Подходы к дезактивации цитостатических препаратов: деградация, минерализация и токсикологическая верификация (обзор литературы)

Цитостатические препараты широко применяются в онкологической практике, однако обращение с ними связано с риском профессионального и экологического воздействия. Остаточные количества противоопухолевых средств на поверхностях, оборудовании, средствах индивидуальной защиты и в медицинских отходах могут представлять потенциальную опасность для здоровья человека и среды его обитания из-за наличия цитотоксических, мутагенных, канцерогенных и репротоксических свойств у отдельных представителей этой группы. Особое значение имеет поступление противоопухолевых препаратов и их метаболитов в сточные воды с биологическими жидкостями пациентов, что делает данные о деградации, минерализации и токсикологической верификации продуктов трансформации важными для оценки загрязнения водных объектов и разработки мер по снижению риска их воздействия.

В Российской Федерации требования к обращению с медицинскими отходами, образующимися при применении цитостатических и иных опасных лекарственных препаратов, определяются Федеральными законами № 52-ФЗ¹ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», № 89-ФЗ² «Об отходах производства и потребления», № 323-ФЗ³ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации», а также санитарными правилами СанПиН 2.1.3684–21⁴, регламентирующими санитарно-эпидемиологические требования к обращению с отходами и предусматривающими необходимость их обезвреживания. Согласно критериям классификации медицинских отходов, утверждённым постановлением Правительства Российской Федерации № 681⁵, отходы лекарственных средств, не подлежащих использованию, в том числе цитостатические препараты, относятся к медицинским отходам класса Г как токсикологически опасные.

Вместе с тем действующие нормативно-методические документы Российской Федерации регламентируют преимущественно организационные и санитарно-эпидемиологические аспекты обращения с такими отходами, но не содержат научно обоснованных критериев выбора методов обезвреживания и (или) чётких инструкций в зависимости от химической природы веществ и продуктов их трансформации, что создаёт определённые трудности у практических служб и контрольно-надзорных органов в реализации положений санитарного законодательства Российской Федерации. В связи с этим актуальна систематизация международной практики по дезактивации цитостатиков с учётом их потенциальной опасности при длительном или повторном воздействии на работников медицинских организаций, а также при поступлении в объекты окружающей среды.

Цель исследования – обобщить данные о современных подходах к дезактивации цитостатических препаратов с учётом оценки их эффективности, ограничений и полноты химико-аналитического и токсикологического подтверждения отсутствия опасных свойств после деградации.

В анализ включали цитостатические препараты, для которых в открытых литературных источниках представлены данные о дезактивации, деградации, деконтаминации, минерализации и токсикологической характеристике продуктов трансформации. Рассматривали алкилирующие препараты, антиметаболиты, антрациклины, таксаны, алкалоиды барвинка, производные платины, противоопухолевые антибиотики и ингибиторы топоизомеразы I.

Оценку эффективности и ограничений методов обработки проводили на основании научных публикаций, нормативно-методических документов, международных руководств по обращению с опасными лекарственными препаратами, а также материалов, представленных в открытых научных и библиографических базах PubMed, Scopus, Web of Science, eLIBRARY.RU, РИНЦ и КиберЛенинка. В анализ включали источники, содержащие сведения о методе обработки, аналитическом подтверждении деградации исходного вещества, степени минерализации, образовании продуктов трансформации, и, при наличии, их токсикологической характеристики. Степень минерализации оценивали по следующим показателям: снижению общего органического углерода (TOC), растворённого органического углерода (DOC), нелетучего органического углерода (NPOC) и химического потребления кислорода (ХПК). Снижение токсичности после деградации цитостатиков оценивали по результатам тестов на мутагенность, цитотоксичность и острую экотоксичность, включая тест Эймса, генотоксический биолюминесцентный тест Mutatox, тетразолиевые МТТ- и MTS-тесты жизнеспособности клеток и биотест Microtox на ингибирование биолюминесценции Vibrio fischeri.

