探索研究新型生物材料医疗器械安全性评价方法 为科学监管与产业高质量发展提供技术支撑

  • 2022-04-20 16:32
  • 作者:刘成虎
  • 来源:​中国食品药品网

  当前,在政策支持、技术升级等多重因素的推动下,我国新型生物材料医疗器械产业高质量创新发展速度加快。值得关注的是,新型生物材料医疗器械的安全性评价直接关系着创新产品质量和产业发展速度,是其全生命周期管理中至关重要的一环。随着新型生物材料医疗器械安全性和有效性评价标准、评价方法的逐渐建立和完善,相关产品质量安全监管和产业高质量发展将拥有更强大的技术支撑。


  产业发展机遇与挑战并存


  《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《中国制造2025》等持续将创新生物材料和医疗器械研发列为重点发展方向;2022年全国医疗器械监督管理工作会议重点强调,要加快创新产品审评审批,促进科技成果转化应用。在政策的支持下,以及随着我国生物材料和医疗器械行业的高速发展,新型生物材料医疗器械迎来难得的发展机遇,创新产品不断涌现并逐渐应用于临床,如组织工程医疗器械、纳米医疗器械、增材制造(3D打印)医疗器械等,为患者带来更多治疗选择和临床获益。


  但同时,新型生物材料医疗器械在安全性评价和科学监管方面仍面临着巨大挑战。例如,组织工程医疗器械产品是一类具有生物活性功能的替代物或移植物,能够修复、改善、再生组织或器官的结构与功能,一般包含可吸收支架、种子细胞和活性因子成分。因此,组织工程医疗器械产品的安全性和有效性评价涉及可吸收材料、活性生物成分等,较为复杂。再例如,纳米医疗器械凭借其特殊结构,可突破传统吸收途径和方式的局限,在理化性质、药理学、药效学、药动学等方面均可能表现出新的特征。然而,由于这些纳米尺度的材料与生命体系相互作用,会产生特有的生物学效应及健康效应,如何控制纳米材料在进入人体后的毒代动力学和毒性等仍是重要研究课题。


  评价方法需适合产品特点


  针对新型生物材料医疗器械,如果单纯采用现有的评价标准、工具和方法,往往会存在方法不适用或评价不充分等问题,而未经充分安全性评价的产品若流入市场,将会给公众健康带来安全隐患。因此,相关部门、研究机构等需要密切跟踪国际发展前沿,围绕新型材料医疗器械产品评价体系,创新性地建立一系列适合该类产品特点的技术评价新工具、新标准和新方法,全面提高产品安全性和有效性评价技术能力,提升我国在国际新型生物材料医疗器械领域的话语权。


  组织工程医疗器械


  作为人体组织和器官替代物的组织工程医疗器械,主要包括医用周围神经移植物、组织工程皮肤等代表性产品。组织工程医疗器械涉及材料学、免疫学、遗传学、分子生物学、生理学、生化学等多学科,还可能会涉及3D打印、基因测序等新型技术的综合运用。对于这一多学科与多种高新技术结合的综合产物,针对其生物相容性以及对组织修复再生效果的评价方法需要进一步完善。例如,产品组织重塑及再生效果评价方法,包括建立临床前动物模型等;支架材料体内降解与组织再生之间的适配性评价方法;支架材料降解对体外试验系统产生的影响(如pH值、渗透压的变化),可通过细胞生物学和分子生物学等研究手段来评价组织诱导、组织修复再生效果,并研究其分子机制;对于降解动力学,细胞增殖、分泌和黏附,以及材料与细胞的相互作用等长期安全性风险的评价方法等。通过对上述关键风险点进行识别与控制,将有助于从根本上保证组织工程类产品的临床安全。


