Edisi khu.ms, Juli 2006STERILISASI PROD UK KESEHA TAN (HEALTH CAREPRODUCTS) DENGAN RADIASI BERKAS ELEKTRONDarmawan DarwisPusat Pengembangan Teknologi Iso top dan Radiasi (PATlR) - BATANJI. Onere. Pasar .Iumat, JakartaABSTRAKISSN /.111-1349Pwnggunaan radiasi ioniasi terutama sinar gamma dan berkas elektron (electron heam) dalam berhagai bidang industry terus meningkat secara signifikan dalam tiga dekade terakhir. Salah satu aplikasinya yang telah digunakan secara komersial adalah sterilisasi peralatan medis (medical devices) dan sediaan farmasi (pharmaceutical). Slerilisasi radiasi ionisasi merupakan salah salu cara slerilisasi dengan menggunakan radiasi ionisasi baik menggunakan sinar gamma yang berasal dari radioisotop (Co-60) atau berkas eleklron dari mesin pengakselerasi eleklron (MBE). Beberapa peralatan medis seperli syringes, kateter. graf tulang (bone graft). Hemodializer, kantung darah (blood bag), donor set, sarung tangan bedah dan sediaan farmasi (obat injeksi, obat mata, tetrasiklin, neomycin sulfal, bahan baku obat dll) telah disterilkan dengan leknik radiasi. Bila dihandingkan dengan leknik konvensional, sterilisasi radiasi mempunyai beherapa keuntungan anlara lain: tidak meninggalkan residu kimia seperti halnya pada gas EtO, tidak menimhulkan kenaikan temperatur yang berarti, dapat dilakukan pada produk dalam kemasan akhir, proses sterilisasi dilakukan pada temperatur kamar, proses mudah dikontrol dengan mengatur waklu iradiasi. Disamping keunggulam tersebut terdapal juga kekurangan teknik sterilisasi radiasi yaitu beberapa produk dapat rusak pada dosis tertentu dan penetrasi radiasi terhadap produk terbatas (Ierutama E-beam). Untuk mendapalkan hasilsterililas produk yang optimal (kerusakan pada produk yang disterilkan seminimal mungkin) diperlukan adanya pengetahuan tentang cara-cara sterilisasi radiasi yang haik yang telah dituangkan dalam satu seri standar internasional (ISO) yaitulSO 11137, ISO 11737 dan ISO 13409.

