莫怡飛 楊立峰 黃燕倩 張曉麗 盧玉沛 楊文潤(rùn) 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （廣東 廣州 510663）

內(nèi)容提要： 目的：通過(guò)植入試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)一次性使用膜式氧合器材料部件在動(dòng)物體內(nèi)的組織相容性情況，為臨床前安全性評(píng)價(jià)提供資料與提示。方法：根據(jù)GB/T16886.6-2015/ISO 10993.6-2016中推薦的方法將植入物插入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肌肉組織內(nèi)，經(jīng)過(guò)1周、4周觀察期后，取植入部位的組織進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)試驗(yàn)樣品植入物與對(duì)照品植入物的組織反應(yīng)進(jìn)行比較。結(jié)果：試驗(yàn)過(guò)程中，動(dòng)物無(wú)異常，在植入后1周和4周時(shí)，各部件樣品的刺激指數(shù)均在0～2.4范圍內(nèi)。結(jié)論：結(jié)果顯示該產(chǎn)品具有良好的組織相容性。

因新型冠狀病毒肺炎疫情而進(jìn)入大眾視野的體外膜氧合器（Extracorporeal Membrane Oxygenerator，ECMO）是目前世界上最先進(jìn)的體外生命支持技術(shù)之一，也是全球疫情中有效降低病死率的關(guān)鍵抗疫設(shè)備。因?yàn)槟な窖鹾掀髌鋺?yīng)用肝素化涂層技術(shù)和中空纖維膜技術(shù)可以更好地提供生物相容性和良好的氣體交換功能，安全治療患者能力提高，被臨床廣泛接受[1]。但由于此類(lèi)器械產(chǎn)品作為三類(lèi)醫(yī)療器械，在應(yīng)用于患者的治療和康復(fù)過(guò)程中可能對(duì)人體具有潛在危險(xiǎn)，需要對(duì)其安全性和有效性進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，該類(lèi)產(chǎn)品作為三類(lèi)醫(yī)療器械需要做臨床前的生物學(xué)評(píng)價(jià)，除具備良好的血液相容性外，也要具備良好的組織相容性[2]。本文通過(guò)植入試驗(yàn)對(duì)國(guó)內(nèi)某企業(yè)的一次性使用膜式氧合器材料部件進(jìn)行生物學(xué)評(píng)價(jià)，為產(chǎn)品臨床前生物學(xué)評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)參考。

1.材料與方法

1.1 一般材料

試驗(yàn)材料：一次性使用膜式氧合器材料部件的主要成分為聚碳酸酯（PC）、聚4-甲基1-戊烯（PMP）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨基甲酸酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚醚醚酮（PEEK）、磷酸膽堿、氧化鋁（Al2O3）。產(chǎn)品各部件分別有：氧合器蓋、氧合膜、熱交換膜、排氣延長(zhǎng)管管路、魯爾公接頭、三通閥、魯爾帽、排氣過(guò)濾器、澆鑄材料、管道管路、二通接頭、壓力傳感器芯片、軸承、滾珠、泵頭外殼、葉輪。將試驗(yàn)材料裁剪為長(zhǎng)約10mm，寬約1mm的小段作為植入用試驗(yàn)樣品。對(duì)照品材料：HDPE，來(lái)源于美國(guó)USP，對(duì)照品同法裁剪為長(zhǎng)約10mm，寬約1mm的小段。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：SPF級(jí)SD大鼠，體質(zhì)量210～250g。由廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供（許可證號(hào)：SCXK（粵）2018-0002）。飼養(yǎng)條件：溫度：20～26?C，濕度：40%～70%。試驗(yàn)操作過(guò)程中動(dòng)物處理符合動(dòng)物倫理的要求[3]。

