李京京,靳曉軍,程洪亮,陸兵
軍事科學(xué)院 軍事醫(yī)學(xué)研究院 生物工程研究所,北京 100071
生物安全實驗室也稱生物安全防護實驗室,是通過防護屏障和管理措施,能夠避免或控制被操作的有害生物因子可能產(chǎn)生的危害,達到生物安全要求的生物實驗室和動物實驗室。實驗室生物安全的概念在20世紀40~50年代首先出現(xiàn)在美國[1],之后到50~60年代同樣是在美國最早出現(xiàn)了生物安全實驗室,主要為針對實驗室意外事故感染的應(yīng)對策略。隨后一些發(fā)達國家也相繼建造了不同級別的生物安全實驗室,并得到長足進展。隨著2001年美國炭疽郵件事件、2003年 SARS疫情暴發(fā),以及近年來H1N1流感,H5N1、H7N9等禽流感疫情的反復(fù)流行,生物恐怖和生物威脅的形勢愈演愈烈,包括我國在內(nèi)的多個國家都越來越重視本國生物安全實驗室的建設(shè)。但是在硬件建設(shè)逐步加強的同時,生物樣本泄漏、高危生物樣本丟失,以及因不按規(guī)程操作、實驗室儀器設(shè)備老化等而導(dǎo)致的實驗室安全(意外)事故也時有發(fā)生。如何加強實驗室生物安全風(fēng)險管理控制,是我們必須重視和亟待解決的問題。我們通過系統(tǒng)總結(jié)分析歐美等發(fā)達國家高等級生物安全實驗室發(fā)生的一些事故,提出了生物安全實驗室風(fēng)險管理控制中需要重視的問題,以期為相關(guān)人員在今后的工作提供參考。
根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)出版的《實驗室生物安全手冊》和美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)《微生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)實驗室的生物安全》中提出的分類要求,國際上普遍把病原微生物和實驗室活動分為四級,一級為危險最小,四級為危險最大,而實驗活動所需要的生物安全防護要求,分為一級(BSL-1)~四級(BSL-4),其中BSL-3和BSL-4實驗室又統(tǒng)稱為高等級生物安全實驗室,主要開展高致病性病原微生物相關(guān)實驗活動。依據(jù)分級管理的概念,目前全球已有多個國家和地區(qū)建立了多個生物安全三級和四級實驗室。其中四級實驗室有56 個,包括美國15 個,英國8 個,德國、澳大利亞、印度各4 個,瑞士、意大利、日本、羅馬尼亞各2 個,法國、加拿大、瑞典、俄羅斯、白俄羅斯、荷蘭、捷克、南非、加蓬、韓國各1 個,中國臺灣2 個、武漢1 個[2]。而隨著近年來SARS、禽流感、埃博拉等高致病性病毒的肆虐,許多原本在此方面較為薄弱的國家也加強了高等級生物安全實驗室的建設(shè)。比如,日本國家傳染病研究所(NIID)雖然早在1981年就建立了BSL-4實驗室,但出于安全考慮,該實驗室僅被用作BSL-3實驗室,隨著2014年西非埃博拉疫情的暴發(fā),日本擔心該病毒流入國內(nèi),決定花費數(shù)月時間升級改造并啟用該BSL-4實驗室,用以合法開展如拉沙熱病毒和埃博拉病毒等所有烈性病原體的研究[3]。印度于2013年3月5日宣布完成了其第一個BSL-4實驗室的建設(shè)后[4],2014年11月將位于博帕爾的生物安全三級實驗室升級改造為四級實驗室,用于處理埃博拉病毒、馬爾堡病毒和克里米亞-剛果出血熱病毒等危險病原體。中國大陸首家BSL-4實驗室于2015年1月在武漢竣工[5],并于2017年1月通過了中國合格評定國家認可委員會(CNAS)的BSL-4標準認證。該實驗室于2003年SARS疫情暴發(fā)后籌建,但由于項目復(fù)雜、資金不足和經(jīng)驗缺少等原因,建設(shè)歷時逾11年。目前實驗室已開始用一些低等級病原體進行測試運行,未來該實驗室的研究重點包括控制新發(fā)疾病和儲存純化病毒等,并可能展開包括SARS病毒、埃博拉病毒、西非拉沙熱病毒等危險病原體的研究[6]。
