Decontaminazione per La Biosicurezza di Laboratorio

Decontamination for Laboratory Biosafety

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JoVE Science Education Lab Safety

Decontamination for Laboratory Biosafety

6.1: Proper Personal Protective Equipment

6.17: Proper Waste Disposal

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06:19 min

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April 30, 2023

Overview

Robert M. Rioux e Zhifeng Chen, Pennsylvania State University, University Park, PA

La decontaminazione è essenziale per la biosicurezza di laboratorio, poiché l’accumulo di contaminazione microbica in laboratorio può portare alla trasmissione di malattie. Il grado di decontaminazione può essere classificato come disinfezione o sterilizzazione. La disinfezione mira ad eliminare tutti i microrganismi patogeni, ad eccezione delle spore batteriche sulle superfici o sulle attrezzature di laboratorio. La sterilizzazione, d’altra parte, mira ad eliminare tutta la vita microbica. Sono disponibili diversi metodi che includono sostanze chimiche, calore e radiazioni, e ancora una volta dipendono dal grado di decontaminazione, nonché dalla concentrazione dei microrganismi contaminanti, dalla presenza di materia organica e dal tipo di apparecchiatura o superficie da pulire. Ogni metodo ha i suoi vantaggi e le misure cautelative che devono essere prese per evitare pericoli.

Principles

Essere chiari sul grado di decontaminazione che deve essere condotto in laboratorio e quindi ispezionare il tipo, la concentrazione e la posizione dei microrganismi presenti in laboratorio. Con queste informazioni, scegliere i metodi adatti in base alle caratteristiche di ciascun metodo e determinare il piano più appropriato per risolvere i problemi di contaminazione. Ad esempio, se si utilizza un metodo di decontaminazione chimica, è necessario prendere una decisione in merito alla temperatura appropriata e al tempo di contatto applicati. Sono necessarie precauzioni per ciascun metodo per evitare di sottoporre gli individui a rischi chimici e fisici e radiazioni durante la decontaminazione.

