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嘉峪檢測網 2021-11-25 22:33
本文主要介紹了重慶潤澤醫藥有限公司研發的創新醫療器械“多孔鉭骨填充材料”的臨床前研發實驗。
一、多孔鉭骨填充材料的產品結構及組成
該產品由符合ISO13782標準要求的純鉭材料燒結制成,多孔結構,由棒、塊、顆粒組成。
二、多孔鉭骨填充材料的產品適用范圍
棒單獨使用,適用于Ⅰ期或Ⅱ期股骨頭壞死保髖手術中的松質骨缺損填充;塊和顆粒與自體骨共用,匹配堅強固定器械,適用于四肢非承重部位的腔隙性松質骨缺損填充。
三、多孔鉭骨填充材料的型號規格
多孔鉭骨填充棒:TaBw01;
多孔鉭骨填充塊:TaKC01、TaKY01、TaKYX01;
多孔鉭骨填充顆粒:TaKLS01、TaKLM01、TaKLL01。
四、多孔鉭骨填充材料的作用機理
1.三維連通的多孔結構與人體骨組織結構相似,為骨組織的生長提供了結構保障。
2.產品的植入早期力學性能支撐缺損的空間外部輪廓,實現填充功能。隨著植入時間的增加,骨組織長入的完成,使骨缺損的修復效果得到強化。
五、多孔鉭骨填充材料的產品性能研究
申報產品主要從孔隙性能、力學性能、元素含量等方面進行性能研究。產品中元素含量經元素分析儀及電感耦合等離子體光譜儀進行測定;產品的力學性能由疲勞試驗機進行測定;產品的孔隙性能按國家標準《外科植入物用多孔金屬 材料 X 射線CT檢測方法》中的試驗方法,利用工業CT對孔隙率、孔徑等指標進行檢測。
1.孔隙性能分析
(1)孔隙率分析
在同種CT檢測分析條件下,對申報樣品分別進行5次孔隙率計算,其相對標準偏差(RSD)均小于2%。在同種檢測分析條件下,對申報樣品分別進行5次孔隙率檢測值均值與理論值的比較,分析其準確度,其相對標準偏差(RSD)均小于2%,表明該方法檢測結果是可接受的。
(2)孔徑分析
經CT檢測獲得產品內部0-1mm內不同孔徑范圍孔隙的統計分布趨勢,孔隙平均直徑分別 478μm。
(3)開孔率分析
經CT檢測后獲得產品開孔率的檢測值。
2.力學性能分析
通過疲勞試驗機測量產品的抗壓強度和彎曲強度,研究孔隙度對多孔鉭主要力學性能參數的影響,及多孔鉭與人體骨組織力學性能的比較。
(1)產品抗壓強度和彈性模量由不同孔隙率的試樣進行抗壓性能對比分析。
實驗數據表明,隨孔隙率增加,樣品的抗壓強度和彈性模量均降低,試樣抵抗變形的能力減弱。
(2)產品彎曲強度由不同孔隙率的試樣進行抗彎性能 對比分析。
實驗數據表明,隨產品孔隙率的增加,彎曲強度不斷下降。原因是由于隨著孔隙率的增加,鉭顆粒與顆粒之間結合的幾率減少,結合強度變低,導致材料彎曲強度不斷降低。
(3)產品的疲勞性能選用壓縮—壓縮疲勞的方式。
檢測采用的標準為ISO14801,選用壓縮單向載荷,載荷在標稱峰值和10%標稱峰值之間呈正弦曲線變化,載荷頻率為15HZ。實驗數據表明:隨著測試壓力減小耐疲勞壓縮次數增加趨勢,符合理論規律。
(4)摩擦性能分析
選用已上市骨小梁鉭金屬產品為對照組,測試樣品分別按照試驗要求制備出不同的規格形狀。按標準ASTM D4518 中斜面儀的方式檢測材料的摩擦系數,選用新鮮牛骨作為試 驗的摩擦材料,松質骨制備成基底,皮質骨制備成滑塊,試驗過程中滑塊的速度為1.5°每秒。試驗數據表明,多孔鉭和骨小梁金屬與松質骨的摩擦系數高于松質骨與皮質骨的摩擦系數,并且試驗組摩擦系數略高于對照組。植入材料的摩擦系數高有利于早期穩定及與自體骨和外周軟組織的附著力,有利于植入產品的成功率。
3.非金屬元素含量特點
該產品暴露在空氣中能夠吸收氫、氧、氮等氣體,表面生成具有抗腐蝕能力的鈍化氧化膜。多孔化提高了材料的比 表面積,孔隙度的增加提高了材料的氧含量。燒結多孔鉭材料的氧含量由材料本身的氧含量、氧化膜以及表面吸附氣體中的氧含量三個部分組成,其中材料本身的氧含量與剛燒結出爐時的氧含量一致。同理,其他非金屬元素的含量也由這三部分組成。
六、多孔鉭骨填充材料的生物相容性研究