Цитостатические препараты относятся к токсикологически значимой группе лекарственных средств, отдельные представители которой оказывают негативное воздействие на эндокринную систему человека и животных, отнесены экспертным сообществом к канцерогенам, мутагенам и репротоксикантам 1-го класса опасности в соответствии с Согласованной на глобальном уровне системой классификации и маркировки химических веществ. Данные о токсичности и опасности препаратов, включённых в обзор, обобщены в табл. 1.

Международные подходы к обращению с цитостатическими и другими опасными лекарственными препаратами представлены в общей главе Фармакопеи США по обращению с опасными лекарственными препаратами⁶, руководстве Управления по охране труда США по контролю профессионального воздействия опасных лекарственных препаратов⁷, руководстве Национального института охраны труда США по управлению воздействием опасных лекарственных препаратов в медицинских организациях⁸ и стандартах Международного общества онкологической фармации по безопасному обращению с цитотоксическими препаратами⁹. В Европейском союзе защита работников от воздействия канцерогенных, мутагенных и репротоксических веществ, в том числе опасных лекарственных препаратов, регламентирована Директивой 2004/37/EC Европейского парламента и Совета от 29 апреля 2004 г. «О защите работников от рисков, связанных с воздействием канцерогенов, мутагенов или веществ, токсичных для репродукции, на рабочем месте»¹⁰ с учётом изменений, внесённых Директивой (ЕС) 2022/431 Европейского парламента и Совета от 9 марта 2022 г.¹¹ В этих документах опасные лекарственные препараты рассматриваются как вещества с канцерогенными, генотоксическими, репродуктивными, тератогенными и другими токсическими свойствами⁸^,⁹, а обращение с ними требует риск-ориентированной системы защиты персонала⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹. Основной акцент сделан на предотвращении профессионального воздействия: применении инженерных средств защиты, специально оборудованных рабочих зон, шкафов биологической безопасности или изолирующих систем, закрытых систем переноса препаратов, средств индивидуальной защиты, обучении персонала, регламентированных процедурах деконтаминации, дезактивации и дезинфекции, медицинском наблюдении, а также на раздельном сборе загрязнённых материалов и их последующем обезвреживании⁶^,⁷^,⁸^,⁹.

При этом как российские, так и международные нормативно-методические документы не устанавливают универсального метода дезактивации для всех цитостатических препаратов. Международные документы разграничивают процедуры деконтаминации, дезактивации и обращения с отходами: деконтаминация направлена преимущественно на удаление загрязнения с поверхности, тогда как дезактивация предполагает химическую инактивацию вещества с утратой его биологической активности⁶.      

Анализ литературных данных показал, что алгоритм оценки эффективности дезактивации лекарственных препаратов включает следующие этапы (см. рисунок):

• выбор подходящего метода деградации (1);
• химико-аналитическую оценку степени деградации исходного вещества и идентификацию продуктов трансформации (2);
• оценку степени минерализации (3);
• оценку токсичности продуктов деградации (4);
• интерпретацию полученных результатов (А–Г).

В международных документах в качестве возможных средств дезактивации цитостатических средств рассматриваются реагенты, указанные в маркировке конкретного препарата, а при отсутствии специальных указаний, как правило, рекомендуются окислительные составы на основе гипохлорита натрия (NaClO), перекиси водорода (H₂O₂) и органических пероксидов⁶^,⁷. Для деконтаминации загрязнённых поверхностей могут применяться растворы, обеспечивающие удаление остаточных количеств опасных лекарственных препаратов, включая водно-спиртовые растворы, содержащие изопропанол (C₃H₈O), пероксидные производные, гипохлорит натрия (NaClO), моющие и поверхностно-активные вещества⁶^,⁷. При применении гипохлорита натрия (NaClO) следует учитывать его коррозионное действие, а для нейтрализации остаточных количеств может использоваться тиосульфат натрия (Na₂S₂O₃)⁶^,⁷.

В литературе описаны различные подходы к дезактивации цитостатических препаратов, в том числе окислительные, фотохимические, фотокаталитические, электрохимические методы, комплексообразование.

Окислительные методы дезактивации включают как прямое окисление молекулы цитостатика реакционноспособным химическим веществом (окислителем), так и окисление образующейся активной кислородсодержащей формой (радикалом или ион-радикалом).