Procedure

1. Prodotti chimici

Prodotti chimici liquidi
I disinfettanti liquidi sono ampiamente utilizzati per la decontaminazione di laboratorio. L’efficacia dei disinfettanti liquidi dipende da una serie di fattori, come la natura chimica del disinfettante, la concentrazione e la quantità di disinfettante, il tempo di contatto e la temperatura. Ricorda, nessun disinfettante liquido è applicabile in tutte le situazioni. Assicurarsi di selezionare disinfettanti adatti in base ai microrganismi rilevati, utilizzando i seguenti criteri:
un. Tipo di microrganismo contaminante: diversi microrganismi hanno una diversa resistenza ai disinfettanti. Ad esempio, le spore batteriche sono molto più resistenti chimicamente dei virus lipofili.
b. Quantità di materiale proteico presente: Ad esempio, i materiali ad alto contenuto proteico assorbono e neutralizzano alcuni disinfettanti chimici, come la formaldeide e i composti di ammonio quaternario.
c. Quantità di materiale organico presente: Ad esempio, i composti di ammonio quaternario sono meno efficaci in presenza di sapone e detergenti.
d. Altri fattori importanti includono la natura chimica, la concentrazione, la quantità, il pH, la temperatura di applicazione e la tossicità dei disinfettanti utilizzati.
NOTA: Assicurarsi che i DPI adatti siano indossati quando si lavora con disinfettanti chimici.
1. Disinfettanti a basso livello
  A. Composti di ammonio quaternario (QA): (come benzalconio cloruro, cloruro di ammonio)
  • Efficace contro i batteri Gram+, i batteri Gram- e i virus avvolti.
  • NON efficace contro virus, funghi e spore batteriche non avvolti.
  • Contengono NH₄⁺e forniscono un buon contatto con superfici caricate negativamente, rendendole buoni detergenti.
  • Bassa tossicità, ma può essere irritante se esposto per lunghi periodi.
  • Comunemente usato in superfici non critiche come pavimenti, mobili e pareti.
  B. Fenoli: (composti a base di O-fenofenoato)
  • Efficace contro i batteri, in particolare i batteri Gram+ e i virus avvolti.
  • NON efficace contro virus e spore non avvolti.
  • Compatibile con materiali organici.
  • Bassa tossicità, ma può essere irritante se esposto per lunghi periodi.
  • Comunemente usato in ambienti ospedalieri e superfici di laboratorio.
2. Disinfettanti di livello intermedio
  A. Alcoli (come l’alcol etilico e l’alcol isopropilico)
  • Efficace contro Gram+, batteri Gram- e virus avvolti.
  • NON efficace contro le spore e limitato efficace contro i virus non avvolti.
  • La concentrazione ottimale è nell’intervallo 60-90%. L’attività diminuisce rapidamente se diluita al di sotto del 50%.
  • Comunemente usato in contesti sanitari.
  • Gli alcoli sono infiammabili ed evaporano rapidamente.
  B. Biocidi a base di alogeni: (composti a base di cloro e iodofori)
  Composti del cloro.
  • Gli ipocloriti sono i disinfettanti al cloro più utilizzati.
  • Efficace contro virus, funghi, batteri e alghe sia avvolti che non avvolti.
  • NON efficace contro le spore.
  • Rapidamente inattivato dalla materia organica.
  • Degradato rapidamente a causa dell’elevato potere ossidante.
  C. Iodofori: Uno iodoforo è una combinazione di iodio e un agente solubilizzante o vettore; il complesso risultante fornisce un serbatoio a rilascio prolungato di iodio e rilascia piccole quantità di iodio libero in soluzione acquosa.
  • Efficace contro batteri, spore e funghi.
  • Ha bisogno di un tempo di contatto prolungato.
  • NON efficace in presenza di sostanza organica.
  • Comunemente usato come antisettico, per bottiglie di emocoltura e attrezzature mediche.
3. Disinfettanti di alto livello
  A. Ossidanti e acidi: (perossido di idrogeno, acido peracetico)
  L’effetto non dipende solo dal pH. Ad esempio, gli acidi organici deboli sono più potenti degli acidi inorganici nonostante la bassa costante di dissociazione.
  Perossido di idrogeno:
  • Efficace contro virus avvolti e non avvolti, batteri vegetativi, funghi e spore batteriche.
  • Spesso usato come antisettico per pulire le ferite e disinfettare le superfici ambientali.
  • L’alta concentrazione è dannosa per i tessuti.
  Acido peracetico:
  • Efficace contro tutti i microrganismi con azione rapida.
  • Efficace in presenza di sostanza organica e basse temperature.
  • Sicuro senza prodotti di decomposizione dannosi.
  • NON adatto per metalli a causa della corrosione.
  • Comunemente usato in macchine automatizzate per sterilizzare strumenti medici, chirurgici e dentali.
  B. Aldeidi (Formaldeide, Glutaraldeide)
  Formaldeide:
  • Utilizzato come disinfettante e sterilante sia allo stato gassoso che liquido.
  • Spesso usato in una percentuale del 37% in soluzione acquosa, nota come formalina.
  • Efficace contro batteri, funghi, virus e spore.
  • Pericoloso con un limite di esposizione ponderato di 8 ore di 0,75 ppm.
  • La forma solida polimerizzata – Paraformaldeide – è anche un forte disinfettante.
  Glutaraldeide:
  • 10 volte più efficace della formaldeide.
  • Efficace contro batteri vegetativi, spore e virus.
  • Utilizzato per sterilizzare le apparecchiature.
  • Efficace nel presente di materiale organico.
  • Pericoloso con limite di soglia massima di 0,2 ppm ed evitare il contatto con la pelle.
Gas o vapore
I vapori e i gas dei disinfettanti includono biossido di cloro, ossido di etilene, perossido di idrogeno, acido peracetico, ecc. Questi vapori e gas mostrano eccellenti proprietà di disinfezione in sistemi chiusi come armadi di biosicurezza e strutture per animali. Tuttavia, per la sicurezza devono essere mantenute condizioni ben controllate di temperatura, umidità e gas inerte, se infiammabili. Questi gas o vapori sono utilizzati in ospedali e strutture commerciali con la necessità di un sistema chiuso con uno stretto controllo della temperatura, dell’umidità e della concertazione.