PENDAHULUANDidalam Standar Internasional tcntang stcrilisasi produk kesehatan (health care products) ISO 11137 disebutkan bahwa produk kesehatan adalah suatu produk yang mencakup peralatan mcdis (medical devices). Sediaan farmasi (pharmaceuticals) dan sediaan biologi (bioiogics)(1). Beberapa peralatan medis dan sediaan. Farmasi seperti syringes, katup jantung buatan, jarum suntik, kantung darah, pembalut luka hidrogel, grafi tulang, internal kateter, hemodialiser, obat suntik, obat mata, bahan baku obat tertentu dan produk-produk yang berkontak langsung dengan darah mempunyai salah satu persyaratan yaitu steril.Sterilisasi adalah suatu proses untuk menghilangkan atau menginaktivasi mikroorganisme hidup (baktcri. jamur, virus dan organisme bersel satu lainnya) yang terdapat pada suatu produk 2. Sedangkan istilah steril secara umum dapat diartikan bebas dari mikroorganisme hidup 1 Secara garis bcsar tcrdapat tiga cara sterilisasi yaitu sterilisasi cara panas (panas basah. panas kering), sterilisasi carakimia (gas etilen oksida, EtO) dan stcrilisasi dingin (filtrasi. radiasi). Sterilisasi cara dingin (radiasi dan EtO) banyak digunakan untuk mensterilkan produk yang tidak tahan/rusak oleh pemanasan.Syringes, internal kateter, kantung darah, dan wadah obat mata (umumnya terbuat dari bahan polimer/plastik), obat-obatan (antibiotika), jaringan lunak (soft tissue). graft tulang akan mengalami kerusakan bila diperlakukan dengan sterilisasi panas. Oleh sebab itu cara sterilisasi dingin seperti radiasi pengion mcrupakan alternatif yang baik untuk mensterilkan produk-produk yang tidak tahan terhadap panas. Cara sterilisasi dcngan gas etilenoksida sudah mulai ditinggalkan karena adanya bahaya yang ditimbulkan gas EtO bersifat toksik dan karsinognik (3).Secara umum ada dua jenis radiasi pcngionyang banyak digunakan untuk stcrilisasi yaitu (3-5)1. Sinar gamma yang dipancarkan dari radioisotope cobalt-60 atau cesium-13 72. Berkas elektron (electron heam) merupakan elektron berenergi tinggi yang dihasilkan dari akselerator electron atau mesin berkas elektron.Radiasi ionisasi dapat diperoleh melalui dua sumber yang berbeda seperti radioisotop dan mesin. Radioisotop yang paling umum digunakan secara komersial untuk menghasilkan sinar gamma adalahadalah kobalt-60 dan cesium-137. Sedangkan elektron berenergi tinggi dihasilkan dari suatu mesin berkas elektron (MBE).Baik radiasi berkas elektron maupun radiasi sinar gamma membcrikan efek yang sama terhadap materi yang diiradiasi yaitu terjadinya perubahan terhadap bcrbagai ikatan kimia dan molckulcr. Sel reproduktif dari mikroorganisme.Sterilisasi radiasi mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan metode sterilisasi lain yaitu (6):1. Tidak menimbulkan kenaikan temperatur yang berarti2. Dapat menembus kcdalam seluruh bagian produk dan dalam kemasan akhir3. Waktu iradiasi merupakan satu-satunya variable yang dikontrol sehingga proses dapat dikontrol dengan tepat.4. Tidak meninggalkan residu.5. Tidak memerlukan karantina produk setelah diiradiasi6. Proses stcrilisasi cepat (hanya dalam beberapa menit) untuk teknik berkas elektronAda beberapa Standar Internasional (ISO) 1,7-10 yang dapat digunakan sebagai acuan standar dalam menentukan dosis sterilisasi, validasi, verifikasi serta persyaratan-persyaratan lainnya dari produk kesehatan yang akan disterilkan dengan radiasi yaitu:I. ISO 11137: Sterilization of Health Care Products- Requirement for Validation and Routine Control- Radiation Sterilization2. ISO 11737-1: Sterilization of Medical DevicesMicrobiologicalMethods - Part I: Estimation ofPopulation of Microorganisms on Products3. ISO 11737-2: Sterilization of Medical Devices MicrobiologicalMethods - Part 2: Test ofSterility Performed in the Validation of aSterilization Process4. ISO 11737-3: Sterilization of Medical Devices MicrobiologicalMethods - Part 3: Guidance onEvaluation and Interpretation of Bioburden data5. ISO 13409: Sterilization of Health Care Products- Radiation Sterilization - Substantiation of 25kGy as a Sterilization Dose for Small orInfrequent Production Batchs.

Selain standar internasional, Dalam Farmakope Indonesia Edisi IV disebutkan bahwa dosis sterilisasi yang digunakan untuk produk kesehatan adalah 25 kGy Namun dalam beberapa hal dosis yang lebih rendah dapat digunakan bergantung dari kandungan mikroba awal dan jenis mikroba serta faktor-faktor lainnya 11Di dalam kelima seri standar internasional tersebut diatas dibahas secara rinci bagaimana cara menentukan jumlah kontaminasi awal suatu produk, metode penentuannya, cara memvalidasi, penentuan dosis verifikasi hingga cara penentuan dosis stcrilisasi sehingga dosis radiasi dibawah 25 kGy dapat digunakan apabila produk yang akan disterilkan diproses sesuai dengan cara memproduksi yang baik(GMP) untuk meminimalkan jumlah mikroba awal (bioburden). Sedangkan untuk peralatan medis yang diproduksi dalam jumlah sedikit atau produksinyajarang maka dapat dipilih dosis 25 kGy sebagai dosissterilisasi.Selain pemahaman tentang standar internasional yang tclah discbutkan diatas. dipcrlukanjuga pengetahuan tentang efek radiasi pada material penyusun produk dan pengemas sehingga diperoleh tingkat jaminan kualitas yang tinggi dengan kerusakan yang minimal mungkin terhadap produk yang disterilkan.