2.1.1 樣品誤傳 2012年5月,位于薩里郡的英國動物衛(wèi)生和獸醫(yī)實驗室管理局(Animal Health and Veterinary Laboratories Agency,AHVLA)的研究人員在處理炭疽桿菌時發(fā)生嚴重錯誤,他們本應(yīng)將熱滅活后無害的樣品送往附近的AHVLA下屬實驗室以及位于約克和貝爾法斯特的研究機構(gòu),但卻不慎混淆了試管,將活體炭疽樣本送出。雖然負責(zé)發(fā)送的工作人員在高等級實驗室操作樣本,無暴露風(fēng)險,但一些接收了錯誤樣本的工作人員卻是按照滅活樣本處理的。事件發(fā)生后,英國健康安全局立即關(guān)閉了實驗室。調(diào)查發(fā)現(xiàn),共有2名不知情的工作人員暴露于炭疽桿菌,所幸他們此前均已接種過炭疽疫苗[7]。
2014年12月,亞特蘭大美國疾病預(yù)防控制中心(CDC)VSPB實驗室的一名工作人員,誤將一份可能含有埃博拉病毒的感染樣本作為滅活樣品轉(zhuǎn)移至BSL-2實驗室進行分析評價。之后的分析評價結(jié)果表明,樣本中并沒有檢測到活病毒[8]。
2015年底,美國馬里蘭州的一家生物實驗室確認收到猶他州達格威試驗場寄送的活性炭疽桿菌樣本,這引起美國國防部的高度關(guān)注。五角大樓隨后對該事件開展了全面調(diào)查,調(diào)查結(jié)果顯示,美國境內(nèi)有13個州,以及澳大利亞和韓國等多個境外國家的多個生物實驗室均收到了活性炭疽桿菌疑似樣本。五角大樓發(fā)言人Bob Work指出,在過去的10年里,美國國防部會定期向聯(lián)邦政府實驗室、商業(yè)公司、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)以及其他國家生物實驗室寄送滅活的生物樣本,用于開展生物安全相關(guān)的對應(yīng)措施研究,但尚不清楚為什么有如此之多的活性炭疽桿菌疑似樣本被寄送至各地的生物實驗室,建議所有相關(guān)機構(gòu)現(xiàn)在停止處理從國防部收到的“滅活”炭疽桿菌樣本,五角大樓表示,目前有22人正在接受暴露后的預(yù)防性治療,但尚未發(fā)現(xiàn)有人感染了活性炭疽桿菌疑似樣本跡象[9-11]。
2.1.2 樣品泄露、丟失或遺忘 2013年3月26日,美國得克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院發(fā)表聲明,證實其下屬的加爾維斯頓國家實驗室(Galveston Nation?al Laboratory,GNL)丟失1瓶可能導(dǎo)致出血熱的瓜那瑞托(Guanarito)病毒[12]。該病毒1991年在委內(nèi)瑞拉首次發(fā)現(xiàn),為美國管制生物劑。最初的5瓶病毒全部保存在上鎖的專用冰柜中,實驗室檢查中發(fā)現(xiàn)未知原因丟失1瓶。
