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医疗器械注册之如何开展生物学评价与测试?
发布日期:2019-10-07 12:13浏览次数:106次
生物学评价与测试是与人体接触或植入的医疗器械注册中的难点事项之一,今天我们一起来系统看一下有关医疗器械生物学评价与测试方面的内容。

引言:生物学评价与测试是与人体接触或植入的医疗器械注册中的难点事项之一,今天我们一起来系统看一下有关医疗器械生物学评价与测试方面的内容。

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一、体外毒性测试

关于医疗器械测试,这里简单地分为两大类:体外测试及体内测试。首先来看体外测试,举几个例子:包括细胞毒性,溶血,遗传毒性等


什么叫做体外毒性测试呢?就是不需要动物做的测试。像细胞毒性,我们用小鼠型纤维细胞;像血液相容性测试、溶血测试,我们用兔子血或人血;遗传毒性测试,通常我们用细菌和小鼠淋巴瘤细胞。之所以选择用细胞或体外测试,主要为了减少动物使用,考虑动物福利的原因。国内也越发注重动物保护动物福利,以后可能会立法。新加坡、法国、欧洲都有比较激进的动物保护者采取了针对实验动物的保护行动。


因此,现在越来越多研发体外测试或替代测试方法。因后者是比较灵敏的筛选性测试。比如细胞毒性测试大致7天能得到结果,对后续研发或进一步测试很有指向性。但体外测试无法完全代表体内环境的情况。人体内环境有内环境稳态,包括免疫系统,酸碱平衡,耐受性容错性更好,因此,不能完全代替体内环境。因此需要做体内测试,选择动物模型,更接近人体解剖结构和生化条件。


研发皮肤类,选择家兔做模型,因其皮肤更接近人体皮肤。研发心血管类产品,倾向于选择猪,因其心脏结构最接近人体。因此,当我们希望在更深层次研究和探寻器械功能是否合用的情况下,先做动物测试。当然,要考虑动物福利322原则,尽量减少动物使用,考虑动物的伦理问题,人道和科学地对待动物,不能滥用、虐待动物,对实验进行详细计划,尽可能多地获取实验指标。避免重复、无益实验。

二、生物相容性影响因素

进一步介绍生物材料测试。哪些材料和成分与人体相容性相关,即与人体是否相容。以前更多讲的是被动相容性,即对人和动物不产生危害。现在有个新的概念,是主动的生物相容性。即不仅不对人体产生危害,而且还能对人体产生有益作用。因此,目前新的医疗器械的研发对材料提出了新的要求,比如还能促进骨组织愈合,诱导骨组织的生长。 


在生物材料的生产过程中,以下因素会影响生物相容性:原材料,直接相关;生产加工工艺过程中的添加剂、污染和残留物,比如着色剂和染色剂;脱膜、溶解原材料再注塑的过程中引起的污染;残留物主要指灭菌和消毒过程中的残留物;滤出物指自然条件下和人体长期接触过程中产品释放的物质;降解产物,指人体内的植入物长期接触中产生的降解产物;以及其他终末产品与包装材料等接触带来的组分。产品设计中的物理和化学特性,都会影响生物相容性问题。

三、化学表征测试和生物学评价

生物相容性的评价过程就是考虑化学表征和测试的过程。

材料标准考虑化学测试,是按照ISO10993-18部分,按照与病人接触的时间和部位进行。同时考虑是否需要进一步的生物学评价。目前国内医疗器械测试和评价,此部分是热门且重要话题。举例:心血管支架已出现药物洗脱支架,可降解支架,是高风险类产品,长期接触,基本需要做全套的生物相容性测试。国外大致需要100万人民币,周期很长,需进行植入性实验等。国内更多接受化学表征测试和生物学评价。因器械设计已经非常成熟,主要风险来源于材料,考虑安全性便主要考虑其材料的安全性。


国外认为,应用化学方法检测材料的化学特性来判定安全性。精度达到ppM,或ppp。百万级甚至更高级别,灵敏度和精度都很高,以此免除进一步的生物学测试,包括动物学测试等。但国内的标准要求仍比较保守。现阶段,对国内企业的要求太高,因为找不到能独立完成全部化学表征测试的企业和毒理学评价专家。因此,目前更多的事依靠动物测试来做生物学评价。