FASILITAS AKSELERATOR ELEKTRONAkselerator clcktron atau mesin berkas elektron (MBE) merupakan jcnis aksclcrator yang mcnggunakan elcktron scbagai partikcl yang dipercepatl 12. Pada prinsipnya aksclerator adalah mesin elektrik. Jika mesin dihidupkan akan menghasilkan energi elektron tinggi. namun jika dimatikan mesin sangat aman. Elektron adalah partikel dengan muatan negatif sehingga mampu untuk diakselerasi dengan medan listrik. Semakin tinggi energi elektron seteIah diaksclcrasi. Semakin tinggi daya penetrasi jika elektron mcnghantam material.Berdasarkan output energi yang dihasilkan. MBE dapat dibagi menjadi 3 macam yaitu 13,14 :1. MBE energi rendah menghasilkan elektron antara 100 keV sampai 500 keV.2. MBE energi sedang (medium) menghasilkan elektron antara 500 keV sampai 5 MeV3. MBE energi tinggi menghasilkan elektron antara 5MeV sampai 10 MeV`Hingga tahun 2004 Indonesia telah memiliki beberapa MBE sebagaimana diperlihatkan pada Tabel I. MBE yang ada di BATAN terdiri dari dua buah MBE energi rendah (300 keV dan 350 keV) yang digunakan terutama untuk penelitian dan pengembangan pelapisan permukaan kayu, modifikasi sifat permukaan material; dekontaminasi bahan pangan. Satu buah MBE energi sedang (2MeV) untuk penelitian dan pengembangan pembuatan isolasi kabel tahan panas dan tegangantinggi, pembuatan pembalut luka hidrogel, sterilisasi produk kesehatan (hidrogel, graft tulang, amnion,dll), penelitian bidang pcrtanian, modifikasi dan proses polimer. Dua buah MBE energi rendah terdapat di PT. Bridgestone Indonesia dan satu buah MBE energi rendah terdapat di PT. Gajah Tunggaldigunakan untuk tujuan komersial dalam prosesindustri pembuatan komponcn ban radial 14.15 Selain MBE yang telah disebutkan diatas, beberapa akselerator elektron jenis akselerator linier (L1NAC) telah dipasang di beberapa rumah sakit di Jakarta. Surabaya dan Semarang untuk keperluan terapi kankcr 16 Radiasi berkas elektron yang banyak digunakan untuk tujuan sterilisasi adalah yang mempunyai energi 2 hingga 10 MeV (MBE energi sedang hingga tinggi). MBE dengan energi 5 MeV mempunyai kemampuan penetrasi elektron sekitar 2 cm pada produk dcngan densitas 1 g/cm3 pada satu sisi pcrmukaan produk dan 4 cm pada dua sisi permukaan produk. Scdangkan MBE dcngan encrgi 10 MeV dapat mcradiasi produk dengan densitas 0,15 g/em3 setebal 60 cm dengan teknik radiasi dari dua sisi (double side treatment). Dibandingkan denganMBE energi scdang, MBE energi tinggi mempunyai beberapa kelebihan yaitu kemampuan penetrasi elcktron yang tinggi sehingga dapat untuk mensterilkan produk dalam kemasan akhir: fleksibilitas perlakuan produk dan ketepatan dosis yang tinggi. Adanya kecepatan dosis yang tinggi rnenyebabkan MBE semakin banyak dipilih sebagaicara sterilisasi dibandingkan dcngan sinar gamma l3.I5

KARAKTERISTIK DARI RADIASiELEKTRON 1131Tidak seperti radiasi y, berkas elektron yang dihasilkan dari akselerator bersifat mono energy. Jadi, karakteristik penetrasi dari sinar y dan electron berbeda. Elektron memberikan distribusi dosis terabsorbsi lebih uniform. Pada berkas elektron, dosis terabsorhsi yang terbesar berada pada bagian sebelah dalam dari permukaan materi yang diiradiasi dan kemudian secara cepat menurun hingga dosis terabsorpsi mencapai nol persen. Gambar 2 menunjukkan kharakteristik dari distrihusi dosis (depth-dose) elektron yang dipcrcepat dari MBE 5 MeV dalam air sebagai fungsi dari kedalaman. Ketidakseragaman dosis yang dihasilkan oleh elektron menimbulkan suatu konsep useful range (ru) dari elektron. Ru adalah kedalaman dimana dosis yang tcrima oleh kedua permukaan material sama dengan dosis yang menembus material (dosis permukaan dan dosis kcluar). Konsep ini digunakan scbagai dasar dalam mcnentukan energi dan arusyang akan digunakan untuk meradiasi suatu material dengan memperhatikan ketebalan dan densitas material yang akan diiradiasi.Adanya dosis relatif yang besar 100 % (peak dose) pada bagian dekat permukaan material oleh cfek back scattering yang elcktron akibat tumbukan inelastik dan elastik. Useful range dapat ditingkatkan dengan cara meradiasi bahan/matcrial melalui keduasisi/permukaan bahan yang diiradiiasi seceara bergantian. Iradiasi melalui dua permukaan akanmeingkatkan useful range menjadi 2 - 2,4 kali lebih besar dibanding dengan iradiasi melalui satupermukaan seperti yang diperlihatkan oleh Gamba 3.

