滅菌の原理と実際、LAL試験

🧠 滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）のゴールはただ一つ、「芽胞を含むすべての微生物を殺す」こと。 熱・放射線・ガス・濾過のどれを選ぶかは、対象物が熱に耐えられるか、液体か、気体透過性かで自動的に決まる。そして芽胞よりもさらに厄介なプリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン） は、通常の滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）法が効かない例外中の例外として別枠で覚える。

滅菌とは

滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌） とは、調製物中のすべての微生物（細菌芽胞bacterial spores細菌芽胞（bacterial spores）bacterial spores（細菌芽胞） を含む）を殺滅・除去する過程を指す。無菌 とは、処理された物品が生きた生物を一切含まない（germfree）状態を意味する。

💡 滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）は病原体を含むすべての微生物を死滅させる点で、病原性微生物のみを減らす消毒（1/11）とは区別される。

滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）が用いられる対象（無機物）：

• 医療機器medical devices医療機器（medical devices）medical devices（医療機器）・器材、医薬品、輸液、カテーテル、注射針——患者の安全のため
• 培養培地、検体容器、接種ループなど——検体の汚染を避けるため
• 感染性廃棄物の除去

滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）法は大きく物理的方法と化学的方法に分けられる。

物理的滅菌法

熱

熱はタンパク質・核酸を不可逆的に変性させ、細胞膜の完全性completeness完全性（completeness）completeness（完全性）を破壊することで滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）する。

放射線

• γ線：電離放射線ionizing radiation電離放射線（ionizing radiation）ionizing radiation（電離放射線）で核酸を損傷する。通常は産業用途に限られる。
• 紫外線：手術室や検査室の空気中の微生物を殺滅する。

化学的滅菌法

• エチレンオキサイドガス滅菌ethylene oxide gas, ETO sterilisationエチレンオキサイドガス滅菌（ethylene oxide gas, ETO sterilisation）ethylene oxide gas, ETO sterilisation（エチレンオキサイドガス滅菌）：反応性の高いアルキル化剤alkylating agentsアルキル化剤（alkylating agents）alkylating agents（アルキル化剤）で、ヒトに対して毒性（発がん性carcinogenicity発がん性（carcinogenicity）carcinogenicity（発がん性））を持つ。低温で作用するが、最低48時間の換気を要する。実験室機器、部屋、プラスチックplasticプラスチック（plastic）plastic（プラスチック）製器具、医薬品に使用。

• プラズマ滅菌plasma sterilisationプラズマ滅菌（plasma sterilisation）plasma sterilisation（プラズマ滅菌）：過酸化水素hydrogen peroxide過酸化水素（hydrogen peroxide）hydrogen peroxide（過酸化水素）（H2O2）蒸気を高周波high frequency高周波（high frequency）high frequency（高周波）またはマイクロ波microwaveマイクロ波（microwave）microwave（マイクロ波）によって低温プラズマ（物質の第4の状態＝電子が剥ぎ取られた荷電charged荷電（charged）charged（荷電）フリーラジカルfree radicalsフリーラジカル（free radicals）free radicals（フリーラジカル）の集合）に変換する方法。反応性の高いフリーラジカルfree radicalsフリーラジカル（free radicals）free radicals（フリーラジカル）が膜・ペプチド・DNAなどの高分子を破壊して微生物を殺滅する。過程の終わりには過酸化水素hydrogen peroxide過酸化水素（hydrogen peroxide）hydrogen peroxide（過酸化水素）が酸素と水に変換され、毒性残留物は残らない。金属・プラスチックplasticプラスチック（plastic）plastic（プラスチック）・熱に弱い材料に使用。プロトコル：30〜60℃、真空vacuum真空（vacuum）vacuum（真空）下で最低1時間。

• 液体薬剤/溶液：グルタルアルデヒドglutaraldehydeグルタルアルデヒド（glutaraldehyde）glutaraldehyde（グルタルアルデヒド）、ヨウ素、ヨウ化カリウムpotassium iodideヨウ化カリウム（potassium iodide）potassium iodide（ヨウ化カリウム）、ホルムアルデヒドformaldehydeホルムアルデヒド（formaldehyde）formaldehyde（ホルムアルデヒド）、過酢酸。

膜濾過法

• 大きさによる微生物の排除を利用し、熱に弱い液体の滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）に用いる。

• 汚染された溶液を膜濾過すると、細菌を含む微小粒子droplet微小粒子（droplet）droplet（微小粒子）が膜上に捕捉される。

• 膜は（ガラスフィルターbarrierフィルター（barrier）barrier（フィルター）の代わりに）酢酸セルロースcelluloseセルロース（cellulose）cellulose（セルロース）／硝酸nitric acid硝酸（nitric acid）nitric acid（硝酸）セルロースcelluloseセルロース（cellulose）cellulose（セルロース） で作られる。

