Metode standardizate pentru evaluarea biologica a dispozitivelor medicale
Dispozitive medicale
orice instrument, aparat, echipament, material sau alt articol, utilizat singur sau in combinatie, impreuna cu orice accesoriu, inclusiv software-ul necesar functionarii corespunzatoare a acestuia, destinat de producator sa fie folosit pentru om, in scop de: a) diagnosticare, prevenire, monitorizare, tratament sau ameliorare a unei afectiuni sau a unei leziuni; b) investigatie, inlocuire sau modificare a anatomiei sau a unui proces fiziologic; c) control al conceptiei,si care nu isi indeplineste actiunea principala prevazuta prin mijloace farmacologice, chimice, imunologice sau metabolice, dar a carui functionare poate fi asistata prin astfel de mijloace(HG 344 /2004)
dispozitiv medical activ - orice dispozitiv medical a carui functionare se bazeaza pe o sursa de energie electrica sau pe orice sursa de putere, alta decât cea generata direct de organismul uman
sau de gravitatie
dispozitiv medical implan-tabil activ - orice dispozitiv medical activ care este destinat sa fie introdus, partial ori total, prin interventie medicala sau chirurgicala, in organismul uman sau, prin interventie medicala, intr-un orificiu natural al acestuia, si care este destinat sa ramâna implantat dupa finalizarea procedurii
dispozitiv individual la comanda - orice dispozitiv medical implantabil activ, destinat sa fie utilizat exclusiv pentru un pacient determinat, realizat special conform prescriptiei unui medic specialist care, pe propria raspundere, ii stabileste caracteristicile specifice ale proiectului
Biocompatibilitate
Un biomaterial, in acceptiunea actuala, in sens larg, este un material destinat a fi pus in contact cu tesuturile vii si fluide biologice pentru a diagnostica, trata, modifica forme sau a inlocui parti de tesut, organe sau a stimula unele functii ale acestora.
Definitia general acceptata pentru biocompatibilitate unui material vizeaza proprietatile acestuia care asigura o reactie adversa minima in mediul biologic.
Biocompatibilitatea - determinata de:
Natura materialelor componente
Tipul de tesut care va fi expus la dispozitivul medical
Durata expunerii
Cum se caracterizeaza un material care va Cum se caracterizeaza un material care va prelucrat ca dispozitiv medical/implant? prelucrat ca dispozitiv medical/implant?
Cum se evalueaza materialele pentru a Cum se evalueaza materialele pentru a determina daca sunt determina daca sunt biocompatibilebiocompatibile??
Cum se evalueaza biomaterialele pentru a Cum se evalueaza biomaterialele pentru a determina daca vor functiona adecvat determina daca vor functiona adecvat in in vivovivo??
PROBLEMATICA PROBLEMATICA BIOBIOMATERIALEMATERIALE::
Testare Biomateriale: 4 etapeCaracterizare materii
prime
Biocompatibilitate material
Validare produs si proces
Testare pentru punerea pe piata
chimic, fizic, biologic
citotoxicitate, sensibilizare, iritare, toxicitate sistemica,
hemocompatibilitate, carcinogenicitate
mediu, procesare, sterilizare, validare produs finit (dispozitiv
medical)
Audit periodic, teste pentru avize aplicare
Categorii de dispozitive medicale – Definitii si exemple
Dupa durata de expunere
Expunere limitata.– Dispozitive cu durata de expunere mai mica
de 24 h. Expunere prelungita.
– Dispozitive a carui termen de utilizare (singular, multiplu sau termen lung) este cuprins intre 24h si 30 zile.
Contact permanent.– Dispozitive a carui termen de utilizare
(singular, multiplu sau termen lung) este mai mare de 30 zile.