Efek Radiasi pad a Mikroorganisme 4Telah diketahui secara umum bahwa efek letal dari radiasi terhadap sel hidup disebabkan terutama oleh adanya penimbunan energi pada komponen kritis seperti DNA dan scl membran dimana DNA tersebut mcnempel. DNA berfungsi membawa informasi genetik sel. Dalam mikroorganisme, DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida yang berhadapan satu sama lain dalam suatu rantai double helik. Kerusakan DNA akibat radiasi dapat dilihat pada Gambar 4.Efek radiasi terhadap organisme hidup termasuk mikroorganisme dapat dibagi kedalam dua cara yaitu:

1. Efek langsungEfek langsung terjadi akiat adanya tubukan (interaksi) electron dengan organism. Beberapa perubahan sifat fisika-kimia yang terjadi akibat iradiasi yaitu :- pemutusan rantai gula pospat dari masing-masing strai polinukleoid dari DNA, disebut sengan single break- pemutusan rantai yang berdekatan pada kedua strain polinukleotid dari DNA disebut dengan double break- Terbentuknya intramolecular crosslink/intermolecular crosslink yang disebut denganbase damage.Kebanyakan mikroorganisme mampu untuk memperbaiki kerusakan single strand break.Beberaspa literatur menyebutkan bahwa mikroorganisme yang sensitif tidak dapat memperbaiki double strand breaks, sedangkan mikroorganisme yang menunjukkan resistensi yang lebih tinggi mempunyai kapasitas untuk memperbaiki double strand breaks.

2. Efek tidak langsungEfek ini terjadi melalui pembentukan radikal bebas air sebagai hasil dari radiolisis air dalam mikroorganisme. Radiolisis air akibat radiasi ionisasi dapat dinyatakan sebagai berikut:H + OH + e- aq + H2 + H202 + H3O+Radikal-radikal yang terbentuk ini bereaksi dengan molekul biologi seperti asam amino. Karbohidrat, protein, mitokondria, DNA dan lemak. Oleh karena itu efek tidak langsung dianggap sebagai efek dari faktor-faktor lingkungan seperti oksigen. kandungan air, medium, temperatur, kecepatan dosis dan bahan kimia lainnya.

Pada efek tidak langsung ini melibatkan radikal bebas air sebagai intermediasi dalam mentransfer energi radiasi ke molekul biologi. Sebaliknya pada efek langsung radiasi melibatkaninteraksi sederhana antara radiasi ionisasi dan molekul-molekul biologi yang penting.

Ditinjau dari kerusakan biologi yang terjadi. tidak ada bedanya apakah kerusakan yang terjadidisebabkan oleh efek langsung atau efek tidak langsung. Namun demikian, kebanyakan kerusakan radiobiologi terjadi sebagai akibat dari efek tidak langsung karena sel-sel dan jaringan mengandung kurang lebih 70 - 90 % air.

Respon Mikroorganisme Terhadap RadiasiRespon. mikroorganisme terhadap radiasi diukur dari suatu kurva inaktivasi atau kurva dosis/respon. Kurva ini dibuat dengan cara meradiasi mikroorganisme yang memiliki jumlah awal tertentu pada beberapa dosis radiasi. Ada 3 bentuk umum dari kurva inaktivasi yaitu:I. Kurva survival eksponensial (exponential survival curve). Terdapat hubungan linier antara fraksi yang dapat bertahan hidup (survive) yang dinyatakan dalam log dan dosis. Beberapa mikroorganisme yang sensitive terhadap radiasi umumnya menunjukkan kurva ini.2. Kurva survival berbahu (shouldered survival curve). Membentuk kurva bahu pada dosis yangrelatif rendah dan diikuti dengan linier pada dosis yang semakin tinggi. Terbentuknya kurva bahu ini karena adanya perbaikan (repair) kerusakan yangterjadi pada dosis rendah.3. Kurva survival konkaf (concav survival curve). Fraksi yang bertahan hidup berkurang denganBertambahnya dosis. Jenis kurva ini disebut konkaf dengan ekor yang resisten. Kurva jenis iniumumnya terjadi pada populasi mikroba yang heterogen atau populasi campuran.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI RESPON MIKROORGANISME TERHADAP RADIASIMikroorganisme yang berbeda jenis akan memberikan respon terhadap radiasi yang berbedasehingga akan menghasilkan kurva dosis/respon yangbcrbeda pula. Kondisi fisika dan kimia lingkungan dimana mikroorganisme itu diradiasi juga mempunyai efek yang berarti pada responnya terhadap radiasi.Faklor-faklor yang mempengaruhi responmikroorganisme tcrhadap radiasi antara lain:1. TemperaturKondisi beku meningkatkan resistensi mikroba vegetatif. Mikroorganisme lebih bersifat sensitif pada lingkungan cair dibandingkan dengan iradiasi dalam keadaan beku. Peningkatan ini disebabkan oleh imobilisasi radikal bebas dan menccgah difusinya jika mediumnya adalah beku, sehingga efek tidak langsung sangat terhambat.2. OksigenRadikal bebas dapat bereaksi dengan molekulmolekul oksigen dan reaksi tersebut sangat berartikarena akan menghasilkan radikal-radikal peroksi, yang beberapa diantaranya dapat menyebabkan pengrusakan secara biologi. Pada umumnya, mikroorganisme menjadi lebih sensitif terhadap radiasi dengan adanya oksigen dibandingkan tanpaoksigen. Efek letal ionisasi radiasi pada mikroorganisme meningkat dengan adanya oksigen. Sebaliknya pada kondisi bebas oksigen total, baik dalam kondisi basah maupun kering, resistensimikroba biasanya meningkat.