2014年4月13日,法國巴斯德研究所宣布,在其例行樣本清點過程中,發(fā)現(xiàn)丟失了2349支SARS病毒片段的試管樣品[13]。該機構(gòu)表示,樣品丟失事件說明研究所在部分樣品追蹤管理方面存在不足。國家藥品與健康產(chǎn)品安全局已就這一事件在相關(guān)實驗室展開了現(xiàn)場調(diào)查,研究所向衛(wèi)生部門證實,就SARS病毒存活的特點來看,上述試管內(nèi)的病毒片段在人際間的傳播能力為零,不會引發(fā)任何病毒感染的風(fēng)險。
2013年4月至2014年9月,美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校發(fā)生了感染病原體小鼠逃跑的事件,前后共有8只小鼠逃跑,逃逸率約為0.001%。逃跑的小鼠有的跳到研究人員身上,有的跑到冰柜下方,而研究人員則經(jīng)常用掃帚柄攔阻亂竄的小鼠。這些小鼠已感染了SARS病毒或甲型H1N1流感病毒,這引起了NIH官員對此類逃逸的事情的憂慮[14]。
2014年10月,美國科羅拉多州立大學(xué)實驗室的一位安保人員發(fā)現(xiàn)被昆蟲叮咬。該實驗室毗鄰一個昆蟲飼養(yǎng)所,該所當時正在應(yīng)用轉(zhuǎn)基因蚊子進行登革病毒實驗。因此,該名工作人員分別在咬傷時和咬傷后第3周時進行了登革熱病毒抗體的檢測,所幸結(jié)果為陰性。
2014年3月,美國加州大學(xué)洛杉磯分校的工作人員在學(xué)校的一個醫(yī)療廢物堆積區(qū)中發(fā)現(xiàn)了一個大鼠巢穴,巢穴中有粉碎的生物危害袋子和一些實驗室用品,如移液管尖頭、手套和塑料管等。學(xué)校在該巢穴共抓獲大鼠14只,之后將其拆除并進行消毒。2014年5月,該校一名研究人員觀察到一只嚙齒動物從上了鎖的醫(yī)療廢棄桶內(nèi)爬出,桶里裝有使用過的一次性鼠籠、墊料和剩余食物。該校生物危險廢物桶的供應(yīng)商在交付之前確保所有蓋子都能夠上鎖,而安全官員發(fā)現(xiàn)該校大約30%的廢棄桶的鎖遭到破壞。
2013年,英國國防部波頓當(Porton Down)實驗室發(fā)生了2起防護裝備老化事件,均為隔離服破損。其中一起發(fā)生在埃博拉病毒感染狨猴的設(shè)施內(nèi),工作人員立即上報并更換了損壞的零部件,從而避免了事故的發(fā)生。
2014年2月,位于英國薩里郡的畢爾布萊特研究所(Pirbright Institute,原動物健康研究所)實驗室的口蹄疫研究設(shè)施出現(xiàn)空氣流通問題。2014年4月,研究所主管人員承認對8起違反安全規(guī)定的口蹄疫實驗負責(zé)。這些事件發(fā)生在2012年11月至2013年1月,實驗室負壓通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障卻未發(fā)出報警,所幸未造成病原體泄露。此后,至少又發(fā)生4起安全事件,包括口蹄疫病毒的安全柜外泄漏。連續(xù)的設(shè)備問題使得該研究所對其實驗室進行翻新。
2014年5月,美國陸軍傳染病醫(yī)學(xué)研究所(USAMRIID)的一位科學(xué)家穿著正壓服在BSL-4實驗室工作結(jié)束離開時發(fā)現(xiàn)腿部被淋濕,之后又發(fā)現(xiàn)有其他工作人員淋浴時防護面具出現(xiàn)孔洞。在2013至2014年為期20個月的時間里,該研究所的防護裝備共出現(xiàn)37次破裂或孔洞。
2014年6月,美國農(nóng)業(yè)部的東南地區(qū)家禽研究BSL-3實驗室的一名員工在對感染H5N1禽流感病毒的鴨子進行取樣時,其呼吸管發(fā)生撕裂,事后對該名員工進行抗病毒藥物治療。同年9月另一BSL-3實驗室的動物看管人員在工作期間發(fā)現(xiàn)其防毒面具內(nèi)的氣流減少,原因是軟管從聯(lián)合部位分離,事后對該名工人進行了10 d的抗病毒藥物治療,并被要求對發(fā)熱情況進行監(jiān)測。所幸2名員工未發(fā)生感染情況。