2. Calore

Calore secco
Il calore secco viene utilizzato in condizioni di 160-170 °C per periodi di 2-4 ore in un forno appropriato. Questo metodo viene spesso utilizzato per vetreria o altri materiali conduttivi di calore non porosi. Tuttavia, è inefficace per materiali isolanti o materiali termolabili.
Calore umido
Il calore umido, noto anche come autoclave, è di solito nelle condizioni di almeno 120 ° C per periodi di 30-60 minuti. L’autoclave è il metodo più conveniente e affidabile per ottenere una sterilizzazione efficace e rapida della maggior parte delle forme di vita microbica. Il calore umido è più efficiente del calore secco a causa del tempo più breve e della temperatura più bassa richiesta.

3. Radiazioni

Radiazione ionizzante
Le radiazioni ionizzanti non vengono utilizzate nella sterilizzazione generale di laboratorio a causa di potenziali problemi associati alla sicurezza delle radiazioni.
Radiazioni non ionizzanti (ultravioletti, UV)
La radiazione ultravioletta viene tipicamente utilizzata per la decontaminazione nell’aria, nell’acqua e nelle superfici grazie alla sua forte capacità di distruggere i microrganismi. UV è anche ampiamente utilizzato negli armadi di sicurezza biologica. La lunghezza d’onda della radiazione ultravioletta varia da 250 nm a 270 nm con 265 nm come ottimale. Tuttavia, l’intensità della lampada UV diminuisce con il tempo e la manutenzione deve essere eseguita dopo un certo tempo per mantenere la potenza. Inoltre, è necessario prendere precauzioni per la luce UV, in quanto può causare ustioni agli occhi o alla pelle.

La decontaminazione dello spazio di laboratorio è essenziale per prevenire l’accumulo e la diffusione di microbi che possono portare alla trasmissione di malattie.

La decontaminazione rientra in due categorie: disinfezione e sterilizzazione. La disinfezione comporta l’eliminazione di quasi tutti i microrganismi patogeni, ad eccezione delle spore microbiche sulle superfici e sulle attrezzature di laboratorio. La sterilizzazione, d’altra parte, è un processo più letale, che elimina tutta la vita microbica.

La decontaminazione viene effettuata utilizzando una varietà di metodi, come sostanze chimiche, calore o radiazioni. La scelta del metodo dipende dal grado di contaminazione, nonché dal tipo e dalla concentrazione del contaminante.

Questo video illustrerà i tipi di decontaminazione e le procedure per la disinfezione e la sterilizzazione di macchine, superfici e attrezzature.

Prima di stabilire una procedura di decontaminazione, è necessario determinare il tipo, la concentrazione e la posizione del microrganismo. I tipi di microrganismi includono batteri Gram-positivi o negativi; virus; funghi; spore batteriche; e alghe. Una volta stabilito il tipo di microrganismo, è necessario scegliere un disinfettante adatto.

Quando si seleziona un metodo di decontaminazione, è necessario considerare l’efficacia di un disinfettante, che dipende da fattori come la sua composizione chimica; la quantità, la concentrazione, il tempo di contatto; e temperatura.

Ora che abbiamo discusso su come scegliere un metodo per la decontaminazione, esploriamo i vari tipi utilizzati per una procedura effettiva.

Le sostanze chimiche liquide sono classificate in tre livelli, come disinfettanti a basso, intermedio e alto grado. Indipendentemente da quale si scelga, indossare sempre dispositivi di protezione individuale appropriati quando si lavora con materiali pericolosi.

La maggior parte dei microrganismi non critici richiede solo disinfettanti a basso livello, che sono a bassa tossicità, ma causano irritazione in caso di lunghi tempi di esposizione. I comuni disinfettanti a basso livello sono composti di ammonio quaternario, come il benzalconio cloruro e il cloruro di ammonio, e composti fenolici, come l’o-fenilfenolo e il cloroxilenolo.

Per la decontaminazione di microrganismi più resistenti, le sostanze chimiche a base alcolica vengono utilizzate in settori che vanno dall’assistenza sanitaria ai laboratori.

