배경
수십 년 동안 멸균 분야에서 거의 변화가 없었던 멸균은 이제 뜨거운 화두가 되었습니다. 여기에는 의료 포장 산업도 포함됩니다. 상업용 멸균기의 에틸렌 옥사이드 배출에 대한 엄격한 EPA 규정의 영향과 감마 멸균에 대한 문제가 불확실해지면서 기업들은 대체 방법을 모색하고 있습니다. 대체 방법에 대한 전망은 흥미롭지만, 제 입장에서는 현실을 직시하는 것도 중요합니다. 극복해야 할 중요한 장애물이 존재하며, 이를 대체할 수 있는 완벽한 솔루션은 존재하지 않습니다.
오늘날 산업 시장의 50%는 산화에틸렌(EO)으로 멸균되고, 시장의 40%는 감마선으로 멸균됩니다. 제대로 따져 보자면, 현재 의료 시장에 있는 제품의 90%가 이 두 가지 방법 중 하나로 멸균 처리된다는 의미입니다. 이는 미국 내에서만 연간 수십억 대의 장치에 해당합니다. 이제 두 가지 모두에 대해 상당한 우려가 있으며, 이는 상당히 두려운 상황입니다.
감마에 대한 우려: 시장의 약 40%
감마 살균은 자연적으로 발생하는 코발트-59에 원자로에서 중성자를 쏘아 방사능이 될 때까지 만들어지는 방사성 동위원소인 코발트-60을 사용합니다. 그런 다음 계약 조사기에서 의료 기기를 멸균하는 일에 사용되거나 방출되는 감마선을 통한 암 치료를 위해 병원에서 사용됩니다. 이러한 시설과 재료의 보안은 원자로보다 보안이 떨어지는 경우가 많기 때문에 더 많은 감시의 대상이 되고 있습니다. 2013년에는 멕시코의 한 주유소에서 방사성 코발트-60을 운반하는 트럭이 도난당했습니다. 이로 인해 테러범이 이 방사능 물질을 획득하고 잠재적으로 "더티밤", 즉 더러운 폭탄을 제작하는 것에 대한 두려움이 생겼습니다. 방사능 폐기물의 처리에 관한 환경적 우려도 있습니다. 많은 정부가 방사성 물질을 사용하지 않는 전자빔 또는 X선과 같은 가속기 기반 방사선 조사 프로세스로의 전환을 요구했습니다. 감마 멸균에 대한 또 다른 잠재적 우려사항은 코발트 공급입니다. 코발트는 전기 자동차용 배터리 생산에 사용되며, 코발트의 상당 부분은 정치적으로 불안정한 국가인 콩고에서 생산되므로 시장에 적절하게 공급하고 장치 부족을 방지할 수 있을지가 우려 사항입니다. 향후 수요가 공급을 능가할 것으로 예상됩니다.
전자빔은 수년 동안 사용되어 왔지만 모든 산업용 멸균 장치의 약 5%만이 이 방법을 사용합니다. 그 이유는 전자빔이 감마만큼 잘 침투하지 못하기 때문입니다. 전자는 질량이 크므로 제품에 침투하는 능력이 제한됩니다. 감마선과 X선은 질량이 없어 고밀도 제품 및 멸균 부하에서 훨씬 더 잘 침투하는 광자를 사용합니다. X선은 업계에 새로운 것이 아니지만 상대적으로 비효율적이기 때문에 동일한 정도로 사용되지 않았습니다. “X선 표적”을 사용하여 전자를 X선으로 변환합니다. 이는 전자를 빠르게 감속시키는 탄탈륨 또는 텅스텐과 같은 매우 조밀한 금속입니다. 전자가 느려짐에 따라 X선이 생성되지만 전환율은 매우 낮습니다. 감마에 대한 우려로 감마선뿐만 아니라 침투할 수 있는 가속기 기반 방법에 대한 필요성이 필요했으며, 그 결과 X선 시설은 전 세계 여러 위치에 빠르게 구축되고 있어 멸균을 위한 보다 주류 옵션이 되었습니다. 대부분의 경우 재료 호환성이 매우 유사하고 기존 방사선 표준을 사용할 수 있으며 검증 프로세스가 동일하기 때문에 감마선에서 X선으로 간단히 변환할 수 있습니다. 또한 감마 및 전자빔과 같이 대량을 처리할 수 있습니다. 감마선에서 X선 멸균으로의 이동을 볼 수 있지만, 재료 호환성 문제로 인해 현재 EO 멸균된 제품의 상당 부분이 X선으로 이동하는 것을 볼 가능성은 낮습니다.