1994年11月,3位科學(xué)家在非洲科特迪瓦解剖一只死亡不久的黑猩猩(后經(jīng)檢測確定該黑猩猩感染了埃博拉病毒),由于條件所限,未能穿戴專業(yè)的個人防護用品,只臨時戴了普通的乳膠/家用手套。其中佩戴了家用手套的科學(xué)家在解剖動物8 d后感染發(fā)病,送回國治療后康復(fù)[15]。
2009年3月,位于德國漢堡的熱帶醫(yī)學(xué)研究所的BSL-4實驗室,一名研究人員在進行小鼠感染實驗時嚴重違反操作規(guī)程,給使用過的注射器戴回針帽,而當時針頭中留有高濃度的埃博拉病毒,結(jié)果被針頭扎傷,所幸未造成人員傷害[16]。
2009至2011年,英國AHVLA的一個實驗室曾先后發(fā)出3700份樣品,其主管人員卻并不知道病原體仍然存活。主要原因是工作人員使用了錯誤設(shè)備滅活病原體,未接受過正確操作程序培訓(xùn),同時管理部門也未采取有效行動,最終導(dǎo)致1名工作人員被感染。
2014年12月24日,美國CDC宣布,該機構(gòu)1名實驗室人員由于操作失誤,可能接觸了埃博拉病毒,目前正在接受為期21 d的醫(yī)療觀察。當時含有少量埃博拉病毒的樣本從一個實驗室轉(zhuǎn)移至同一棟樓的另一個實驗室,接觸樣本的技術(shù)人員佩戴了手套和防護服,但沒有戴上面罩,這導(dǎo)致了感染風(fēng)險。疾控中心主管弗里登在隨后的一份聲明中承諾,將在各個層面進行檢討,包括對實驗室進行凈化關(guān)閉,讓全體工作人員認知事故,并對上級監(jiān)查機構(gòu)通報事件情況。
2015年3月1日,《今日美國》報道稱,路易斯安那州的杜蘭國家靈長類研究中心發(fā)生實驗室類鼻疽桿菌泄漏事件,導(dǎo)致數(shù)十只猴子死亡,另據(jù)法新社報道,該病菌外泄可能發(fā)生在2014年11月或更早,該中心當時正在開發(fā)對抗類鼻疽桿菌的疫苗。3月13日,美國CDC和農(nóng)業(yè)部動植物衛(wèi)生監(jiān)察部發(fā)布聯(lián)合調(diào)查報告,沒有明確具體的病菌泄漏途徑,但指出該實驗室存在諸多安全問題。報告稱,該實驗室人員未能按照要求或未穿戴防護裝備,這可能是病菌泄漏的原因。該研究中心被責(zé)令停止所有研究并進行整頓[17]。
1976年11月5日,位于英國威爾特郡波頓當?shù)奈⑸镅芯吭O(shè)施中,一位研究人員在轉(zhuǎn)移感染埃博拉病毒的動物組織樣本時意外刺破手套并傷到手指,其在被隔離后第6 d發(fā)病并最終確診為埃博拉感染[18]。
2004年美國USAMRIID的一名研究人員,在BSL-4實驗室里對2 d前注射了埃博拉病毒的小鼠腹腔注射免疫球蛋白時,第5只實驗小鼠踢中注射器,針頭刺穿操作員的手套。傷者迅速被隔離,所幸隔離期過后未發(fā)病[19]。
2004年5月,俄羅斯新西伯利亞病毒學(xué)與生物技術(shù)國家科學(xué)中心的一名研究人員在BSL-4實驗室中對感染埃博拉病毒的豚鼠進行抽血操作時,被帶有豚鼠血液的注射器意外扎傷左手掌。盡管立即送醫(yī),但仍因發(fā)病醫(yī)治無效死亡[20-21]。
2013年11月,美國威斯康星大學(xué)的一位研究人員違反規(guī)定,在BSL-3實驗室內(nèi)使用注射器時被裝有H5N1禽流感病毒的注射器刺破皮膚。該研究人員事后在家中進行為期7 d的隔離,家人在其隔離期間搬離住所。所幸該名研究人員未出現(xiàn)流感癥狀。
