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探索醫(yī)療器械生物相容性測(cè)試的新策略
《GB/T16886 醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)》系列標(biāo)準(zhǔn)是近年來醫(yī)療器械行業(yè)中非常關(guān)注的法規(guī)之一,該標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了生物學(xué)評(píng)價(jià)的整體流程:首先在材料表征的基礎(chǔ)之上,通過已有數(shù)據(jù)的評(píng)審輔以必要的生物相容性試驗(yàn),然后進(jìn)行毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定,最后完成全部評(píng)價(jià)。
生物相容性測(cè)試是推動(dòng)醫(yī)療器械從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一,安捷倫細(xì)胞分析產(chǎn)品涵蓋多模式微孔板檢測(cè)儀、智能化顯微鏡、流式細(xì)胞儀、SeahorseXF 能量代謝分析儀及 RTCA 實(shí)時(shí)細(xì)胞分析儀器等先進(jìn)設(shè)備平臺(tái),為醫(yī)療器械的生物相容性評(píng)價(jià)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和全新思路。
生物相容性測(cè)試及其主要參考標(biāo)準(zhǔn)
《GB/T16886.1-2022 醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià) 第 1 部分:風(fēng)險(xiǎn)管理過程中的評(píng)價(jià)與試驗(yàn)》中正式給出了生物相容性定義,即某一醫(yī)療器械或材料在特定應(yīng)用中具有適宜宿主反應(yīng)的能力。這一定義主要強(qiáng)調(diào)了兩方面的內(nèi)容:一方面是生物相容性離不開醫(yī)療器械或材料的特定使用條件,另一方面,就是適宜的宿主反應(yīng)能力。
以膠原蛋白類醫(yī)療器械為例,近兩年出臺(tái)的《重組膠原蛋白(YY/T 1849-2022)》、《重組人源化膠原蛋白(YY/T 1888-2023)》以及《組織工程醫(yī)療器械產(chǎn)品膠原蛋白(YY/T 1805)》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和多個(gè)指導(dǎo)原則中,都明確提到:應(yīng)按照 GB/T 16886.1 的要求對(duì)膠原蛋白原材料和產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的生物學(xué)評(píng)價(jià),對(duì)于重組膠原蛋白和重組人源化膠原蛋白制品,還重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了需進(jìn)行免疫學(xué)研究,試驗(yàn)方法可參照 GB/T 16886.20 及 YY/T 1465(所有部分)進(jìn)行。
常見的生物相容性分析項(xiàng)目
生物學(xué)試驗(yàn)是生物相容性評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容,GB/T 16886 系列標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了從細(xì)胞水平到整體水平的多個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目(圖 1),以膠原蛋白類產(chǎn)品為例,所需要的生物相容性檢測(cè)項(xiàng)目主要包括細(xì)胞毒性試驗(yàn)、致敏試驗(yàn)、遺傳毒性和熱源檢測(cè)等。接下來我們選取幾項(xiàng)重點(diǎn)的試驗(yàn)項(xiàng)目,和大家分享安捷倫創(chuàng)新細(xì)胞分析平臺(tái)可以帶來的新的應(yīng)用思路。
圖 1. 生物相容性分析主要檢測(cè)項(xiàng)目
體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)
體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)是生物相容性評(píng)價(jià)中最基礎(chǔ)也是應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)項(xiàng)目。該試驗(yàn)主要原理是利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來測(cè)定由器械、材料和(或)其浸提液引起的細(xì)胞溶解(細(xì)胞死亡)、細(xì)胞生長(zhǎng)抑制、克隆形成和細(xì)胞方面的其他影響。由于體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)具有通用性,適合于多種醫(yī)療器械產(chǎn)品,GB/T 16886.5-2017 標(biāo)準(zhǔn)中給出了開展該類檢測(cè)的三類主要的實(shí)驗(yàn)方案:浸提液試驗(yàn)、直接接觸試驗(yàn)、間接接觸試驗(yàn)。