Наиболее изучены гипохлорит натрия и другие хлорсодержащие агенты, перекись водорода, перуксусная кислота, перманганат калия и озон. Эффективность дезактивации зависит от структуры цитостатика, водородного показателя среды (pH), времени контакта, состава матрицы и окислительной способности системы. Окислители не могут рассматриваться как универсальные средства дезактивации, так как продукты трансформации могут сохранять цитотоксическую или иную биологическую активность [1, 2].

Перекись водорода и озон могут использоваться самостоятельно или в составе комбинированных систем. При УФ-облучении, каталитической активации или взаимодействии с ионами переходных металлов в системах реализуются преимущественно радикальные механизмы окисления, прежде всего с участием гидроксильных радикалов (•OH), поэтому их целесообразно рассматривать вместе с процессами глубокого окисления [3, 4].

Процессы глубокого окисления основаны на образовании высокореакционноспособных радикальных частиц, прежде всего гидроксильных радикалов (•OH), сульфат-радикал-анионов (SO₄•^–) и супероксид-радикал-анионов (O₂•^–), которые инициируют гидроксилирование, дефторирование, разрыв химических связей и фрагментацию молекул цитостатиков.

В системе УФ/H₂O₂ гидроксильные радикалы образуются при фотолизе перекиси водорода; в системах Фентона и фото-Фентона – при взаимодействии H₂O₂ с Fe²⁺ и фотохимическом восстановлении Fe³⁺; в фотокаталитических системах на основе TiO₂ – при образовании электронно-дырочных пар с последующей генерацией •OH и O₂•^– [4–8]. При УФ-активации пероксимоносульфата формируются SO₄•^– и •OH [9], тогда как в системах O₃/H₂O₂ и O₃/MgO озон участвует как в прямом окислении, так и в образовании радикальных частиц. В системе O₃/MgO оксид магния выполняет функцию поверхностного катализатора [3, 10].

Общим ограничением окислительных методов дезактивации цитостатиков является отсутствие прямой зависимости между степенью деградации исходного вещества и глубиной минерализации. При неполной минерализации продукты трансформации могут сохранять токсичность [5, 7, 11].

Электрохимические методы – отдельное направление обработки водных растворов цитостатиков. Активные окислительные частицы могут генерироваться непосредственно на поверхности электрода или в приэлектродной зоне без внесения больших количеств окислителей. Деградация происходит за счёт прямого окисления на аноде и непрямого окисления активными частицами, прежде всего гидроксильными радикалами (•OH), а в отдельных системах также сульфат-радикал-анионами (SO₄•^–) и супероксид-радикал-анионами (O₂•^–). Для обеспечения электропроводности среды используют фоновые электролиты, например Na₂SO₄ [12, 13].

Хорошо изучено анодное окисление на бор-легированном алмазном электроде (BDD-анод), который отличается высокой химической устойчивостью и эффективной генерацией •OH [12]. Другой перспективный вариант – реактивные электрохимические мембраны (REM), представляющие собой проточные пористые электроды: раствор проходит через поры электропроводной мембраны-анода, что усиливает массоперенос и контакт молекул цитостатика с активной поверхностью электрода и короткоживущими радикальными частицами [13].

Степень минерализации при электрохимической обработке зависит от конструкции системы и условий процесса: для BDD-анода снижение общего органического углерода (TOC) составляло 65–77% при обработке 5-фторурацила, ифосфамида, циклофосфамида, метотрексата и иматиниба, тогда как в системе REM с ультразвуковой активацией (US-REM) минерализация иринотекана достигала 94,6% [12, 13].

Комплексообразование имеет более узкую область применения и относится главным образом к цитостатикам с координационно-активными металлическими центрами, таким как препараты платины. Этот подход направлен не на деструкцию молекулы, а на связывание платинового центра преимущественно серосодержащими лигандами и перевод соединения в менее реакционноспособные координационные формы.