按照GB/T 16886的相關規范完成了細胞毒試驗、皮內刺 激試驗、致敏試驗、急性全身毒性試驗、Ames試驗、TK基 因突變試驗、染色體畸變試驗、亞慢性毒性試驗、植入試驗、 溶血試驗、熱原試驗等試驗研究,各項試驗目的、方法及結 果與常規骨科植入物金屬材料相比,均無明顯差異,該產品的生物相容性滿足GB/T 16886對植入性器械的相關要求。
七、多孔鉭骨填充材料的產品有效期和包裝研究
該產品的有效期為包裝有效期,該產品內包裝由透析紙和蓋材兩部分組成,按照《無源植入性醫療器械貨架壽命申 報資料指導原則》,對貨架有效期進行驗證,確定產品有效期為5年。
八、多孔鉭骨填充材料的動物研究
1.推出力強度實驗
以新鮮牛骨制造不同的骨缺損模型,填充不同規格多孔骨填充材料,進行推出力的檢測,判斷產品與骨組織早期的結合強度。推出力結果證明隨著填充塊的增加推出力呈現增大趨勢,產品的填充能夠穩固骨缺損部位,并起到早期支撐的作用。推出力強度表明產品與骨組織之間具有一定的結合強度。
2.兔股骨骨缺損植入實驗
通過兔股骨髁上骨缺損植入模型,硬組織切片觀察結果顯示產品與骨組織緊密接觸。8至12周產品表面和孔隙內已長滿新生骨組織,新生骨小梁已發育成熟并與材料直接接觸,呈交織狀平行排列覆蓋于材料表面并填入孔隙。鉭與骨形成較為牢固的鉭-骨直接結合,界面無軟組織間隔,新生骨與宿主骨融為一體。
3.兔橈骨骨缺損植入實驗
通過制備兔橈骨節段性骨缺損模型,植入產品。術后大體觀察表明術后16w材料表面被一層骨樣組織包裹,界面與宿主骨結合牢固,材料孔隙大部分被骨樣組織填充,界面結合較牢固。HE染色顯示最終形成成熟骨性骨梁。硬組織切片顯示,術后16w新生骨已充滿產品孔洞大部分,并與孔洞壁緊密結合,孔洞內仍可見纖維及血管。掃描電鏡顯示,多孔表面最終被粗大致密的骨膠原及不規則骨組織完全覆蓋,孔隙消失。Micro-CT掃描及三維重建顯示,術后16周Micro-CT橫斷面、冠狀面掃描及三維重建圖像可見各組材料與骨界面、周圍表面孔隙內均有骨組織生長,界面骨結合牢固,材料均未出現斷裂,材料內部均有新生骨痂生成,并向缺損中心延伸。
4.兔豎脊肌植入實驗
將產品與同等數量及等體積的多孔鈦對照。硬組織切片顯示,12w兩組材料周圍纖維包膜變薄,細胞及小血管均明顯減少,膠原纖維增多,束狀排列,整齊,組間差異有統計學意義。掃描電鏡顯示12w時兩組材料孔隙內形成廣泛的肌纖維重疊、融合,內生性長入,產品孔隙內肌纖維長入量明顯多于對照組。
5.兔髕腱植入實驗
通過兔髕腱內植入,以多孔鈦作為對照,大體觀察見產品與宿主肌腱結合緊密。光鏡觀察對照組材料周圍包膜較試驗組更疏松且更厚。掃描電鏡顯示兩組材料孔隙內均充滿了肌腱纖維,與孔壁結合緊密,無縫隙存在。硬組織切片顯示12w時試驗組表面和孔隙內長滿新生肌腱,肌腱纖維呈束狀排列,小血管及細胞成分減少,肌腱膠原纖維-多孔鉭緊密融合于一體。
6.兔軟骨及軟骨下骨缺損植入實驗
制備兔關節軟骨及軟骨下骨缺損模型,對照組鉆孔,不植入材料。術后大體觀察顯示16周缺損部位逐漸被新生軟骨 組織完全覆蓋,表面平整光滑。掃描電鏡顯示術后16w材料表面逐漸出現較多鈣鹽沉積,新生軟骨及成骨細胞連接成片狀,細胞外基質逐漸覆蓋多孔鉭表面,孔隙內出現新生骨組織長入。硬組織切片顯示,術后16w多孔鉭表面緊密附著新生骨組織,無纖維包囊,骨小梁向多孔鉭孔隙內生長,并與周圍皮質骨相連,軟骨缺損區域已完全被新生軟骨組織覆蓋, 新生軟骨組織與多孔鉭結合緊密,與周圍正常軟骨組織結合在一起。Micro-CT掃描及三維重建顯示術后16w多孔鉭與周圍宿主骨形成了良好的整合。
7.犬骨缺損植入實驗
多孔鉭-骨組織 CT 掃描顯示植入 6 個月后材料與骨組織緊密接觸,骨組織沿鉭棒向骨髓腔內生長,骨組織的內生長已深入多孔鉭棒內部,同時在實體鉭棒和多孔鉭棒外包裹鉭棒生長。硬組織切片顯示材料與骨組織緊密接觸,鉭-宿主骨界面骨組織長滿材料表面及內部孔隙,與皮質骨接觸部分 被新生骨組織緊密包裹。鉭與骨形成較為牢固的鉭-骨直接結合,界面無軟組織間隔。同時骨組織隨鉭棒從皮質骨表面 向骨髓腔內生長。推出力性能顯示植入6個月時多孔鉭棒推 出力大于實體鉭棒,3 個月多孔鉭棒樣品均值小于6個月推出力均值。
來源:嘉峪檢測網