需要注意的是,該標(biāo)準(zhǔn)中并未規(guī)定特定的試驗(yàn)方法,而是涉及多種試驗(yàn)方法的選擇,研究者需要根據(jù)被評(píng)價(jià)樣品的性質(zhì)、使用部位和使用特性選擇這些試驗(yàn)中的一類或幾類。由此可以看出,體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)涉及方法靈活多樣 GB/T 16886.5-2017 附錄中給出了定量試驗(yàn)方法舉例,包括附錄 A:中性紅(NRU)攝取細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)(酶標(biāo)儀檢測(cè));附錄 B:集落形成細(xì)胞毒性試驗(yàn)(顯微鏡檢測(cè))等。
安捷倫 Cytation 成像型多功能酶標(biāo)儀在經(jīng)典多功能酶標(biāo)儀的基礎(chǔ)上,整合了全自動(dòng)顯微成像系統(tǒng),其中多功能酶標(biāo)儀模塊能夠?yàn)?NRU、MTT 及 XTT 實(shí)驗(yàn)提供快捷準(zhǔn)確數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果,更重要的是它搭載的多功能成像模塊,能夠?yàn)榧湫纬杉?xì)胞毒性檢測(cè)這種需要顯微鏡下定量檢測(cè)的試驗(yàn)提供全新的自動(dòng)化分析方案,大力減少人力的消耗(圖 2)。
圖 2. Agilent Cytation5 集落形成自動(dòng)化檢測(cè)分析方案,可實(shí)現(xiàn)一站式集落形成圖像采集、圖片分析和數(shù)據(jù)輸出,同時(shí)還可開展多種基于吸收光,熒光和化學(xué)發(fā)光的酶標(biāo)儀檢測(cè)
GB/T 16886.5-2017 中將細(xì)胞毒性測(cè)定中所使用的大量方法和終點(diǎn)測(cè)定方法主要分為四種評(píng)價(jià)類型:按形態(tài)學(xué)方法評(píng)定細(xì)胞損傷;細(xì)胞損傷的測(cè)定;細(xì)胞生長(zhǎng)的測(cè)定;細(xì)胞代謝特性的測(cè)定。并且更為先進(jìn)的是,標(biāo)準(zhǔn)中提到推薦采用包括替代細(xì)胞細(xì)及多層組織結(jié)構(gòu)(3D 結(jié)構(gòu))用于開展體外細(xì)胞毒性檢測(cè)。
根據(jù)以上思路,安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)還能夠以產(chǎn)品組合的形式提供更為全面的細(xì)胞毒性檢測(cè)方案。其中 Seahorse XF 能量代謝分析平臺(tái)能夠深入評(píng)價(jià)細(xì)胞的代謝特性;xCELLigence RTCA 提供了客觀且高靈敏度的無標(biāo)記細(xì)胞毒性動(dòng)力學(xué)分析方法;而 NovoCyte 流式細(xì)胞儀能為基于流式細(xì)胞術(shù)的細(xì)胞毒性檢測(cè)提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)以及簡(jiǎn)單易于使用的平臺(tái)(圖 3)。
圖 3. 安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)為體外細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)提供全面應(yīng)用方案,其中不同檢測(cè)項(xiàng)目有對(duì)應(yīng)推薦的一種或幾種檢測(cè)儀器
遺傳毒性、致癌性和生殖毒性檢測(cè)
醫(yī)療器械的生物相容性評(píng)價(jià)重點(diǎn)關(guān)注人體安全性,尤其重視癌癥等嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)的控制。遺傳毒性、致癌性和生殖毒性的評(píng)定是風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 16886.3-2019《醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)第 3 部分:遺傳毒性、致癌性和生殖毒性試驗(yàn)》中詳細(xì)介紹了相應(yīng)的試驗(yàn)策略、試驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法。
