醫療器械產品及其降解產物化學表征研究

- 試樣材料的理化性能測試:

- 質量測試、外觀形貌、相對分子量及其分布

- 降解產物以及機械性能測試

- 降解產物含量測定

- 毒理學風險評估

 

體外降解體外降解試驗研究方法

 

1、降解原理

醫療器械及其材料在體內的降解和吸收是一個受生物環境作用的復雜過程，其中化學因素主要是水解、氧化、酸堿作用，生物因素主要是酶和微生物。目前植入器械主要接觸組織和體液，主要的降解方式為水解（酸堿作用和自催化作用）和酶解。

 

2、體外降解試驗研究方法

由于研究降解問題比較復雜，設計試驗方案亦尤為困難。目前醫療器械降解試驗研究方式主要有體內降解試驗和體外降解試驗。其中體外降解試驗研究主要是根據產品材料本身的性質模擬其在生理環境中發生的降解行為試驗。相比較需要動物的體內降解試驗，體外降解試驗研究可以大大縮短試驗周期和試驗成本。

 

根據醫療器械的材料性質和依據ISO10993以及GB/T 16886系列標準， 醫療器械的體外降解試驗路線如下：

 

聚合物醫療器械體外降解試驗研究

 

1、降解試驗設計

當醫療器械設計為生物可吸收的，或器械預期植入體內超過30天，以及材料在與人體接觸期間可能釋放出毒性物質的醫療器械需要對其進行降解行為的研究。

 

醫療器械降解試驗的設計原則需要綜合考慮材料本身的特性、器械的種類、器械使用的解剖學位置等因素。例如，聚合物醫療器械的降解行為與器械本身的材料組成（例如PPDO、PLLA、PLGA等），制備成的形狀（例如薄膜、實心棒、多孔支架、微球形狀），所使用的環境（皮下、血管、膽道等）等因素密切相關。

 

2、降解試驗條件的選擇

體外降解試驗模擬的生理環境，主要包含降解溫度、降解時間點、降解液的選擇等降解試驗條件。一般而言，實時降解試驗，選擇接近人體體溫37℃為降解溫度，加速降解溫度選擇70℃或根據材料情況選擇高于37℃但低于聚合物融化或軟化的溫度范圍；選擇接近人體生理環境的磷酸鹽緩沖溶液/生理鹽水等溶液作為降解液；根據產品的特點選擇不同取樣時間點進行取樣分析，并依據經過驗證或確認的方法學測試降解產物的含量并對其進行毒理學的風險評估。

因此,醫療器械的體外降解試驗需要進行綜合的評估，具體的要點如下：

 

 

聚合物醫療器械的體外降解研究實例

 

聚合物材料的產品種類多，應用廣泛。由可降解吸收材料組成的醫療器械產品，譬如縫合線、螺釘、骨釘、錨釘、 栓塞彈簧圈、心臟支架、注射用聚乳酸皮下組織、組織工程支架、藥物可控緩釋、栓塞劑等，其原材料一般由PGA，PLGA，PEG，PPDO，以及金屬/陶瓷/聚酯類復合新材料等組成。許多研究表明，這些聚合物醫療器械的降解過程是通過酯鍵的水解起主導作用，酶不參與或在降解中不起主導作用。

 

因此，在研究降解行為過程中可以根據產品的外觀形貌變化、質量損失率、降解產物含量變化、聚合物相對分子量變化等情況（如下圖），綜合評估聚合物醫療器械的降解趨勢，并以此來評估聚合物醫療器械在體內的降解趨勢以及其生物安全性和有效性。

 

 

醫療器械的材料組成種類繁多，體外降解方式多種多樣。在設計降解試驗研究時需要根據材料或產品的應用范圍，選用合適的體外降解條件，使其盡可能地接近材料或產品使用部位的生理條件，從而使體外降解結果更加接近真實情況。同時，需要結合化學表征的手段對醫療器械材料的生物安全性和有效性進行合理的表征和評價，并形成完整的體外降解數據；加之通過體外降解來模擬體內降解，從而提高體內外降解數據之間的相關性，這對于合理真實地評價可降解醫療器械產品的降解性能具有極其重大的意義。另外，當醫療器械產品的體內外降解行為趨勢一致時，推薦使用體外降解試驗研究替代體內降解研究試驗，可以大大節約試驗成本、縮短試驗周期和滿足對動物福利的需求。