• 孔径pore size孔径（pore size）pore size（孔径）は0.1〜0.45 μmの範囲で調整可能。

滅菌法の選び方

flowchart TD
    A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sterilization'>滅菌</span>したい対象は？"] --> B{"熱に耐えられるか？"}
    B -->|"耐えられる（ガラス・金属など）"| C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dry heat'>乾熱</span> or <span class='jp-term jp-term-diagram' title='moist heat'>湿熱</span>（オートクレーブ）"]
    B -->|"耐えられない"| D{"液体か<span class='jp-term jp-term-diagram' title='solid'>固体</span>・気体透過性材料か？"}
    D -->|"熱に弱い液体"| E["膜濾過（0.1〜0.45μm）"]
    D -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='plastic'>プラスチック</span>・機器・部屋など"| F["ETOガス or <span class='jp-term jp-term-diagram' title='plasma sterilisation'>プラズマ滅菌</span>"]

プリオンの不活化

• プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン） は誤って折りたたまれたタンパク質であり、中枢神経系の進行性変性を引き起こす。

• 伝播経路：脳神経外科neurosurgery脳神経外科（neurosurgery）neurosurgery（脳神経外科）用器具、移植された硬膜、ヒト成長ホルモンgrowth hormone (GH)成長ホルモン（growth hormone (GH)）growth hormone (GH)（成長ホルモン） 製剤など。

• 熱による滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）、消毒薬disinfectant消毒薬（disinfectant）disinfectant（消毒薬）、酸性pHには一般に抵抗性を示す。

• アルカリ性（塩基性）pHにのみ感受性を持つ。

⚠️ プリオンの不活化elimination of prionsプリオンの不活化（elimination of prions）elimination of prions（プリオンの不活化）には通常の滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）プロトコルでは不十分であり、以下のような特別な条件が必要となる。

• オートクレーブ（＋1気圧、121℃、1時間）
• 5%次亜塩素酸塩hypochlorite次亜塩素酸塩（hypochlorite）hypochlorite（次亜塩素酸塩）溶液
• 1.0 M 水酸化ナトリウムsodium hydroxide (NaOH)水酸化ナトリウム（sodium hydroxide (NaOH)）sodium hydroxide (NaOH)（水酸化ナトリウム）

LAL試験

• LAL（Limulus amebocyte lysate、カブトガニhorseshoe crabカブトガニ（horseshoe crab）horseshoe crab（カブトガニ）変形細胞溶解cytolysis細胞溶解（cytolysis）cytolysis（細胞溶解）物） は、カブトガニhorseshoe crabカブトガニ（horseshoe crab）horseshoe crab（カブトガニ）の血球から得られる抽出物。

• LALはエンドトキシンendotoxinエンドトキシン（endotoxin）endotoxin（エンドトキシン）LPS（lipopolysaccharide）（グラム陰性菌の膜成分、1/4・1/27参照）と反応する。

• 医薬品中の発熱物質pyrogen発熱物質（pyrogen）pyrogen（発熱物質） の存在を検出するために用いられる。

• LAL試験：LPSの存在下でカブトガニhorseshoe crabカブトガニ（horseshoe crab）horseshoe crab（カブトガニ）の血液が凝固する反応を利用する。

まとめ

• 滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）は芽胞を含むすべての微生物の殺滅・除去であり、病原体のみを減らす消毒とは区別される。
• 物理的方法には熱（乾熱dry heat乾熱（dry heat）dry heat（乾熱）・湿熱moist heat湿熱（moist heat）moist heat（湿熱））と放射線（γ線・紫外線）があり、それぞれ対象物の耐熱性heat resistance (thermotolerance)耐熱性（heat resistance (thermotolerance)）heat resistance (thermotolerance)（耐熱性）で使い分ける。
• 化学的方法にはETOガス滅菌sterilization滅菌（sterilization）sterilization（滅菌）・プラズマ滅菌plasma sterilisationプラズマ滅菌（plasma sterilisation）plasma sterilisation（プラズマ滅菌）・液体薬剤があり、熱に弱い器材や医薬品に用いる。
• 膜濾過は熱に弱い液体を孔径pore size孔径（pore size）pore size（孔径）0.1〜0.45μmの膜で物理的に濾過する方法。
• プリオンprion, PrPプリオン（prion, PrP）prion, PrP（プリオン）は熱・消毒薬disinfectant消毒薬（disinfectant）disinfectant（消毒薬）・酸性pHに抵抗性で、アルカリ性pH（高濃度NaOHや次亜塩素酸塩hypochlorite次亜塩素酸塩（hypochlorite）hypochlorite（次亜塩素酸塩）、あるいは通常より過酷なオートクレーブ条件）でのみ不活化できる例外的な対象である。
• LAL試験はカブトガニhorseshoe crabカブトガニ（horseshoe crab）horseshoe crab（カブトガニ）血球抽出液がグラム陰性菌のLPS（エンドトキシンendotoxinエンドトキシン（endotoxin）endotoxin（エンドトキシン））と反応して凝固する性質を利用し、医薬品の発熱物質pyrogen発熱物質（pyrogen）pyrogen（発熱物質）検出に用いられる。