Are radiopharmaceuticals self-sterilizing? Radiation effect of gallium-68 and lutetium-177 on bacillus pumilus and staphylococcus succinus

Abstract

Background For radiopharmaceuticals, aseptic preparation in combination with filtration is the most commonly used sterilizing method. In general, the production of radiopharmaceuticals needs to fulfil the requirements of good manufacturing practice. In the scope of this work, we focused on the positron emitter gallium-68 and on the therapeutically used beta- and gamma-emitter lutetium-177, as they are routinely used for in-house synthesis of radiopharmaceuticals in nuclear medicine departments. Our hypothesis is, that radiopharmaceuticals might be self-sterilizing due to a high radioactivity concentration and high-energy radionuclides in the preparation for intravenous injections.

Results Incubation with gallium-68 and lutetium-177 for both 30 minutes and 5 hours post-dispensing did not cause any significant effect on bacteria growth. As the theoretical dose is only 0.1–0.6 % of the Ph. Eur. recommended dose of 25 kGy, we conclude that the beta and positron energy of lutetium-177 and gallium-68 as used for standard radiopharmaceutical in-house production is not sufficient to decrease the number of colony forming units compared to the control values.

Conclusions Based on these findings, gallium-68 and lutetium-177 labeled radiopharmaceuticals are not self-sterilizing under the tested conditions with respect to bacillus pumilus and staphylococcus succinus. Consequently, strict aseptic preparation conditions in addition to end-sterilization of the radiopharmaceutical e.g. through membrane filtration are strongly advised for in-house productions.

Zusammenfassung

Hintergrund Für Radiopharmazeutika ist die aseptische Herstellung in Kombination mit der Filtration die am häufigsten verwendete Sterilisationsmethode. Generell müssen bei der Herstellung von Radiopharmazeutika die Anforderungen der guten Herstellungspraxis erfüllt werden. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir uns auf den Positronenstrahler Gallium-68 und auf den therapeutisch genutzten Beta- und Gamma-Strahler Lutetium-177 konzentriert, da diese routinemäßig für die Inhouse-Produktion von Radiopharmaka in nuklearmedizinischen Abteilungen verwendet werden. Unsere Hypothese ist, dass Radiopharmaka aufgrund einer hohen Radioaktivitätskonzentration und hochenergetischer Radionuklide in der Zubereitung für intravenöse Injektionen selbststerilisierend sein könnten.

Ergebnisse Eine Inkubation mit Gallium-68 und Lutetium-177 sowohl für 30 Minuten als auch für 5 Stunden nach der Zubereitung hatte keinen signifikanten Effekt auf das Bakterienwachstum. Da die theoretische Dosis nur 0,1–0,6% der empfohlenen Dosis von 25kGy (Ph. Eur.) beträgt, schließen wir daraus, dass die Beta- und Positronenenergie von Lutetium-177 und Gallium-68, wie sie bei der standardmäßigen radiopharmazeutischen Eigenproduktion verwendet wird, nicht ausreicht, um die Anzahl der koloniebildenden Einheiten im Vergleich zu den Kontrollwerten zu verringern.

Schlussfolgerungen Aufgrund dieser Ergebnisse sind Gallium-68- und Lutetium-177-markierte Radiopharmaka unter den getesteten Bedingungen nicht selbststerilisierend in Bezug auf Bacillus pumilus und Staphylococcus succinus. Daher wird bei Inhouse-Produktionen dringend zu strengen aseptischen Aufbereitungsbedingungen sowie zur Endsterilisation des Radiopharmazeutikums z.B. durch Membranfiltration geraten.

Schlüsselwörter

Radiopharmazeutika - Sterilisation - Mikroorganismen - aseptisch

Keywords

Radiopharmaceutical - sterilization - microorganism - aseptic

Publication History

Received: 28 October 2020

Accepted: 08 July 2021

Article published online:
20 August 2021

• References

• 1 Barnard S, Bouffler S, Rothkamm K. The shape of the radiation dose response for DNA double-strand break induction and repair. Genome Integr 2013; 4 (01) 1 DOI: 10.1186/2041-9414-4-1. (PMID: 23522792)
• 2 Brown S, Baker MH. The sterility testing of dispensed radiopharmaceuticals. Nucl Med Commun 1986; 7 (05) 327-336 DOI: 10.1097/00006231-198605000-00002. (PMID: 3090488)
• 3 Stathis VJ, Miller CM, Doerr GF. et al. Effect of technetium Tc 99m pertechnetate on bacterial survival in solution. Am J Hosp Pharm 1983; 40 (04) 634-637 (PMID: 6303121)
• 4 Jorg G, Fosselmann M, Leis W. et al. Inhibition of viability of microorganisms in [(18)F]-labeled radiopharmaceuticals. Nucl Med Biol 2017; 44: 105-113 DOI: 10.1016/j.nucmedbio.2016.09.002. (PMID: 27838524)
• 5 Brennen WN, Isaacs JT, Denmeade SR. Rationale behind targeting fibroblast activation protein-expressing carcinoma-associated fibroblasts as a novel chemotherapeutic strategy. Mol Cancer Ther 2012; 11 (02) 257-266 DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-11-0340. (PMID: 22323494)
• 6 Breeman WA, de Blois E, Sze Chan H. et al. (68)Ga-labeled DOTA-peptides and (68)Ga-labeled radiopharmaceuticals for positron emission tomography: current status of research, clinical applications, and future perspectives. Semin Nucl Med 2011; 41 (04) 314-321 DOI: 10.1053/j.semnuclmed.2011.02.001. (PMID: 21624565)
• 7 Prince HN. D-values of Bacillus pumilus spores on irradiated devices (inoculated product). Appl Environ Microbiol 1978; 36 (02) 392-393 DOI: 10.1128/aem.36.2.392-393.1978. (PMID: 697370)
• 8 Place RB, Hiestand D, Burri S. et al. Staphylococcus succinus subsp. casei subsp. nov., a dominant isolate from a surface ripened cheese. Syst Appl Microbiol 2002; 25 (03) 353-359
• 9 Thomas P. Long-term survival of Bacillus spores in alcohol and identification of 90% ethanol as relatively more spori/bactericidal. Curr Microbiol 2012; 64 (02) 130-139 DOI: 10.1007/s00284-011-0040-0. (PMID: 22057920)
• 10 Elzain AM, Elsanousi SM, Ibrahim MEA. Effectiveness of ethanol and methanol alcohols on different isolates of staphylococcus species. Journal of Bacteriology & Mycology 2019; 7 (04) DOI: 10.15406/jbmoa.2019.07.00247.