醫(yī)療器械植入動物實驗
01 導(dǎo)讀
三類植入醫(yī)療器械是最高風(fēng)險的一類器械，在器械設(shè)計開發(fā)時，植入后組織反應(yīng)是必須考慮的生物學(xué)風(fēng)險之一。
局部組織反應(yīng)與全身系統(tǒng)性作用有著顯著區(qū)別，很難通過毒理學(xué)進(jìn)行評價。需在動物體內(nèi)進(jìn)行植入試驗，評價植入體組織反應(yīng)。方法通常參照ISO 10993.6進(jìn)行，將器械所使用的材料，制備成合適大小的塊狀、片狀、棒狀或圓柱體，植入預(yù)期接觸類似的動物組織中，最后取出植入部位的組織，固定、脫水、切片、顯微鏡下分析組織病理學(xué)反應(yīng)。
這種試驗方法，實際上存在許多不足之處
1）體積較大的器械通常需要特殊制備成試驗樣品，才能植入到動物體內(nèi)，樣品的表面和幾何形狀往往不代表最終器械；
2）特殊制備的樣品，很難去論證與最終器械經(jīng)過了相同工藝處理；
3）植入部位與器械最終使用部位不同，很難進(jìn)行評價；
4）器械由多個部件組成，需要對每種材料單獨進(jìn)行植入試驗，無法一次性評價多種材料。
有沒有什么辦法優(yōu)化這些問題呢？筆者認(rèn)為，原位植入（在預(yù)期使用部位植入醫(yī)療器械），最后按ISO 10993.6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組織病理學(xué)分析，評價器械植入周圍組織反應(yīng)，這可能是解決問題的有效手段之一
02 原位植入實驗
2.1 實驗動物選擇
醫(yī)療器械原位植入實驗的動物模型選擇，主要考慮以下幾個方面：
與人體的生理解剖結(jié)構(gòu)差異；
器械尺寸大??；
相關(guān)法規(guī)、指南要求；
業(yè)內(nèi)共識和同類器械經(jīng)驗；
動物習(xí)性和實驗周期。
圖1 原位植入實驗動物選擇考慮因素▲
2.2 植入時間選擇
植入時間應(yīng)由可能的臨床暴露時間決定，或持續(xù)到或超過達(dá)到生物反應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)。選擇的時間點應(yīng)加以說明。
1.對于非降解和非吸收性材料，一般評定從1周至4周的短期反應(yīng)和超過12周試驗的長期反應(yīng)。
2.對可降解材料的評價試驗需要達(dá)到或超過吸收終點。
圖2 原位植入時間選擇因素▲
2.3 觀察指標(biāo)
原位植入不但可評價器械組織反應(yīng)，還可以收集許多可用性和有效性指標(biāo)：包括不限于：1）器械可操作性能；2）器械毒性指標(biāo)（臨床病理、組織病理）；3）影像學(xué)指標(biāo)（CT、OCT超聲、X光等）；4）組織病理學(xué)（SEM、TEM、組織病理切片）
03 實例（心臟冠脈支架植入）
3.1冠脈支架植入
冠脈支架植入實驗，采用國際上公認(rèn)的小型豬冠脈過度擴張導(dǎo)致再狹窄模型，這是因為健康豬冠脈支架擴張損傷后的修復(fù)與人病變血管擴張損傷導(dǎo)致的血管修復(fù)相類似，冠狀動脈走行、管腔直徑、心肌舒縮對支架的力學(xué)作用等也與人類相似，支架植入后新生內(nèi)膜成分主要為平滑肌細(xì)胞，也與人類相近，實驗豬作為實驗動物，因其與人有相似的解剖結(jié)構(gòu)。
心臟冠脈支架植入需要特定導(dǎo)管室，以及影像設(shè)備，試驗開始時從股動脈穿刺，插入穿刺鞘和導(dǎo)絲，經(jīng)鞘管沿導(dǎo)絲將導(dǎo)管送至冠狀動脈開口位置，造影觀察冠狀動脈情況，沿導(dǎo)絲送入球囊支架系統(tǒng)擴開支架，經(jīng)OCT探查管腔情況，完成植入。
植入過程如圖3所示，植入后造影圖如圖4所示。
圖3 冠脈支架植入過程▲
圖4 植入影像學(xué)檢查▲
3.2 組織病理評價指標(biāo)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO10993-6要求，用于組織學(xué)評價的計分系統(tǒng)評價受影響部位的冠脈血管，采用定量或半定量評價。記錄植入物方位、切片數(shù)量和組織塊的幾何形狀。
應(yīng)評定和記錄的生物學(xué)反應(yīng)指標(biāo)包括：
| 01 | 纖維化/纖維囊腔（層厚，以微米表示）和炎癥程度； |
| 02 | 由組織形態(tài)學(xué)改變而確定的變性； |
| 03 | 取決于與材料/組織界面的距離有關(guān)的炎性細(xì)胞類型，即嗜中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和多核細(xì)胞的數(shù)量和分布 |
| 04 | 壞死的存在、程度和類型； |
| 05 | 其他組織改變，如血管形成、脂肪浸潤、肉芽腫、鈣化和骨形成； |
| 06 | 材料參數(shù)，如破裂、和/或碎片存在、可降解材料殘留物的形狀和位置； |
| 07 | 對于多孔和可降解植入材料，長入組織的定性和定量； |
對于可降解/可吸收性材料，在試驗中期或接近完全降解水平階段，檢查的組織樣品內(nèi)存在一些降解植入物的殘留材料，此外，在評價組織修復(fù)至正常結(jié)構(gòu)時，應(yīng)評價植入部位的有代表性區(qū)域，可采用標(biāo)記或模板的方式指示;
3.3 炎性反應(yīng)評價系統(tǒng)
標(biāo)準(zhǔn)10993-6：2016給出了植入試驗組織病理學(xué)反應(yīng)的評價系統(tǒng)，根據(jù)該評價系統(tǒng)可對植入后的組織病理進(jìn)行半定量評價，通過與對照樣品病理評分比較，確定測試器械/材料對組織的刺激等級。如表1、表2、表3所示。
表1 組織學(xué)評價系統(tǒng)舉例—細(xì)胞類型/反應(yīng)▲
表2 組織學(xué)評價系統(tǒng)舉例—反應(yīng)▲
04 組織病理學(xué)反應(yīng)
支架植入除了參考標(biāo)準(zhǔn)ISO10993-6給出的組織病理評價方法外，還可以考慮其他評價指標(biāo)，例如，管腔面積丟失率、血管壁損傷積分、新手內(nèi)膜面積等，用以綜合評價器械安全有效性。各項指標(biāo)見下表4：
表4 組織病理學(xué)反應(yīng)▲
05 原位植入實驗要求
1. 需要非常專業(yè)的團(tuán)隊執(zhí)行手術(shù)。
2. 器械多種多樣，對實驗方案和術(shù)者要求較高。