回しにし、製品を一次パッケージのみで滅菌し、その後ラベルやIFUを追加し、棚用カートンや輸送用段ボールに製品を詰める必要があるかもしれません。自社で滅菌ができる場合は比較的容易ですが、契約滅菌業者まで何百マイルも輸送し、なおかつ製品と無菌遮断システム（SBS）を損傷から守ることは非常に困難です。これらの滅菌方法が、現在エチレン・オキシドやガンマ線で行われている膨大な量を処理するために拡張可能であれば、この物流の課題を解決する必要があります。
つまり、これらの新しい方法に関しては、従来の方法と同等のデータと実績がまだ十分にありません。そして、指摘された懸念点に対する解決策を見つけるまでは、EOとガンマ線をしばらくの間使い続ける必要があり、それらをより安全に使用する方法を模索し続ける必要があります。