儀器設(shè)備：生物安全柜（山東新華醫(yī)療），光學(xué)顯微鏡（徠卡公司），二氧化碳麻醉箱（南京馳順科技有限公司），全封閉式組織脫水機(jī)（深圳達(dá)科為），組織包埋機(jī)（anAtomic），全自動(dòng)切片機(jī)（徠卡公司），密封式全自動(dòng)染色機(jī)（德國(guó)MICRON），全自動(dòng)玻片封片機(jī)（德國(guó)MICRON）。

1.2 方法

本試驗(yàn)的起止時(shí)間：2021年7月8日～2022年4月1日。將SD大鼠麻醉后，用75%乙醇和2%碘伏消毒手術(shù)部位，采用套管針植入法，將1個(gè)試驗(yàn)樣品沿肌纖維長(zhǎng)軸平行植入大鼠臀肌內(nèi)，同法在脊柱另一側(cè)臀部植入1個(gè)試驗(yàn)樣品。對(duì)照組動(dòng)物同法操作植入對(duì)照品。手術(shù)后觀察動(dòng)物術(shù)后恢復(fù)狀態(tài)，定期觀察動(dòng)物有無(wú)異常狀態(tài)。分別于1周、4周無(wú)痛處死動(dòng)物，對(duì)組織進(jìn)行肉眼觀察，切取包括植入物及其周?chē)銐蚨辔词苡绊懙慕M織，用10%福爾馬林固定液固定后，制作石蠟組織切片標(biāo)本，蘇木素-伊紅（HE）常規(guī)組織染色，根據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886.6-2015《醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià) 第6部分：植入后局部反應(yīng)試驗(yàn)》[4]或ISO 10993.6-2016Biological evaluation of medical devices -Part 6: Tests for local effects after implantation[5]附錄E中的半定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行組織學(xué)評(píng)價(jià)。

2.結(jié)果

試驗(yàn)過(guò)程中，動(dòng)物無(wú)異常，在植入1周和4周后分別取出樣品及對(duì)照品進(jìn)行組織學(xué)評(píng)，在植入1周后，試驗(yàn)樣品周?chē)梢?jiàn)淋巴細(xì)胞中度浸潤(rùn)，多核白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞輕度浸潤(rùn)，纖維囊腔形成，囊壁中等厚度，主要見(jiàn)纖維母細(xì)胞和纖維細(xì)胞，周?chē)p微毛細(xì)血管增生。對(duì)照品周?chē)?jiàn)淋巴細(xì)胞、多核白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞輕度浸潤(rùn)。纖維囊腔形成，囊壁中等厚度，主要見(jiàn)纖維母細(xì)胞和纖維細(xì)胞，周?chē)p微毛細(xì)血管增生。各種材料部件的刺激指數(shù)分別為：氧合器蓋部件1.4；氧合膜部件1.4；熱交換膜部件0.4；排氣延長(zhǎng)管管路部件1.6；魯爾公接頭部件1.0；三通閥部件1.4；魯爾帽部件1.1；排氣過(guò)濾器部件1.2；澆鑄材料部件1.2；管道管路部件1.4；二通接頭部件1.3；壓力傳感器芯片部件1.0；軸承部件0.6；滾珠部件0.8；泵頭外殼部件0.2；葉輪部件0.7。