Inoltre, i composti a base di alogeni, come ipocloriti e iodofori, sono spesso applicati come antisettici e disinfettanti di apparecchiature mediche. Tuttavia questi agenti hanno tempi di contatto prolungati e la loro efficacia è diminuita in presenza di materia organica.

Disinfettanti di alto livello, che possono essere classificati come ossidanti, acidi e aldeidi, vengono utilizzati se è richiesta la decontaminazione di tutti i microrganismi.

Gli ossidanti come il perossido di idrogeno sono ad azione rapida e spesso usati come antisettici per la pulizia delle ferite e per disinfettare le superfici ambientali come i banchi. Ma attenzione, poiché l’esposizione ad alte concentrazioni di perossido di idrogeno può essere dannosa per i tessuti e le vie aeree.

L’acido peracetico viene generalmente utilizzato per disinfettare macchine automatizzate e per sterilizzare strumenti medici, chirurgici e dentali. Il vantaggio dell’acido peracetico e di altri ossidanti è un breve tempo di contatto; tuttavia, l’uso di materiale da disinfettare può essere limitato, ad esempio a causa della corrosione dei metalli negli acidi.

Le aldeidi d’altra parte, come la formaldeide o la gluteraldeide, non sono corrosive, ma sono comunque pericolose. Queste sostanze chimiche vengono utilizzate per sterilizzare vari tipi di apparecchiature, ma soffrono di tempi di contatto prolungati.

Oltre ai prodotti chimici liquidi, le sostanze chimiche gassose possono essere utilizzate anche per scopi di decontaminazione. Gas come il biossido di cloro e l’ossido di etilene, così come il perossido di idrogeno vaporizzato e l’acido peracetico sono spesso usati per liberare apparecchiature chiuse, come armadi di biosicurezza, da batteri, virus e spore.

Oltre alle sostanze chimiche, il calore è un agente fisico comune per la decontaminazione degli agenti patogeni.

Ci sono due forme di calore. Il calore “secco” viene utilizzato in condizioni da 160 a 170 gradi Celsius per 2-4 ore per disinfettare i bicchieri, ma non è adatto per materiali termolabili. D’altra parte, il calore “umido”, noto anche come autoclave, viene utilizzato dal riscaldamento di campioni e apparecchiature a soli 120 gradi Celsius per 30-60 minuti ad alta pressione.

Oltre al calore, la radiazione ultravioletta nell’intervallo di lunghezze d’onda da 250 a 270 nanometri viene spesso utilizzata per la decontaminazione. Questo metodo è efficace contro batteri e virus, ma non contro le spore, e viene utilizzato per decontaminare aria, acqua e superfici come negli armadi di sicurezza biologica. Inoltre la luce UV in questa gamma può causare ustioni della pelle e degli occhi, quindi è necessario indossare DPI adeguati.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE alla decontaminazione per la sicurezza del laboratorio. Ora dovresti capire i vari tipi di contaminanti microbici, come scegliere un metodo adatto e i tipi di disinfezione e sterilizzazione disponibili. Grazie per l’attenzione!

Applications and Summary

Per evitare la trasmissione dell’infezione e mantenere la biosicurezza in laboratorio, è importante la decontaminazione periodica in laboratorio. Sono disponibili tre metodi tra cui chimica, calore e radiazioni. Ogni metodo ha la sua forza e le sue applicazioni adatte. La consapevolezza del tipo di microrganismo nell’ambiente di laboratorio è utile per la selezione di un metodo di decontaminazione adatto. Durante la procedura di decontaminazione dovrebbero essere in atto protocolli di sicurezza appropriati.

References

Center for Disease Control. A Guide to Selection and Use of Disinfectants. (2003)
Biosafety: Decontamination Methods for Laboratory Use, 2016, Blink, University of California, San Diego. at http://blink.ucsd.edu/safety/research-lab/biosafety/decontamination/#Vapors-and-gases
Disinfectants and Sterilization Methods, 2008, Environmental Health & Safety, University of Colorado Boulder. at https://ehs.colorado.edu/resources/disinfectants-and-sterilization-methods/

Transcript

Decontamination of laboratory space is essential to prevent accumulation and spreading of microbes that can lead to the transmission of diseases.