Standarde pentru testarea biomaterialelor
Standarde ISO 10993: ISO 10993-1: Evaluare si testare in cadrul unui proces de gestionare a riscului ISO 10993-2: Conditii pentru protectia animalelor ISO 10993-3: Teste pentru genotoxicitate, carcinogenitate si toxicitate asupra
functiei de reproducere ISO 10993-4: Selectarea testelor pentru interactiunile cu sângele ISO 10993-5: Teste pentru citotoxicitate in vitro ISO 10993-6: Teste pentru efecte locale dupa implantare ISO 10993-7: Reziduuri de sterilizare cu oxid de etilena ISO 10993-8: Selectarea si calificarea materialelor de referinta utilizate pentru
teste biologice ISO 10993-9: Cadru pentru identificarea si cuantificarea produsilor potentiali de
degradare ISO 10993-10: Teste de iritare si de sensibilizare cutanata ISO 10993-11: Teste pentru toxicitate sistemica ISO 10993-12: Prepararea esantioanelor si a materialelor de referinta ISO 10993-13: Identificare si cuantificare a produselor de degradare din
dispozitive medicale pe baza de polimeri ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
Standarde pentru testarea biomaterialelor
ISO 10993-11: Teste pentru toxicitate sistemica ISO 10993-12: Prepararea esantioanelor si a materialelor de referinta ISO 10993-13: Identificare si cuantificare a produselor de degradare din
dispozitive medicale pe baza de polimeri ISO 10993-14: Identificarea si cuantificarea produselor de degradare din
materiale ceramice ISO 10993-15: Identificarea si cuantificarea produselor de degradare din
metale si aliaje ISO 10993-16: Proiectarea studiilor toxicocinetice pentru produse de
degradare si substante extractibile ISO 10993-17: Stabilirea limitelor admisibile pentru substante extractibile ISO 10993-18: Caracterizare chimica a materialelor ISO/TS 10993-19: Caracterizarea fizico-chimica, morfologica si
topografica a materialelor ISO/TS 10993-20:Principii si metode pentru testarea imunotoxicitatii
dispozitivelor medicale
17
Standard ISO 10993-1: Evaluare si testare
Principii de evaluare a toxicitatii1. Caracterizarea si identificarea compozitiei
biomaterialului, potentiale impuritati si substante extractibile;
2. Considerarea de efecte toxice pentru produsele de extractie si produsele de degradare;
3. Teste realizate de personal specializat;4. Analiza date la autoritatile de verificare;5. Reevaluare de efecte toxice daca au loc modificari de
compozitie, in timpul prelucrari sau la utilizare;6. Analiza datelor: nonclinice, clinice, postmarket etc.7. Toate materiale – teste de citotoxicitate, sensibilizare si
teste de iritare
Standard ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
Proprietati chimice, toxicologice, fizice, electrice, morfologice si mecanice:
Material Aditivi Contaminanti de proces si reziduuri Substante extractibile Produse de degradare
Standard ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
De ce caracterizam? Stabilirea amprentei Determinarea prezentei de substante
extractibileantioxidanti contaminanti surfactanti
stabilizatori plastifianti monomeri
Amprenta chimica Spectroscopie IR
Spectroscopie RAMAN
Analiza termica (punct topire, grad de cristalinitate, T vitrifiere)
Standard ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
Spectru FTIR - Polyurethane
Spectru RAMAN – os
Standard ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
Teste mecanice Intindere, compresiune, incovoiere Rezistenta la soc Rezistenta la oboseala
Standard ISO 10993-14: Caracterizarea materialelor
Conditii de testare:
Standard ISO 10993-5: Citotoxicitate
- Testarea citotoxicitatii prin metoda contactului direct
- Testarea citotoxicitatii prin metoda extractului
Materialele toxice inhiba caile metabolice ale celulelor
Surse de materiale toxice: componente extractibile Aditivi pentru prelucare Plastifianti Monomeri
Doza de agent chimic eliberat in: Doza de expunere: doza aplicata sistemului Doza eliberata: doza absorbita de celule
Standard ISO 10993-5: Citotoxicitate
26
Testare In vitro
Culturi de celule:Prelevare tesutMaruntire finaExtragere celule libere din
MEC, prin digestie(tripsina, colagenaza etc.)
Conditionarea placi/ petri cu nutrienti, temperatura 37oC!
Testare In vitro: Contact direct
Contact direct Monstrat confluent de celule,
(fibroblaste) biomaterial in contact direct 24 ore, 37C Celulele:
• Modificare morfologie• Mor• Pierd aderenta la start
Hematoxylin blue: coloratie celule vii aderente
toxicitate=celule moarte/celule vii ! Fibroblaste?