EO에 대한 우려: 시장의 약 50%
에틸렌 옥사이드는 매우 효과적인 살균 방법으로, 미국에서 매년 수십억 개의 기기를 살균하는 데 사용됩니다. 1940년대부터 의료 제품을 살균하는 데 사용되어 왔습니다. 그러나 이것은 가장 면밀한 감시를 받고 있는 방법입니다. 2016년에 EPA는 통합 위험 정보 시스템(IRIS) 도구를 사용하여 EO를 인체 발암물질로 재분류했습니다. 이 프로그램은 화학물질의 건강 위험을 식별하고 특성화합니다. 이러한 결정을 내린 모델의 이면에 있는 과학적 원리와 관련하여 업계에 상당한 논쟁이 있지만, 기관은 전혀 움직이지 않았습니다. 이 분류가 이루어지고 나서는 이를 안전하게 취급할 수 있다고 대중에게 설득하기가 더 어려워졌습니다. 산화에틸렌으로 안전하게 작업할 수 있는 기술이 있기는 하지만, 정계와 대중의 압력은 지속됩니다. 이러한 시설 중 한 곳이라도 다른 시설의 처리 능력 부족으로 인해 폐쇄해야 한다면 기기 부족에 대한 두려움이 있습니다. 이는 의료 산업의 주요 공급망 위기입니다. 기업들은 이를 알고 인정하고 있습니다. 많은 기업들이 투자에 대한 보호책으로 멸균 요구의 일부 또는 전부를 멕시코, 코스타리카, 도미니카 공화국과 같은 다른 국가로 해외로 이전하기 시작했습니다.
EO의 대안을 찾는 것은 간단한 일이 아닙니다. 확장성, 재료 호환성, 기기에서 가장 살균하기 어려운 위치에 멸균제가 침투할 수 있는 능력 등 세 가지 주요 과제를 해결해야 효과적인 EO 대체품을 찾을 수 있습니다. 확장성의 경우, 많은 사람들이 EO로 멸균되는 제품의 양이 얼마나 많은지 깨닫지 못합니다. 미국에서만 매년 200억 개의 디바이스가 EO로 처리되고 있습니다. 기화 과산화수소(VH2O2), 이산화염소, 이산화질소 등과 같은 대체 방식은 현재 EO만큼 많은 수나 챔버를 보유하고 있지 않습니다. 많은 대형 산업용 EO 챔버는 멸균 부하당 20~30개의 제품 팔레트를 수용할 수 있습니다. 이러한 대체 기법의 일부 회사들은 여러 팔레트를 수용할 수 있는 더 큰 멸균기로 확장하는 것에 대해 이야기하고 있지만, 상당한 수량과 크기의 챔버는 현재 존재하지 않습니다. 필요한 인프라와 충분한 시설을 가동하여 이 물량을 처리하는 데는 수년이 걸릴 것입니다. 두 번째 도전 과제인 재료 호환성은 상당한 문제입니다. 방사선 조사 시설은 대량의 제품을 처리할 수 있지만 상당한 비율의 EO 멸균 제품은 방사선과 호환되지 않습니다. 방사선은 장치의 기능에 악영향을 미칠 수 있는 많은 중합체에서 교차결합 또는 사슬 절단을 유발할 수 있습니다. 마지막으로, 멸균제가 기기의 멸균하기 어려운 위치에 침투하여 원하는 멸균 보증 수준(SAL)을 달성할 수 있는 능력은 세 번째 과제입니다. 이러한 위치에는 길고 좁은 루멘, 결합된 표면, 마개 및 스톱콕이 포함됩니다. 포장 자체도 멸균에 추가적인 과제를 제시할 수 있습니다. 이러한 위치에는 길고 좁은 내강, 결합 표면, 마개 및 스톱콕 등이 있습니다. 포장 자체도 멸균에 추가적인 문제를 야기할 수 있습니다. 멸균제는 여러 개의 포장 층을 통과해야 합니다. 여기에는 골판지 배송 상자(그리고 경우에 따라 수축 포장이 여전히 사용됨), 선반 상자 및 잠재적으로 여러 개의 멸균 장벽 시스템(SBS)이 포함될 수 있습니다. 가스인 EO는 포장을 통과하여 다른 가스 멸균제가 할 수 없는 장치 위치로 들어갈 수 있는 능력이 타의 추종을 불허합니다. EO를 객관적으로 보면 독성과 관련된 단점도 있지만 침투력, 재료 호환성, 오랜 규제 역사, 가용성 등 많은 장점도 있습니다.
