医疗器械产品及其降解产物化学表征研究

- 试样材料的理化性能测试:

- 质量测试、外观形貌、相对分子量及其分布

- 降解产物以及机械性能测试

- 降解产物含量测定

- 毒理学风险评估

 

体外降解体外降解试验研究方法

 

1、降解原理

医疗器械及其材料在体内的降解和吸收是一个受生物环境作用的复杂过程，其中化学因素主要是水解、氧化、酸碱作用，生物因素主要是酶和微生物。目前植入器械主要接触组织和体液，主要的降解方式为水解（酸碱作用和自催化作用）和酶解。

 

2、体外降解试验研究方法

由于研究降解问题比较复杂，设计试验方案亦尤为困难。目前医疗器械降解试验研究方式主要有体内降解试验和体外降解试验。其中体外降解试验研究主要是根据产品材料本身的性质模拟其在生理环境中发生的降解行为试验。相比较需要动物的体内降解试验，体外降解试验研究可以大大缩短试验周期和试验成本。

 

根据医疗器械的材料性质和依据ISO10993以及GB/T 16886系列标准， 医疗器械的体外降解试验路线如下：

 

聚合物医疗器械体外降解试验研究

 

1、降解试验设计

当医疗器械设计为生物可吸收的，或器械预期植入体内超过30天，以及材料在与人体接触期间可能释放出毒性物质的医疗器械需要对其进行降解行为的研究。

 

医疗器械降解试验的设计原则需要综合考虑材料本身的特性、器械的种类、器械使用的解剖学位置等因素。例如，聚合物医疗器械的降解行为与器械本身的材料组成（例如PPDO、PLLA、PLGA等），制备成的形状（例如薄膜、实心棒、多孔支架、微球形状），所使用的环境（皮下、血管、胆道等）等因素密切相关。

 

2、降解试验条件的选择

体外降解试验模拟的生理环境，主要包含降解温度、降解时间点、降解液的选择等降解试验条件。一般而言，实时降解试验，选择接近人体体温37℃为降解温度，加速降解温度选择70℃或根据材料情况选择高于37℃但低于聚合物融化或软化的温度范围；选择接近人体生理环境的磷酸盐缓冲溶液/生理盐水等溶液作为降解液；根据产品的特点选择不同取样时间点进行取样分析，并依据经过验证或确认的方法学测试降解产物的含量并对其进行毒理学的风险评估。

因此,医疗器械的体外降解试验需要进行综合的评估，具体的要点如下：

 

 

聚合物医疗器械的体外降解研究实例

 

聚合物材料的产品种类多，应用广泛。由可降解吸收材料组成的医疗器械产品，譬如缝合线、螺钉、骨钉、锚钉、 栓塞弹簧圈、心脏支架、注射用聚乳酸皮下组织、组织工程支架、药物可控缓释、栓塞剂等，其原材料一般由PGA，PLGA，PEG，PPDO，以及金属/陶瓷/聚酯类复合新材料等组成。许多研究表明，这些聚合物医疗器械的降解过程是通过酯键的水解起主导作用，酶不参与或在降解中不起主导作用。

 

因此，在研究降解行为过程中可以根据产品的外观形貌变化、质量损失率、降解产物含量变化、聚合物相对分子量变化等情况（如下图），综合评估聚合物医疗器械的降解趋势，并以此来评估聚合物医疗器械在体内的降解趋势以及其生物安全性和有效性。

 

 

医疗器械的材料组成种类繁多，体外降解方式多种多样。在设计降解试验研究时需要根据材料或产品的应用范围，选用合适的体外降解条件，使其尽可能地接近材料或产品使用部位的生理条件，从而使体外降解结果更加接近真实情况。同时，需要结合化学表征的手段对医疗器械材料的生物安全性和有效性进行合理的表征和评价，并形成完整的体外降解数据；加之通过体外降解来模拟体内降解，从而提高体内外降解数据之间的相关性，这对于合理真实地评价可降解医疗器械产品的降解性能具有极其重大的意义。另外，当医疗器械产品的体内外降解行为趋势一致时，推荐使用体外降解试验研究替代体内降解研究试验，可以大大节约试验成本、缩短试验周期和满足对动物福利的需求。