Usor de mentinut Buna corelatie cu testele pe animale Sunt prezente in procesele de
vindecare a ranilor
Biomaterial
28
Monostrat de celule (L929 mouse fibroblast cells , 100 x) - contact celula-celula bine definit Indicatie – material non-citotoxic (raspuns negativ)
L929 mouse fibroblast cells (100 x ) , citotoxic pozitiv – metoda testului in elutie. Spatiile mari dintre celule indica o dezintegrare puternica a celulelor
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/04/013.html
Testare In vitro: Contact direct
29
Testare In vitro : Difuzie in agar
Difuzie in agar Intre celule si material
se interpune un strat de agar
Substantele chimice difuzeaza prin agar
Se utilizeaza coloratii pentru evidentierea celulelor sanatoase
Zona necolorata in jurul biomaterialului – celule moarte
Biomaterial
Strat de agar
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/04/013.html
Material control pozitiv. Zona decolorata indica faptul ca prezenta probei determina liza celulelor – material toxic
Testare In vitro : Difuzie in agar
31
Testare In vitro:Metoda Extractului
Extractia CUM?
- Mentinere material in solvent sau solutii apoase (De ce solvent sau apa?)
Materialele se vor dizolva, migra in solutie
Se aplica solutia in cultura de celule
Coloratie – celule viabile
Biom
ateria
l
Teste In vitro: Comparatie
33
Standard ISO 10993-10: Sensibilizare
Contact prelungit a substantei chimice ce interactioneaza cu sistemul imunitar
Pielea – utilizare frecventa deoarece cele mai multe reactii la biomaterial sunt mediate celular
Sensibilitatea dermica – zone rosiatice si umflare
Sensibilizare la manusi din latex – utilizare saptamani- luni
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/05/025.html
Standard ISO 10993-10: Sensibilizare
Porcusori de guineea: raspuns la sensibilizatori dermici Metode de testare:
Probe repetate(Buehler): pentru dispozitive topice – electrozi dermici, componente chirurgicale
• Faza de inducere: expunere directa sub pansamente ocluzive: 6 ore/zi, 3 zile/saptamana, 3 saptamani
• Faza de refacere: 2 saptamani odihna pentru a permite dezvoltarea unui raspuns
• Expunere finala Maximizare (Magnuson-Kligman): materiale in contact cu alta
zona decat pielea• Extracte fluide preparate in solutii saline sau ulei vegetal• Injectarea extractului cu adjuvanti care amplifica raspunsul imun• Doua saptamani odihna• Aplicarea topica a extractului
Standard ISO 10993-10: Sensibilizare
Raspuns pozitiv la testul maximizare – porcusor de guinea
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/05/025.html
Standard ISO 10993-10: Sensibilizare
37
Standard ISO 10993-10: Iritatia
Iritatia: raspuns local al tesutului caracterizat de semnal obisnuit de inflamatie
roseata umflare caldura durere
Substante chimice aditivi sin prelucrare agenti de prelucare(e.g. urme tensioaactivi, urme
etilen oxid) contaminanti
Teste pentru evaluare iritare1. Teste in vitro
2. Teste in vivo
3. Teste clinice(optional)
Standard ISO 10993-10: Iritatia
Teste in vivo pentru iritatie:- Intracutanat;- Piele primara;- Ocular.
Test intracutanat: Iepuri (albino) Se prepara extract sub control de temperatura,
timp, suprafata material/volum (apa sau solventi pe baza de ulei)
Extractul se injecteaza in piele Situsuri multiple Control injectare Observatii (roseata, umflare) la 24h, 48h, 72h Teste agresive, extracte preparate in conditii
extreme – maximizeaza sansa de a obtine efect iritant
Standard ISO 10993-10: Iritatia
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/06/012.html
Test de iritatie intracutanata - albino rabbits
Standard ISO 10993-10: Iritatia
Testul pe piele Mai putin agresiv Se depune materialul pe spatele animalului Se acopera cu material ocluziv Aplicatie la 4-24 h Observatie 72 h Scor pentru roseata si umflare Comparatie cu piele normala Tip de raspuns: neglijabil, putin, moderat, sever
Standard ISO 10993-10: Iritatia
Testul ocular: Produse in contact cu ochiul Extractul fluid(solid sau pulbere) Se administreaza in sacul conjunctival - albino
rabbit Ochiul netratat - control Observare regulata – peste 72 h Scor pe baza de:
• Umflare si inrosire a conjunctivei• Raspuns iris la lumina• Opacifiere cornee• Prezenta de fragmente
Standard ISO 10993-10: Iritatia
43
Standard ISO 10993-11: Efecte sistemice
Efecte de eliberare a substantelor in ficat, inima, rinichi, creier
Uzual se utilizeaza soareci si sobolani Metode de aplicare:
dermica inhalare intravenos intraperitoneal oral
Aplicare: Extracte fluide(intraperitoneal sau intravenos) implantare de material (in special biodegradabile)
(intramuscular, intraperitoneal, subcutanat) Colectare
Probe de sange(hematologie, chimia serului) Probe de tesut(patologie)
Observare de semne adverse: convulsii epuizare pierdere in greutatie
Standard ISO 10993-11: Efecte sistemice
Persistenta acut (in 24 ore) sub-acut (14-28 zile) sub-cronic (pana la 90 zile sau pana la 10%
din durata de viata a animalului) cronic (peste 90 zile sau peste 10% din
durata de viata a animalului)
Standard ISO 10993-11: Efecte sistemice
46
Standard ISO 10993-6: Efectul implantului
Presupune evaluarea efectului dispozitivului medical asupra tesutului inconjurator
Soareci, sobolani, porci de guinea, iepuri
Important pt implant - dimensiune, sterilizare si implantare aseptica
Atentia orientata pe efecte locale
Iepuri: dimensiune material : 1x10 mm sterilizat; anestezie; 4 probe test si 4 probe control (inerte pentru
organism ) implante in muschiul paralombar; probele test si control pe partile opuse; termen scurt: raspuns tisular observat dupa 1-2
saptamani termen lung: raspuns tisular observat dupa 12-78
saptamani
Standard ISO 10993-6: Efectul implantului
La fiecare interval de timp se observa dimensiunea capsulei fibroase
Material reactiv: 2-4 mm grosime Nu se observa capsula la control
Examinare histopatologica Reactie inflamatorie la implant Celule moarte in jurul implantului
Standard ISO 10993-6: Efectul implantului
Parametru urmarit Scor
Proliferare fibroblaste 0-lipsa fibroblaste
1 =putine fibroblaste
2= mai multe fibroblaste
3= numar egal de fibroblaste si fibrocite
4=fibrocite mature dominante
Organizarea colagenului 1 =dezorganizat, fara fibre vizibile
2= organizare relativa, imatur (fibre vizibile)
3= organizat, aproape normal
4= organizare normala
Tesutul de granulatie 1 = tesut de granulatie nesanatos, infectat
2= tesut de granulatie partial nesanatos
3- tesut de granulatie sanatos dar inca nu completat cu
epiderm
4= tesut de granulatie sanatos, completat cu epiderm
Delimitarea leziunii 1 = zona leziunii marcata distinct de tesutul sanatos
2= tesut sanatos in zona leziunii, dar imatur si usor de
demarcat
3= tesutul in zona leziunii bine integrat in tesutul normal
SCOR TOTAL
Scala pentru analiza histologica a calitatii vindecarii
http://www.devicelink.com/mddi/archive/98/08/013.html
Standard ISO 10993-6: Efectul implantului
Raspuns minim Raspuns sever
Standard ISO 10993-6: Efectul implantului
52
Standard ISO 10993-4: Hemocompatibilitate
Sangele - celule: Eritrocite(viabilitate) Limfocite(raspuns imun) Celule albe (inflamatie) Proteinele coagularii
Teste : In vitro si in vivo Testele in vitro necesita utilizarea de
anticoagulanti
TestTest MetodaMetoda ObservatiiObservatii
TrombozaTromboza Aderare plachete, leucocite, Aderare plachete, leucocite, agregate, eritrocite, fibrina etc. agregate, eritrocite, fibrina etc.
Microscopie optica sau SEMMicroscopie optica sau SEM
CoagulareCoagulare Timp partial de tromboplastinaTimp partial de tromboplastina
PlachetePlachete Numarare placheteNumarare plachete
HematologieHematologie Numar leucocite; hemoliza Numar leucocite; hemoliza (hemoglobina din plasma)(hemoglobina din plasma)
Hemoliza- fragilitatea Hemoliza- fragilitatea membranei celulelor rosii in membranei celulelor rosii in contact cu materialul sau contact cu materialul sau dispozitivuldispozitivul
ImunologieImunologie C3a, C5a, TCC, Bb, iC3b, C4d, C3a, C5a, TCC, Bb, iC3b, C4d, SC5b-9SC5b-9
Metode de testare hemocompatibilitate
Standard ISO 10993-4: Hemocompatibilitate
Neutrofile si limfocite normale – material control , negativ
Celule fragmentate ca urmare a expunerii la un material control pozitiv
Standard ISO 10993-4: Hemocompatibilitate