在植入4周后，試驗(yàn)樣品周?chē)梢?jiàn)淋巴細(xì)胞中度浸潤(rùn)，巨噬細(xì)胞和多核白細(xì)胞輕度浸潤(rùn)，纖維囊腔形成，囊壁薄，主要見(jiàn)纖維母細(xì)胞和纖維細(xì)胞，周?chē)p微毛細(xì)血管增生。對(duì)照品周?chē)?jiàn)淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和多核白細(xì)胞輕度浸潤(rùn)。纖維囊腔形成，囊壁薄，主要見(jiàn)纖維母細(xì)胞和纖維細(xì)胞，周?chē)p微毛細(xì)血管增生，偶見(jiàn)極少量脂肪細(xì)胞。各材料部件的刺激指數(shù)分別為：氧合器蓋部件1.2；氧合膜部件0.6；熱交換膜部件0.2；排氣延長(zhǎng)管管路部件0.7；魯爾公接頭部件1.0；三通閥部件0.7；魯爾帽部件0.4；排氣過(guò)濾器部件0.2；澆鑄材料部件1.2；管道管路部件0.1；二通接頭部件0.2；壓力傳感器芯片部件0.1；軸承部件1.0；滾珠部件1.2；泵頭外殼部件2.4；葉輪部件0.8。各種材料部件在植入1周和4周的刺激指數(shù)情況見(jiàn)表1。樣品的組織學(xué)觀察圖片：1周鏡下50倍見(jiàn)圖1；1周鏡下200倍見(jiàn)圖2；4周鏡下50倍見(jiàn)圖3；4周鏡下200倍見(jiàn)圖4；對(duì)照品的組織學(xué)觀察圖片：1周鏡下50倍見(jiàn)圖5；1周鏡下200倍見(jiàn)圖6；4周鏡下50倍見(jiàn)圖7；4周鏡下200倍見(jiàn)圖8。

表1.材料植入后各周期的刺激指數(shù)

圖1.1周觀察組（5×10）

圖2.1周觀察組（20×10）

圖3.4周觀察組 （5×10）

圖4.4周觀察組 （20×10）

圖5.1周對(duì)照組 （5×10）

圖6.1周對(duì)照組 （20×10）

圖7.4周對(duì)照組 （5×10）

圖8.4周對(duì)照組 （20×10）

3.討論

自從ECMO被用來(lái)為嚴(yán)重心肺功能衰竭的患者提供持續(xù)的體外呼吸和循環(huán)以挽救無(wú)數(shù)生命以來(lái)，特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情期間，發(fā)揮了重要作用。ECMO是心肺轉(zhuǎn)流術(shù)（Cardiopulmonary Bypass，CPB）技術(shù)范圍的擴(kuò)大和延伸，ECMO可對(duì)需要外來(lái)輔助的呼吸和（或）循環(huán)功能不全的重?；颊哌M(jìn)行有效的呼吸循環(huán)支持。ECMO俗稱(chēng)“人工心肺機(jī)”，被譽(yù)為現(xiàn)有體外循環(huán)技術(shù)的“王者”。ECMO最核心的部分是膜肺和血泵，即體外膜肺氧合器，分別起人工肺和人工心臟的作用，其原理是通過(guò)血泵代替心臟、膜肺代替肺，將攜氧的動(dòng)脈血持續(xù)運(yùn)輸?shù)饺梭w，形成體外生命循環(huán)支持，保障各個(gè)器官運(yùn)轉(zhuǎn)，從而維持生命。從體外循環(huán)中氧合器的使用情況來(lái)看，鼓泡式氧合器的使用率明顯下降，而膜式氧合器，不同于鼓泡式氧合器，由于血液和氧氣不直接接觸，通過(guò)高分子滲透膜進(jìn)行氣體交換，更接近于肺的氣體交換。當(dāng)前膜式氧合器的研究熱點(diǎn)集中在：①氣體交換。需求的氣體交換量是變化的，用作自然肺部分功能的補(bǔ)充時(shí)需要1/2的基本流速，用作移植過(guò)渡中的代替時(shí)需要2倍的流速。②血液相容性。包括接觸活化、血小板激活以及因此而產(chǎn)生的、血纖維蛋白溶酶系統(tǒng)的激活、補(bǔ)體和白細(xì)胞的激活等。③血液動(dòng)力學(xué)的相容性。血液動(dòng)力學(xué)相容性包括對(duì)組件附件的考慮、血液流經(jīng)自然肺循環(huán)的設(shè)計(jì)和需求、右心的后負(fù)荷、左心房和左心室的充盈。④設(shè)備的大小和形狀[5,6]。除了當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題需要解決外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注產(chǎn)品各種材料對(duì)人體潛在的局部組織炎癥反應(yīng)。