关于和人体直接接触部位的反应,是化学表征测试无法代替的。植入过后反应需要用植入测试来评价。做生物学评价过程中,并不都需要做动物测试。比如,目前最常见的椎间融合器,选择的是peak材料,还有骨科的骨钉、骨板等是合金材料,有很长使用历史,原材料厂家有很全面的实验数据。生产厂家只是选择其进行制造,因此不需要进行额外的测试。可以通过寻找测试数据,而不是重新做实验,来证明其生物安全性。


但若用peak材料拿来做关节、牙组织体等新材料。通过机械切割达不到铸件要求,需要熔融和重塑,对化学有重大改变,则不能使用之前的化学报告,需要做额外的动物实验。

四、ISO10993生物学相容性测试

介绍ISO10993-1及整个标准的重要章节中的生物学测试,体外测试,包括细胞毒性测试,致敏测试(-5章节中)和皮肤刺激性测试(-10章节中)。急性全身毒性测试(-11章节中)。


大部分生物学材料都归于二类中,比较安全。因此主要做此三项测试:细胞毒性,致敏,皮肤刺激性测试。基本所有医疗器械均需做次三项测试。此外,还有急性系统毒性测试,亚急、亚慢性系统毒性测试。还有与人体接触时间更长者,需做遗传毒性测试。植入测试,血液相容性测试,包括溶血测试,血栓形成性测试、补体测试、凝血性测试(-4章节中)。以及慢性毒性测试、致癌性测试、生物降解性测试、生殖毒性测试,免疫毒性测试,毒代动力学测试等。


大多数研发企业不会考虑到材料改变,而是设计上的改变,因此较少涉及材料重新做测试项目的情况。现在较热的三个测试是毒代动力学测试,免疫毒性测试,生物降解性测试。因更多企业在做新的研发尝试,使用更多动物源性材料和可降解性材料。


如何进行测试,或与医疗器械注册检验测试机构沟通测试需求。首先,需要制备浸提液。制备浸提溶液,将材料浸泡在其中。分为极性(生理盐水,细胞毒性测试是特例,用培养基),非极性浸提液(植物油,包括酒精,植物油和菜籽油),额外的浸提液(带血清的培养基、DMSO、水和酒精的混合物)。如何选择浸提液,根据相似相溶原理,选择浸提液就是根据产品所含材料的化学特性选择。让企业自行筛选的原因是,产品在某些浸提液中发生溶解,改变了产品特性,不符合测试要求。筛选浸提比例是送检时非常重要的环节。


所有测试方法一致的前提下,浸提比例会影响测试结果。针对产品的浸提比例,可选择厚度小于0.5mm时,选择6cm2/ml,大多数选择0.5mm厚度以上,用3cm2/ml。弹性体孔隙结构比较高时,选择1.25,不规则体选择0.2g/ml。吸水性物体密度很低,选择0.1g/ml。还有温度和时间的选择,细胞毒性的测试比较特异,应选择37度,72小时。还有50度,72小时。70度,24小时。121度,1小时。

由企业根据产品特性和临床使用要求自行选择。选择适宜温度和时间进行。较少选择37度,因为美国FDA不认为37度为严苛条件。而动物材料,如含有胶原蛋白者,可以选择37度。


任何与人体接触的,均需做测试。可以选择完整器械或部分器械做测试。举个实际惨痛案例。一款带药支架,准备做CE Mark测试,未选择完整器械。认为药物是安全的,有相应说明,只选择不带药器械做测试。通过公告机构的评审,在欧洲注册成功。2年以后拓展后做美国FDA测试,因未拿完整材料,需重新做测试,花费100万。建议一定选择上市的完整样品送检。同时考虑市场策略,资金较紧张时,国内检测所的要求和费用比较低。但产品需要进入国际市场,则一定要选一个严格的第三方,做一套完整的测试报告,否则费时费钱。另外,在切片的问题上,也有企业惨痛经验。因在产品制造过程中,管腔横切暴露未做涂层的部分,也会影响测试结果。


具体测试有细胞毒性测试,快速筛选性测试,选择用哺乳动物细胞,最常用的是小鼠神经细胞L929,方法有浸提法,直接接触法,非直接接触法(琼脂扩散法、滤膜扩散法)。评价方法包括在显微镜下看生长、形态、代谢情况。材料与人体血液有接触时,做细胞毒性测试。


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