Для цисплатина биологическая активность связана с образованием реакционноспособных продуктов гидролиза, способных формировать аддукты с нуклеофильными центрами ДНК [14, 15]. Серосодержащие лиганды, в частности тиосульфат и дитиокарбаматы, могут снижать реакционную способность платиновых соединений за счёт образования прочных связей Pt–S. Потенциально этот подход может быть применим и к другим платиносодержащим цитостатикам, однако требует отдельного подтверждения для каждого препарата. Для тиосульфата натрия показано образование комплекса [Pt(S₂O₃)₄]⁶^– с продуктами гидролиза цисплатина; клинический протекторный эффект тиосульфата описан при отсроченном введении после цисплатина [15, 16]. Для диэтилдитиокарбамата натрия показано снижение мутагенности цисплатина после образования комплексного соединения [17].

Таким образом, комплексообразование может обеспечивать химическую дезактивацию платиновых цитостатиков за счёт перевода платины в менее реакционноспособные формы, однако не является самостоятельным способом окончательного обезвреживания отходов. Образующиеся платиновые комплексы требуют последующей утилизации, как правило, с применением высокотемпературной термической деструкции.

Отдельное практическое значение имеет деконтаминация поверхностей, поскольку она направлена не столько на химическую инактивацию цитостатика, сколько на снижение профессионального воздействия за счёт удаления загрязнений. Эффективность деконтаминации определяется физико-химическими свойствами препарата и поверхности, составом и объёмом очищающего раствора, а также способом нанесения и техникой протирания [18, 19].

Для регулярной обработки поверхностей наиболее часто применяются моющие растворы и смеси поверхностно-активных веществ со спиртами. В исследовании [19] смесь 0,01 моль/л додецилсульфата натрия с изопропанолом в соотношении 80 : 20 при интенсивном протирании обеспечивала высокую эффективность удаления загрязнений (до 99,6% по совокупности 23 противоопухолевых препаратов), тогда как 70%-й изопропанол был менее эффективен. В работе [20] растворы на основе додецилсульфата натрия с изопропанолом также обеспечивали более эффективное удаление загрязнений по сравнению с водно-спиртовыми системами при обработке шкафов биологической безопасности.

Гипохлорит натрия демонстрировал высокую эффективность удаления цитостатиков с поверхностей, однако это сильный окислитель, способный повреждать материалы. Поэтому он не может рассматриваться как универсальное средство для всех цитостатиков и типов поверхностей [19, 21]. При деградации отдельных цитостатиков гипохлоритом натрия или гипохлористой кислотой установлено сохранение цитотоксичности у продуктов трансформации, которые во многих исследованиях не были идентифицированы [2, 22].

В совокупности литературные данные показывают, что эффективность дезактивации цитостатических препаратов должна оцениваться не только по снижению содержания исходного вещества, но и по полноте химико-аналитического и токсикологического подтверждения. Наиболее обоснованной является многоуровневая схема оценки, включающая определение остаточного содержания исходного препарата, идентификацию и токсикологическую оценку продуктов трансформации, оценку степени минерализации (см. рисунок). При отсутствии таких данных вывод о дезактивации следует считать ограниченным, даже если аналитически подтверждена высокая степень деградации исходного соединения.

Сравнительная характеристика изученных подходов к дезактивации цитостатических препаратов, в том числе эффективность деградации, данные о токсикологической верификации и степень подтверждения дезактивации, представлены в табл. 2.

Анализ литературных данных показал, что дезактивация цитостатических препаратов не может рассматриваться как универсальная процедура, основанная на применении одного реагента или одного метода. Основное ограничение большинства изученных подходов связано с тем, что деградация исходного вещества не всегда сопровождается снижением токсичности, а токсикологическая оценка продуктов трансформации во многих случаях остаётся неполной или отсутствует. Это особенно важно для цитостатиков, токсическое действие которых может быть обусловлено не только исходными молекулами, но также их метаболитами и продуктами трансформации, образующимися при деградации.