本文通過(guò)以上植入試驗(yàn)對(duì)一次性使用膜式氧合器的各種材料部件進(jìn)行了生物學(xué)評(píng)價(jià)，與對(duì)照品相比較，各種材料部件在植入后1周和4周時(shí)，其刺激指數(shù)在0～2.4范圍內(nèi)，按照GB/T16886.6-2015/ISO 10993.6-2016標(biāo)準(zhǔn)判定，該產(chǎn)品的各種材料均被判為無(wú)刺激。其中，膜式氧合器的核心材料氧合膜和熱交換膜的刺激指數(shù)都比較低，說(shuō)明該材料對(duì)人體組織的局部刺激性是比較低的。由以上植入試驗(yàn)結(jié)果顯示該產(chǎn)品具有良好的組織相容性。當(dāng)然，按照該國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)從植入試驗(yàn)的角度對(duì)產(chǎn)品材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要考慮的是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物組織學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)弱，根據(jù)組織學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)弱判定材料是否具有良好的組織相容性[8]。但這只是判定該產(chǎn)品具有良好的生物相容性依據(jù)之一，還需要血液相容性試驗(yàn)、細(xì)胞毒性試驗(yàn)、皮膚致敏試驗(yàn)、皮內(nèi)反應(yīng)試驗(yàn)、急性全身毒性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、遺傳毒性試驗(yàn)、亞慢性全身毒性試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)等相關(guān)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

ECMO的重要復(fù)合材料之一是膜式氧合器，膜式氧合器的核心復(fù)合材料是中空纖維膜，它不僅是血液氧合的場(chǎng)所，也是血液和氣體之間的屏障。然而，氧合器內(nèi)血栓的形成是使用過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。根據(jù)血栓形成機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，改善血液相容性是通過(guò)修飾材料表面來(lái)減少血栓形成的有效途徑[9]。然而，不能為了改善血液相容性?xún)H注重材料表面的修飾，而忽視了材料本身對(duì)于血液以及由血液循環(huán)至患者全身組織臟器所帶來(lái)的潛在危害。所以，對(duì)于具有較高風(fēng)險(xiǎn)的三類(lèi)醫(yī)療器械，特別是體外循環(huán)類(lèi)器械，如膜式氧合器、空心纖維血液透析器、血液凈化管路等醫(yī)療器械，大多數(shù)由多部件和不同材料組成，除了與血液接觸的主要部件或材料需做生物學(xué)評(píng)價(jià)外，與血液接觸的其他部件或材料也存在一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)做相應(yīng)的生物學(xué)評(píng)價(jià)，以便更全面分析該產(chǎn)品的安全性[10]。

目前，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道中，暫未發(fā)現(xiàn)膜式氧合器全部材料部件在植入動(dòng)物體內(nèi)的組織相容性相關(guān)情況報(bào)道，本文通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的膜式氧合器多部件組織相容性情況，為該產(chǎn)品臨床前安全性評(píng)價(jià)提供一些參考性資料。此外，對(duì)于國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口的膜式氧合器，在周蓉等[11]的文章中指出，通過(guò)比較國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口膜式氧合器在心內(nèi)直視手術(shù)中的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)（包括血清中白介素-6和腫瘤壞死因子- 的水平、血和尿游離血紅蛋白含量、動(dòng)脈血pH值、氧分壓、二氧化氮分壓、動(dòng)脈血氧飽和度水平），發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)膜式氧合器與進(jìn)口膜式氧合器在各性能評(píng)價(jià)指標(biāo)均無(wú)顯著性差異。說(shuō)明國(guó)產(chǎn)膜式氧合器性能已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平，又因其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、價(jià)格一般為同類(lèi)進(jìn)口膜式氧合器價(jià)格的一半，性?xún)r(jià)比高，可降低醫(yī)療費(fèi)用。