규제
멸균 방법에 관한 규정 및 표준과 관련하여 모든 방식에 고유한 검증 및 규제 표준이 있는 것은 아닙니다. FDA는 멸균제를 확립된 범주 A(승인된 합의 표준이 존재하는 오랜 안전한 사용 이력을 가진 방법)로 분류하는데, 이는 EO, 방사선, 습열, 건열과 같은 방법이며, 2024년 1월 기준 VH2O2가 이 범주에 추가되었습니다. 이는 부분적으로 FDA가 최근 ISO 22441을 합의 표준으로 인정했기 때문이었습니다. 확립된 범주 B 방법은 FDA에서 인정한 합의 표준이 없지만 방법의 개발, 검증 및 일상적인 관리에 대해 발표된 정보가 많은 방법일 것입니다. 확립된 범주 B의 예로는 EO를 이용하는 오존 및 플렉시블 백 시스템이 있습니다. 세 번째 범주는 새로운 멸균 방법 범주입니다. 이러한 방법은 가장 엄격한 규제 감시를 받게 되며 대부분의 대체 기법은 이 범주에 속하게 됩니다. 이제 VH2O2에 대한 표준이 존재하므로, 더 많은 데이터와 사용 이력이 이용 가능해짐에 따라 이 프레임워크는 이산화염소, 이산화질소 및 기타 방법에 대한 특정 표준 개발을 위한 템플릿으로 이를 잠재적으로 사용할 수 있습니다. 특정 표준이 없는 경우, 이러한 새로운 방법은 멸균제 특성 분석, 개발, 검증 및 일상적인 관리에 대한 요구 사항을 설명하는 광범위한 일반 표준인 ISO 14937을 사용하여 프로세스를 검증해야 합니다. 일반적으로, 멸균 방법과 관련된 표준이 있을 때마다 FDA 승인을 얻는 것이 더 쉬워집니다. 이러한 새로운 방법은 추가적인 규제 감시를 받을 가능성이 높으며 규제 당국으로부터 더 많은 질문을 받게 될 것입니다. 이러한 질문은 규제 당국의 제출에서 다루어야 합니다. 그 이유는 단지 그것들이 새로운 것이고, 규제 당국은 자신이 무엇을 모르는지 모른다는 것입니다. 이들은 주의의 측면에서 오해하는 경향이 있습니다.