以遺傳毒性為例,標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)介紹了體外和體內(nèi)兩大類試驗(yàn),包括 OECD 給出的細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames)、體外哺乳動(dòng)物染色體畸變?cè)囼?yàn),以及體外哺乳動(dòng)物細(xì)胞微核試驗(yàn)等。并且,GB/T 16886.3 中還指出,最新 OECD 489 指南草案開發(fā)了堿性單細(xì)胞凝膠泳(彗星)試驗(yàn)用于檢驗(yàn)化學(xué)物對(duì)咽齒類動(dòng)物作用的遺傳毒性。此外,在 2023 年 6 月的中華人民共和國(guó)醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)療器械遺傳毒性試驗(yàn)》中還提到了體內(nèi)哺乳動(dòng)物肝細(xì)胞程序外 DNA 合成試驗(yàn)。
安捷倫的 Lionheart LX 小型智能成像儀能夠?yàn)樾枰_展此類遺傳毒性試驗(yàn)的研究人員提供一套全新的更為標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的成像分析應(yīng)用方案,該系統(tǒng)支持基于 H&E 染色的組織切片成像,還支持多種熒光標(biāo)記的細(xì)胞或組織學(xué)水平的圖像自動(dòng)捕獲,并且可以通過 Gen5 軟件開展圖像定量分析(圖 4)。
圖 4. 安捷倫 Lionheart LX 成像儀用于彗星實(shí)驗(yàn)及微核試驗(yàn)檢測(cè)
免疫原性評(píng)價(jià)
《YY/T 1888-2023【現(xiàn)行】重組人源化膠原蛋白》標(biāo)準(zhǔn)中指出,對(duì)于重組膠原蛋白類產(chǎn)品,基于部分人膠原蛋白氨基酸序列進(jìn)行編輯組合重組制備的蛋白質(zhì)產(chǎn)物,特別是作為植入物長(zhǎng)期反復(fù)使用時(shí),可能引起人體預(yù)測(cè)不到的免疫原性。需進(jìn)行免疫學(xué)研究,試驗(yàn)方法可參照 GB/T 16886.20 及 YY/T 1465(所有部分)進(jìn)行,重組人源化膠原蛋白作為醫(yī)療器械用原材料,可采用適宜方法,進(jìn)行免疫學(xué)評(píng)價(jià)。表 1 匯總了 YY/T1465 涉及的主要免疫原性檢測(cè)項(xiàng)目和相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法及檢測(cè)設(shè)備。
表 1. YY/T 1465 涉及的主要免疫原性檢測(cè)項(xiàng)目及主要原理和方法
基于流式細(xì)胞術(shù)的分析方法在免疫毒理、皮膚致敏等項(xiàng)目中有廣泛應(yīng)用,例如 T 細(xì)胞亞群檢測(cè)、細(xì)胞表面標(biāo)志物檢測(cè)等。安捷倫的 NovoCyte 系列流式細(xì)胞儀能夠?yàn)橛脩籼峁┎僮鞲鼮楹?jiǎn)便、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更高的流式細(xì)胞術(shù)應(yīng)用方案。同時(shí),結(jié)合多功能酶標(biāo)儀產(chǎn)品、智能成像產(chǎn)品,安捷倫能夠?yàn)樾枰M(jìn)行免疫原性評(píng)價(jià)的研究者提供多角度的產(chǎn)品應(yīng)用方案(圖 5)。
圖 5. 安捷倫為膠原蛋白免致敏性及疫原性檢測(cè)提供解決方案
總結(jié)
安捷倫細(xì)胞分析產(chǎn)品在醫(yī)療器械產(chǎn)品的生物相容性評(píng)價(jià)中,能夠提供更多新的產(chǎn)品應(yīng)用方法。尤其值得一提的是,當(dāng)下提倡遵循動(dòng)物保護(hù)與 3R 原則(即減少、優(yōu)化、替代),這意味著在保證科學(xué)性和有效性的前提下,盡量減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的使用,開發(fā)新的體外替代方案,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以減輕動(dòng)物痛苦。安捷倫細(xì)胞分析產(chǎn)品涵蓋了替代實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)需要的多種檢測(cè)平臺(tái),這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了重要支撐。文章內(nèi)容所限,涉及不同醫(yī)療器械產(chǎn)品的其他生物學(xué)檢測(cè)方案,比如熱原檢測(cè)、多種生物學(xué)效力評(píng)價(jià)方法等內(nèi)容,感興趣的讀者歡迎和我們?nèi)〉寐?lián)系。