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