  纳米医疗器械


  与常规材料不同,纳米材料具有独特的大小、结构和比表面积等性质。因此,对参与组成医疗器械以及来自医疗器械降解、磨损或加工处理过程中的纳米材料的理化性质进行表征,是开展安全性评价的第一步,具体指标包括纳米孔隙的尺寸和结构、密度和分布等。例如,ISO/ TR 13014标准中提供了纳米材料相关评价参数的详细信息,以及对每个参数定量或定性分析的方法,研究者需要根据纳米医疗器械的类型、与人体接触/暴露途径等因素,制定适宜的研究方案。此外,纳米材料在样品制备时还会有溶解性和分散性的区别,因此,需要根据不同类型的纳米材料制定适用的安全性评价方法。ISO/TR 10993-22标准中要求,由于纳米材料被认为可能穿越所有的保护屏障,包括血脑屏障和胎盘屏障等,因此需要考虑纳米材料的全身毒性,特别是中枢神经毒性和生殖毒性评价,建立不同类型纳米材料中枢神经毒性或生殖毒性评价方法;考虑“纳米分子冠”的形成,以及对生物响应、动力学、蓄积和毒性等生理效应可能产生的影响;有些纳米材料具有类佐剂特性,可能会对免疫系统产生影响,因此需要关注其免疫毒性,建立不同类型纳米材料的免疫毒性试验方法;考虑血液中纳米材料暴露的时间间隔不同,可能会改变其毒代动力学特征等。总之,针对纳米医疗器械的安全性评价,需要在常规医疗器械评价内容的基础上,重点考虑由纳米材料产品特性产生的风险点,如样品制备,吸收、分布、代谢和排泄/清除、全身毒性、中枢神经毒性和免疫毒性等。


  增材制造医疗器械


  当前,增材制造医疗器械因实现了个性化定制,有效克服了临床上许多常规医疗器械的功能局限性,应用前景非常广阔。然而,由于打印参数和工艺条件不同,产品的性能和安全性评价方法也不尽相同,需要结合产品制备工艺开发特异性评价方法。例如,考虑产品孔隙率对体外试验(如细胞毒性试验)的影响,开发细胞迁移试验等来评价产品的细胞黏附性能等,同时还要考虑打印设备环境对产品性能的影响,以及产品夹杂、清洗、灭菌和原材料控制关键工艺残留对产品安全性的影响,以充分发挥增材制造技术的优势,从而实现产品规模化应用。


  以科技创新提供技术支撑


  通过建立系统的技术体系,对新型生物材料医疗器械进行质量风险控制,有助于满足监管工作急需,服务产业高质量发展。依托山东省医疗器械和药品包装检验研究院成立的国家药监局生物材料器械安全性评价重点实验室(以下简称重点实验室),高度重视以科技创新支撑监管和服务产业高质量发展工作,紧紧围绕新型生物材料医疗器械安全性评价技术开展研究。截至目前,该重点实验室已承担或参与在研国家重点科研项目9项、中国药品监管科学行动计划重点项目7项、省部级课题6项。这些项目课题聚焦前沿新兴领域,涉及组织工程产品、纳米材料产品、柔性电子技术产品等。这些具有前瞻性、创新性的监管科学课题研究的开展,将有助于带动“政、产、学、研、用”一体化创新,建立新工具、新方法、新标准,解决新型生物材料医疗器械研发和安全性评价“卡脖子”技术难题。


  近年来,该重点实验室已完成呼吸麻醉设备生物相容性、透析循环管路半体外血液相容性检测设备和关键技术等几十项科研项目成果转化应用,帮助企业解决科研中涉及的检验检测关键技术相关问题。在2020年新冠肺炎疫情防控期间,完成山东自主研发体外膜肺氧合机(ECMO)的大动物临床前安全性和有效性评价;帮助费森尤斯、美敦力、上海微创等一批国内外创新企业解决了相关技术难题,助力产品转化和审评上市。此外,为进一步改进服务企业的方式,该重点实验室还创立了“实验室开放咨询日”“创新服务1+1”等新模式,为企业提供“一站式”精准服务。


  (作者单位:山东省医疗器械和药品包装检验研究院生物材料器械安全性评价重点实验室)


(责任编辑:谯英固)

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