업계가 함께 협력할 수 있는 기회
저는 최근에 J&J, Medtronic 및 TÜV SÜD가 2024년 3월에 독일 뮌헨에서 진행한 Industry Scientific Exchange에 참석했습니다. 이 Exchange에는 의료 기기 회사, 포장 회사, 멸균 제공업체, 계약 실험실, 미국 FDA 및 인증 기관인 TÜV SÜD를 포함한 규제 기관의 이해관계자가 포함되었습니다. Scientific Exchange의 목표는 이러한 대체 방법의 채택을 가속화하는 것이었습니다. 그 중 일부는 수십 년 동안 사용되었지만 널리 채택된 적은 없습니다. 과제는 데이터를 생성하고 이러한 대체 방법을 보다 쉽게 채택할 수 있는 경로를 찾기 위해 업계와 협력하는 것이었습니다. 번 컨퍼런스에서는 다양한 이해관계자들이 모여 문제를 해결하기 위해 협력한 두 가지 사례 연구가 소개되었습니다. 이 사례 연구 중 하나는 한 재료 과학 회사가 제조 방식을 변경하여 규제가 엄격한 산업에서 사용되는 중요한 재료에 영향을 미친 DuPont MPTP 프로젝트였습니다 DuPont은 최종 사용자 고객이 모든 제품을 개별적으로 검증할 필요 없이 업데이트된 자산에 대해 Tyvek®을 검증하는 방법을 찾았습니다. 이들은 전체 가치 사슬을 포함시키고, FDA와 인증 기관에게 조기에 동의를 구했으며, 멸균 포장 제조업체와 의료기기 제조업체의 참여를 포함시켰습니다. 두 번째 사례 연구는 NASA 및 제트 추진 실험실(JPL) 프로젝트에 참여하여 화성에서 샘플을 회수하는 것이었습니다. 이들은 의료 기기 멸균 전문가 및 기타 이해 관계자와 협력하여 샘플 회수 캐니스터를 적절히 멸균하고 안전하게 지구로 회수할 수 있는 방법을 모색했습니다. 지구 보호 책임자는 지구상에서 생물학적 과정과 상호작용할 수 있는 생명체 또는 복잡한 분자를 운반할 가능성이 있는 화성 시료의 안전한 지구 복귀를 정의해야 할 중대한 책임이 있다고 밝혔습니다. 이 두 가지 사례 연구는 이러한 대체 멸균 방법의 채택을 가속화하기 위한 데이터 생산에 협력하는 데 참고할 수 있는 사례였습니다. 향후 후속 세션이 계획되어 있습니다.
이에 따라 의료용 포장 산업은 어떤 위치에 놓이게 되는가?
이러한 새로운 방법은 많은 제품과 호환되지만 모든 제품과 호환되지는 않습니다. 따라서 업계는 이러한 대체 방법을 더 잘 이해하고 안전 및 재료 호환성 데이터를 생성하여 채택을 가속화하기 위해 협력하는 데 집중해야 합니다.
포장을 변경해야 할 수도 있습니다. 현재와 다른 방식으로 제품을 멸균 처리해야 할 수도 있습니다. 포장과 제품을 통한 침투 문제 외에도 또 다른 문제가 있습니다. 많은 가스 방식은 셀룰로오스와 호환되지 않거나 셀룰로오스가 멸균제를 흡수하기 때문에 권장하지 않습니다. 이는 골판지 배송 상자, 종이 라벨, 종이 포장 또는 IFU가 없음을 의미합니다. 우리는 포장을 연기하고 제품을 일차 포장으로만 멸균한 다음 라벨, IFU를 추가하고 멸균 후 제품을 선반 상자 및 골판지 배송 상자에 포장해야 할 수 있습니다. 사내에서 멸균할 수 있다면 더 쉽지만, 수백 마일 떨어진 멸균업체로 배송하면서 제품과 SBS를 손상으로부터 보호해야 하는 경우에는 매우 어려운 문제입니다. 현재 에틸렌 옥사이드와 감마로 수행되는 엄청난 양을 처리할 수 있도록 방법을 확장하려면 이러한 물류 문제를 해결해야 합니다.
요약하자면, 우리는 이러한 새로운 방법에 대한 데이터와 경험이 충분하지 않으며, 확인된 몇 가지 우려 사항에 대한 답을 찾을 때까지 EO와 감마 모두 꽤 오랫동안 사용해야 할 것이며, 더욱 안전하게 작업할 수 있는 방법을 계속 찾아야 합니다.