2014年2月,美國得克薩斯A&M大學(xué)的一名研究人員在用注射器注射小鼠時不慎扎到自己,1周后又被小鼠咬傷,注射器和小鼠先前都感染了伯氏疏螺旋體重組菌株,該病原體可以導(dǎo)致萊姆病。該名研究人員事后交由一位醫(yī)生進行健康評估和暴露后預(yù)防,并進行了如使用抗生素、接種百白破疫苗等治療。
作為主要開展高致病性病原微生物相關(guān)實驗活動的高等級生物安全實驗室,研究對象都是國際公認的危險病原。上述事件的發(fā)生,揭示了部分高等級生物安全實驗室在安全方面的諸多問題,包括管理不善、培訓(xùn)不足、程序不當、設(shè)備故障、人為錯誤等。和每年全球生物安全實驗室的大量實驗工作相比,這些實驗室事件不算多,但均很典型。前述22起事故絕大多數(shù)發(fā)生在生物安全實驗室相對發(fā)達的歐美等西方國家。在這些事件中,除了幾起難以徹底杜絕的意外事件外,其他的都是可以通過加強實驗室管理、人員培訓(xùn)以及安全操作檢查等措施即可完全避免的。
3.2.1 構(gòu)建安全第一的管理理念 安全第一是生物安全的精髓,要做到這一點,必須建立高可靠性組織安全管理模式,一是團隊成員每個人必須隨時對“什么是錯誤的?我們怎么預(yù)防?”保持警惕;二是工作人員必須對違規(guī)操作高度敏感;三是整個安全管理體系應(yīng)當具備彈性,以至于系統(tǒng)出現(xiàn)問題后能夠最小化風(fēng)險并及時恢復(fù);四是工作人員必須認識到操作環(huán)境是復(fù)雜、可變的;五是嚴格執(zhí)行雙人工作制度,提高安全系數(shù)[22]。通過近十年相關(guān)部門的努力,目前國內(nèi)已建立了高等級實驗室認證認可機制,在此基礎(chǔ)上還應(yīng)不定期抽調(diào)監(jiān)察員對已認定合格的實驗室進行巡檢和監(jiān)察,加強實驗室硬件的定期檢測機制,以及軟件管理規(guī)范的逐步提高,從而使實驗室管理人員和相關(guān)實驗人員日常能夠按照生物安全標準規(guī)范操作。一定程度上講,如果事先做到足夠的風(fēng)險預(yù)判和預(yù)案支持,大多數(shù)事故都可以避免[23]。
3.2.2 建立并加強嚴格的監(jiān)管審批制度 目前國內(nèi)各相關(guān)科研院所的生物安全部門均成立了生物安全委員會,要充分發(fā)揮生物安全委員會的職能,提高對生物安全實驗室使用的審查能力,對相關(guān)工作做到實驗前方案審查、實驗中定期檢查、實驗結(jié)束后及時上報并和實驗室管理人員進行交接。一要根據(jù)微生物病原體的危險性類別高低,加強對科研活動的監(jiān)管力度,嚴格執(zhí)行審批制度;二要合理選擇使用實驗室,以有效減少意外的發(fā)生。盡管部分生物安全三級實驗室采取了特殊防護措施,能夠勝任SARS病毒和高致病性禽流感等具有高度致死性和傳染性的病原體研究,但還是建議這些病原體的研究仍應(yīng)在設(shè)備齊全、設(shè)施良好并有定期監(jiān)測的生物安全四級實驗室中完成,以減少未知途徑感染。沒有條件的也應(yīng)在生物安全三級實驗室中穿著個人防護裝備包括佩戴具有呼吸過濾系統(tǒng)的防護頭罩等特殊防護系統(tǒng)下進行,并且應(yīng)配置相應(yīng)的帶有通風(fēng)系統(tǒng)和可單個隔離高效過濾裝置的動物籠具。