Decontamination falls into two categories: disinfection and sterilization. Disinfection involves eliminating nearly all pathogenic microorganisms, with the exception of microbial spores on laboratory surfaces and equipment. Sterilization, on the other hand, is a more lethal process, eliminating all microbial life.

Decontamination is carried out using a variety of methods, such as chemicals, heat, or radiation. The choice of method depends on the degree of contamination as well as the type and concentration of the contaminant.

This video will illustrate the types of decontamination and the procedures for disinfection and sterilization of machines, surfaces, and equipment.

Prior to establishing a decontamination procedure, the type, concentration, and location of the microorganism must be determined. Types of microorganisms include Gram-positive or -negative bacteria; viruses; fungi; bacterial spores; and algae. Once the type of microorganism is established, a suitable disinfectant should be chosen.

When selecting a decontamination method the effectiveness of a disinfectant has to be considered, which is dependent on factors such as its chemical composition; the amount, concentration, contact time; and temperature.

Now that we have discussed how to choose a method for decontamination, let’s explore the various types used for an actual procedure.

Liquid chemicals are categorized in three levels, as low-, intermediate-, and high-degree disinfectants. Regardless of which you choose, always wear appropriate personal protective equipment when working with hazardous materials.

Most non-critical microorganisms require only low-level disinfectants, which are low in toxicity, but cause irritation upon long exposure times. Common low-level disinfectants are quaternary ammonium compounds, such as benzalkonium chloride and ammonium chloride, and phenolic compounds, such as o-phenylphenol and chloroxylenol.

For the decontamination of more resistant microorganisms, alcohol-based chemicals are used in areas ranging from healthcare to laboratories.

Additionally, halogen-based compounds, such as hypochlorites and iodophors are often applied as antiseptics and disinfectants of medical equipment. However these agents have prolonged contact times and their effectiveness is decreased in the presence of organic matter.

High level disinfectants, which can be classified as oxidizers, acids, and aldehydes are used if decontamination of all microorganisms is required.

Oxidizers such as hydrogen peroxide are fast-acting and often used as antiseptics for wound cleaning and to disinfect environmental surfaces like benchtops. But be careful, as exposure to high concentrations of hydrogen peroxide can be harmful to tissue and airways.

Peracetic acid is generally used to disinfect automated machines and to sterilize medical, surgical, and dental instruments. The advantage of peracetic acid and other oxidizers is a short contact time; however, the use of material to be disinfected can be limited, due to corrosion of metals in acids, for example.

Aldehydes on the other hand, such as formaldehyde or gluteraldehyde, are non-corrosive, but are still hazardous. These chemicals are used to sterilize various types of equipment, but suffer from prolonged contact time.

In addition to liquid chemicals, gaseous chemicals may also be used for decontamination purposes. Gases such as chlorine dioxide and ethylene oxide, as well as vaporized hydrogen peroxide and peracetic acid are frequently used to rid closed equipment, such as biosafety cabinets, of bacteria, viruses, and spores.

In addition to chemicals, heat is a common physical agent for the decontamination of pathogens.

There are two forms of heat. “Dry” heat is used under conditions of 160 to 170 degrees Celsius for 2 to 4 hours to disinfect glassware, but it is not suitable for heat-labile materials. On the other hand, “Wet” heat, also known as autoclaving, is used by heating samples and equipment to only 120 degrees Celsius for 30 to 60 minutes under high pressure.

Besides heat, ultraviolet radiation in the wavelength range of 250 to 270 nanometers is often used for decontamination. This method is effective against bacteria and viruses, but not against spores, and is used to decontaminate air, water, and surfaces such as in biological safety cabinets. Furthermore UV light in this range can cause burns of skin and eyes, thus proper PPE should be worn.

You’ve just watched JoVE’s introduction to Decontamination for Laboratory Safety. You should now understand the various types of microbial contaminants, how to choose a suitable method, and the types of disinfection and sterilization available. Thanks for watching!

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