醫療器械植入動物實驗
01 導讀
三類植入醫療器械是最高風險的一類器械，在器械設計開發時，植入后組織反應是必須考慮的生物學風險之一。
局部組織反應與全身系統性作用有著顯著區別，很難通過毒理學進行評價。需在動物體內進行植入試驗，評價植入體組織反應。方法通常參照ISO 10993.6進行，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反應。
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，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，很難進行評價；
4）器械由多個部件組成，需要對每種材料單獨進行植入試驗，無法一次性評價多種材料。
有沒有什么辦法優化這些問題呢？筆者認為，原位植入（在預期使用部位植入醫療器械），最后按ISO 10993.6標準進行組織病理學分析，評價器械植入周圍組織反應，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構差異；
器械尺寸大??；
相關法規、指南要求；
業內共識和同類器械經驗；
動物習性和實驗周期。
圖1 原位植入實驗動物選擇考慮因素▲
2.2 植入時間選擇
植入時間應由可能的臨床暴露時間決定，或持續到或超過達到生物反應的穩定狀態。選擇的時間點應加以說明。
1.對于非降解和非吸收性材料，一般評定從1周至4周的短期反應和超過12周試驗的長期反應。
2.對可降解材料的評價試驗需要達到或超過吸收終點。
圖2 原位植入時間選擇因素▲
2.3 觀察指標
原位植入不但可評價器械組織反應，還可以收集許多可用性和有效性指標：包括不限于：1）器械可操作性能；2）器械毒性指標（臨床病理、組織病理）；3）影像學指標（CT、OCT超聲、X光等）；4）組織病理學（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，采用國際上公認的小型豬冠脈過度擴張導致再狹窄模型，這是因為健康豬冠脈支架擴張損傷后的修復與人病變血管擴張損傷導致的血管修復相類似，冠狀動脈走行、管腔直徑、心肌舒縮對支架的力學作用等也與人類相似，支架植入后新生內膜成分主要為平滑肌細胞，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構。
心臟冠脈支架植入需要特定導管室，以及影像設備，試驗開始時從股動脈穿刺，插入穿刺鞘和導絲，經鞘管沿導絲將導管送至冠狀動脈開口位置，造影觀察冠狀動脈情況，沿導絲送入球囊支架系統擴開支架，經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 植入影像學檢查▲
3.2 組織病理評價指標
根據標準ISO10993-6要求，用于組織學評價的計分系統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、切片數量和組織塊的幾何形狀。
應評定和記錄的生物學反應指標包括：
| 01 | 纖維化/纖維囊腔（層厚，以微米表示）和炎癥程度； |
| 02 | 由組織形態學改變而確定的變性； |
| 03 | 取決于與材料/組織界面的距離有關的炎性細胞類型，即嗜中性粒細胞、淋巴細胞、漿細胞、嗜酸性粒細胞、巨噬細胞和多核細胞的數量和分布 |
| 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，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，檢查的組織樣品內存在一些降解植入物的殘留材料，此外，在評價組織修復至正常結構時，應評價植入部位的有代表性區域，可采用標記或模板的方式指示;
3.3 炎性反應評價系統
標準10993-6：2016給出了植入試驗組織病理學反應的評價系統，根據該評價系統可對植入后的組織病理進行半定量評價，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 組織學評價系統舉例—細胞類型/反應▲
表2 組織學評價系統舉例—反應▲
04 組織病理學反應
支架植入除了參考標準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，例如，管腔面積丟失率、血管壁損傷積分、新手內膜面積等，用以綜合評價器械安全有效性。各項指標見下表4：
表4 組織病理學反應▲
05 原位植入實驗要求
1. 需要非常專業的團隊執行手術。
2. 器械多種多樣，對實驗方案和術者要求較高。