3. AirMikroorganisme lebih tahan terhadap radiasi dalam keadaan kering dari pada adanya air atau kandungan air aktif tinggi. Dalam kondisi air aktif rendah atau kering, jumlah radikal air bebas yang dihasilkan oleh radiasi adalah rendah sehingga efek kerusakan akibat reaksi tidak langsung juga kecil. Untuk bakteri bentuk spora, adanya kandungan air yang rendah dari spora merupakan penyebab utama dari resistensi bakteri spora terhadap radiasi.Kandungan air protoplas spora kurang dari 10 % beratnya, sebaliknya bakteri vegetatif mengandung 70% beratnya. Jadi kerusakan tidak langsung yang disebabkan oleh serangan radikal bebas yang berasal dari intraselular air menjadi sangat kecil pada bakteri spora. Selama germinasi, kandungan air protoplas spora bertambah dan karena itu resistensi radiasinya sangat berkuning.4. Siklus sel (cell cycle)Kebanyakan mikroorganisme menunjukkan resistensi yang lebih tinggi pada fase pertumhuhanstasioner dari pada fase pertumbuhan logaritmik. Ini mungkin disebabkan oleh degradasi DNA yang lambat dan kemampuan memperbaiki kerusakan single break yang tinggi dalam fase stasioner.5. Bahan kimiaKomposisi medium dimana mikroba itu berada dapat menyebabkan mikroba terlindungi (resistensi bertambah) atau menjadi lebih sensitif terhadap radiasi. Senyawa-senyawa kimia yang bersifat melindungi bekerja dengan cara menghabiskan oksigen (oxygen depletion) selama iradiasi. Senyawa-senyawa tersebut antar lain H2S, alkohol alilatik, dimetil sulfoksid, tiourea. gliserol, sistein dan glotation. Sebaliknya, senyawa-senyawa nitrat dan nitrit menyebabkan mikroba menjadi sensitif.

TINGKAT JAMINAN STERILITAS(STERILITY ASSURANCE LEVEL, SAL)Suatu produk dikatakan steril bila produk tersebut bebas dari mikroorganisme hidup. Telahdiketahui bersama bahwa tidak ada satu sistem sterilisasi pun yang mampu untuk mengukur nilaiabsolut tersebut dan oleh karena itu semua proses sterilisasi mempunyai keterbatasan dalammenghancurkan mikroorganisme. Oleh karena itusuatu jaminan sterilitas absolut tidaklah mungkin dan selalu terdapat suatu probabilitas teoritik dari nonsterilitas yang dikenal dengan sterility assurance level (SAL). SAL adalah probabilitas mikroorganisme hidup yang ada pada suatu produk setelah proses sterilisasi. SAL dinyatakan dalam 10-n. SAL 10-6 artinya dari satu juta produk yang disterilkan hanya boleh satu produk yang tidak steril. SAL 10-3 artinya dari seribu produk yang disterilkan hanya boleh satu produk yang tidak setril. Pemilihan nilai SALdidasarkan atas penggunaan produk tersebut. Untuk produk yang digunakan berkontak langsung dengan jaringan tubuh atau darah nilai SAL adalah 10-6. Sedangkan untuk produk yang tidak berkontak langsung dcngan darah mempunyai SAL 10-3. Tabel contoh beberapa produk dengan berbagai tingkat SAL.Tabel 3. Nilai SAL dari beberapa alat kesehatan

SAL 10-3SAL10-6

Kantung urinBone graft

Bedak bayiJarum suntik

Bahan pengemasSyringes

Bioassay plateBenang

Sarung tanganTetes mata

KondomPisau bedah dan pralatan operasi

Internal kateter