В связи с этим при оценке выбранных методов дезактивации необходимо разграничивать показатели подтверждения эффективности, а именно степень деградации исходного вещества, минерализацию органического вещества и снижение биологической активности. Деградация отражает снижение содержания исходного соединения, но не характеризует токсичность продуктов трансформации. Минерализация, оцениваемая по снижению общего органического углерода (TOC) или химического потребления кислорода (ХПК), является более строгим критерием, характеризующим глубину разрушения органической молекулы, однако также не заменяет токсикологической верификации. Поэтому подтверждение дезактивации должно включать химико-аналитические данные и результаты оценки биологической активности продуктов трансформации (мутагенности, цитотоксичности, экотоксичности и др.).

Методы, для которых показана высокая степень деградации исходного цитостатического препарата при отсутствии данных об идентификации продуктов трансформации, имеют ограниченную доказательность в отношении дезактивации. В таких случаях невозможно исключить образование соединений, сохраняющих реакционноспособные структурные фрагменты и связанную с ними цитотоксическую, мутагенную или иную биологическую активность. Для внедрения в практику метод должен быть подтверждён для конкретного препарата, матрицы, диапазона концентраций и условий обработки.

С практической точки зрения обращение с цитостатическими препаратами должно основываться на приоритете предупреждения загрязнения и минимизации профессионального воздействия. Деконтаминация поверхностей остаётся необходимым элементом безопасной работы, однако её результат следует рассматривать преимущественно как снижение поверхностного загрязнения. Для отходов, содержащих цитостатические препараты, обоснованы раздельный сбор, исключение смешивания с другими потоками медицинских отходов и последующее обезвреживание методами, подтверждёнными для соответствующей группы веществ.

Применение окислительных реагентов требует отдельного подтверждения для конкретного препарата и условий обработки. Даже при снижении содержания исходного цитостатика образование продуктов неполной трансформации ограничивает возможность универсального применения таких средств без дополнительного химико-аналитического и токсикологического контроля.

Проведённый анализ показал, что современные подходы к дезактивации цитостатических препаратов предполагают использование окислительных, фотохимических, фотокаталитических, электрохимических методов и комплексообразования. Выбор подходящего метода определяется химическим строением исходного вещества, составом матрицы, условиями воздействия и свойствами образующихся продуктов трансформации. При этом универсальный метод дезактивации отсутствует, а эффективность выбранного подхода зависит от химического строения исходного вещества, состава матрицы, условий воздействия и свойств образующихся продуктов трансформации. В связи с этим оценка дезактивации должна проводиться поэтапно и включать выбор подходящего метода деградации, химико-аналитическое определение степени разрушения исходного вещества с идентификацией продуктов трансформации, оценку степени минерализации, токсикологическую характеристику продуктов деградации и последующую интерпретацию полученных результатов с учётом полноты токсикологической верификации.

С учётом широкого использования цитостатических препаратов в медицинской практике, их токсичности и опасности, в том числе в составе отходов, целесообразны разработка и внедрение в нормативно-методическую базу Российской Федерации документов (методических указаний и руководств), содержащих критерии выбора надлежащих методов дезактивации, списки рекомендуемых методов, методик и реагентов.

¹ Федеральный закон от 30.03.1999 № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», ст. 11.

² Федеральный закон от 24.06.1998 № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», ст. 1, 14.

³ Федеральный закон от 21.11.2011 № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации», ст. 49.

⁴ СанПиН 2.1.3684–21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий: утв. постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28.01.2021 № 3, п. 190.

⁵ Постановление Правительства Российской Федерации от 04.07.2012 № 681 «Об утверждении критериев разделения медицинских отходов на классы по степени их эпидемиологической, токсикологической, радиационной опасности, а также негативного воздействия на среду обитания», п. 4.

⁶ USP General Chapter <800> Hazardous Drugs – Handling in Healthcare Settings.

⁷ Controlling Occupational Exposure to Hazardous Drugs.

⁸ Managing Hazardous Drug Exposures: Information for Healthcare Settings.

⁹ ISOPP Standards for the Safe Handling of Cytotoxics.

¹⁰ Directive 2004/37/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on the protection of workers from the risks related to exposure to carcinogens, mutagens or reprotoxic substances at work.

¹¹ Directive (EU) 2022/431 of the European Parliament and of the Council of 9 March 2022 amending Directive 2004/37/EC on the protection of workers from the risks related to exposure to carcinogens or mutagens at work.