3.2.3 開展有效的崗位培訓(xùn) 高等級生物安全實驗室是高等級病原微生物研究場所,危險系數(shù)大,故必須對進入其中從事高致病性和傳染性病原體研究工作的人員定期開展相關(guān)的崗位培訓(xùn),即便工作人員曾經(jīng)在低等級微生物實驗室工作過,再進入高等級生物安全實驗室工作前也應(yīng)重新進行系統(tǒng)培訓(xùn)后再上崗。并且應(yīng)該在適當區(qū)域設(shè)立模擬實驗室,以便在實際從事高危工作前先采用模擬劑熟悉工作環(huán)境,須確保其工作人員在從事生物劑實驗前達到一定的熟練程度。工作人員應(yīng)經(jīng)過正規(guī)的操作培訓(xùn)并應(yīng)在經(jīng)驗豐富的科學(xué)家指導(dǎo)下開展工作。專家可以通過現(xiàn)代的視頻、音頻技術(shù)遠程監(jiān)控來指導(dǎo)和監(jiān)督實驗室的研究,不必須出現(xiàn)在實驗室現(xiàn)場指導(dǎo)。尤其是在易有安全風(fēng)險的銳器操作、實驗動物轉(zhuǎn)運、樣本處置、事前硬件設(shè)備的安全檢查等方面必須嚴格培訓(xùn),正確操作,避免發(fā)生不必要的危險?;蛘甙l(fā)生意外后,能夠得到正確的處置。
3.2.4 加強實驗人員的身心防護 一是要加強隔離檢疫期制度。在高風(fēng)險實驗室工作的工作人員由于崗位輪換等原因需要離開實驗室時,應(yīng)經(jīng)過一段時間的隔離檢疫期。如有相關(guān)人員發(fā)生感染,在隔離檢疫期間會表現(xiàn)癥狀,在特定的醫(yī)療環(huán)境中也能得到妥善治療。這一規(guī)定可以防止病原體通過工作人員發(fā)生獲得性感染從實驗室中泄漏出來。二是要建立休假和心理輔導(dǎo)制度。長期從事高致病性和傳染性病原體研究的技術(shù)人員,在心理和生理上都存在巨大壓力,應(yīng)在行業(yè)標準中對從事高風(fēng)險實驗室工作的技術(shù)人員提供定期免費休假療養(yǎng)及心理輔導(dǎo)制度。并在此期間對人員狀態(tài)進行評估,主要包括精神警覺性、精神和情緒穩(wěn)定性、信用情況、有無不穩(wěn)定醫(yī)學(xué)狀態(tài)、責(zé)任感、有效的績效、靈活適應(yīng)變化能力、社會適應(yīng)能力或緊急情況下做出合理判斷的能力、有無藥物/酒精濫用或依賴、是否贊同實驗室內(nèi)文化氛圍;是否能遵守國家和行業(yè)內(nèi)的各項規(guī)定;是否愿意強調(diào)內(nèi)部協(xié)調(diào)等。
自2004年《國家高級別生物安全實驗室建設(shè)規(guī)劃》發(fā)布以來,我國已形成了高等級生物安全實驗室體系的基本框架,一批分布在科研院所和高校內(nèi)的生物安全三級實驗室已投入運行。隨著我國首家BSL-4實驗室正式投入使用,意味著“寶塔式”的生物安全實驗室體系初步形成[24]。面對復(fù)雜多變的國際生物安全形勢,國家發(fā)改委和科技部計劃在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再規(guī)劃建設(shè)一系列高等級生物安全實驗室,到2025年形成高等級生物安全實驗室國家體系,壯大我國傳染病重大專項等科學(xué)研究的基礎(chǔ)平臺,增強生物安全科技創(chuàng)新能力。我們將積極吸取國外BSL-4實驗室運行中的經(jīng)驗教訓(xùn),通過制定科學(xué)的標準法規(guī)和適宜的技術(shù)規(guī)程,減少或杜絕可能的生物安全事故,提高我國高等級生物安全實驗室管理和運行水平。
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