医疗器械免疫毒理学试验和评价_王春仁

文章编号：1006-6586(2007)04-0022-04 中图分类号：F203 文献标识码：A

前言

1 免疫毒理学的概念

目前采用的致敏试验已经不能满足医疗器械生物安免疫毒理学是指对免疫系统的结构或功能的任何全性评价的要求，许多医疗器械的过敏反应在临床前评

不良作用，或由于免疫系统功能异常对其它系统的不

价时均为阴性结果，而在临床使用中出现过敏不良反应，良作用。这里的不良作用是指机体防御感染或肿瘤(免例如乳胶产品、金属植入材料和牙科材料等医疗器械产疫抑制) 所需要的体液或细胞免疫损伤或免疫毒性，或品。对于一些异种动物来源的产品例如猪纤维蛋白原止引起不必要的组织损伤(自身免疫、超敏、或慢性炎症) 。血胶(纤维蛋白封闭剂) 、牛白蛋白胶(生物胶) 等产品免疫毒理的范围包括了免疫毒性累及生物介质(如:神具有潜在诱导人体产生抗体的作用。单独致敏试验不能经肽和类固醇激素) 影响到其它系统的不良表现。

全面地评价生物材料类医疗器械免疫学的各个方面，不免疫功能或免疫介质水平的“变化”并不意味着“不能为生物材料的临床使用提供安全有效的免疫学试验资

良作用”，特别是免疫刺激作用。在这种情况下应特别

料，不能为管理机构的决策提供可靠的免疫学技术数据。引起注意，因为非特异性免疫反应的增强可能对特定

早在1995年美国FDA 医疗器械和放射卫生中心感染的特异性免疫抑制具有有利的作用。

的器械评价办公室根据国际标准ISO-10993《医疗器械对于器械材料是否具有免疫毒性的判定应取决于生物学评价 第一部分：评价和试验》的要求，增加了

临床前试验结果和临床评价以及使用的历史情况。由

相应的试验要求以评价生物材料对器官和系统的毒性，于正常可获取的数据资料有限，因此在评价免疫毒性特别是生物材料对免疫系统的免疫毒性试验，并形成风险时进行准确的判定是非常重要的。

了《免疫毒理学指导书》。免疫毒理学指导书提供了评

价生物材料对免疫系统潜在不良反应的现行测试方法，2 免疫毒理试验流程提供了选择相应试验方法的程序，其目的是为管理机在免疫毒理学试验指导书中按ISO10993包括试验构的决策获取可信的免疫学技术数据。

流程图和3个表格。流程图主要用于确定是否需要进收稿日期：2007-01-17

作者简介：王春仁，医学博士，副主任；奚廷斐，研究员，中国药品生物制品检定所医疗器械检测中心主任.

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(1) 超敏反应：是机体再次接触抗原时的超强反应，主要

3 医疗器械免疫毒性的效应

当按流程图确定需要进行免疫毒理学试验时，再按照表1~表3确定与之用途和适用病人及预期风险相适应的，用于评价产品安全性的试验类型和方法。这些试验有足够的灵敏性，可以从中选择相应的特异性免疫毒理学试验方法，要能反映与医疗器械和材料相关的主要不良免疫毒性作用。

表1提供了和医疗器械生物材料相关的潜在免疫毒性效应。这一表格是按 和机体接触的形式和时间相同于ISO10993的分类原则。这些基本的免疫毒性效应是根据发生的频率、时间和反应的严重程度列出。表1

表现为不良作用而不是保护性效应，通常也称过敏反应。I 型超敏反应通常由抗体IgE 介导和IV 型迟发性超敏反应由T 细胞介导是最常见的超敏反应，I 型反应通常较为严重，II 型和III 型反应由抗体(IgG或IgM ，没有IgE) 和补体参与，通常少见并很少由医疗器械/材料引起。(2) 慢性炎症: 炎症是对局部损伤的正常组织反应。急性炎症持续时间短(几天) 并且主要以中性粒细胞浸润为主要特征；相反，慢性炎症持续时间到几个月或更长，并以巨嗜细胞和淋巴细胞浸润为主要特征，慢性炎症可导致免疫肉芽肿形成和较严重的免疫后果，例如自身免疫性疾病。(3) 免疫抑制：免疫反应的抑制(例如：抗体和T 细胞

列举了出现与医疗器械材料有关的主要免疫毒性反应，反应) 的一个潜在结局就是降低机体防御反应出现反复并通过表1可以非常容易选择相应的试验类型。

以下是相应的免疫毒性效应的主要类型，其它的

和严重的感染。

(4) 免疫刺激：就是免疫系统不期望或不适当的抗原特异

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标准检测

Standard and Testing

a) 不期望的对生物材重要表明免疫毒性指征的这些反应的试验是非常重要的应料的免疫原性反应(如：抗体和/或细胞对生物蛋白的免

首先选择，不重要反应的试验可适当的选择使用，例如当

疫反应；b) 佐剂作用：材料增强免疫系统对抗原的反应性。重要试验是阳性结果时可进一步选择这些不重要试验。(5) 自身免疫：免疫系统对机体自身成份(自身抗原) 的反应。自身免疫就是存在的自身抗体或T 细胞对5 免疫毒性反应的试验模型和方法

自身组织或细胞抗原的反应性，可导致慢性、消耗性

表3提供了用于研究表2列出各种反应的具体试

和有时威胁生命的组织和器官损伤的自身免疫性疾病。验类型和方法，这些方法只是选择目前大量试验方法在某些情况下，特异性抗原可能尚不清楚。

中有代表性的部分方法。功能性分析提供了更为直接在表1中医疗器械材料分成四大类基本上包括了所的测定免疫毒性的方法，并且比测定溶解性介质更为有类型的材料。在表格中每种材料对应的是根据机体接触重要，而溶解性介质的测定比表现型更重要。这一表形式和时间以及可能潜在引起的相应免疫毒性效应。这一格将随着免疫学技术的发展不断修改。

表格是根据科学研究和相关医疗文献作为基础确定的。表3涵盖了大量测定免疫毒性的包括各种指标的体“其它材料”是指四类材料以外的材料。这样的例子

内和体外试验方法。有效的试验方法能提供准确的、可

包括低分子量化学稳定剂、高分子材料交联剂和降解产物。重复性的显示其真实效应。要求确保在研究设计中的统这些成分，可能存在或含量很小(如百万分之几) ，应根计学基础使试验组和对照组具有明显的差异，以达到统据具体情况对其潜在的不良免疫效应进行评价，“其它材计的所需水平(P＜0.050) 。另外所有的研究应最大可料”应根据接触形式和时间作为一类，是因为这部分材料能和临床使用的植入部分、剂量和时间尽可能的一致。

在没有数据支持缺乏免疫毒性的情况下不能排除在外。

免疫毒性试验临床前研究结果用于医疗器械全面安全性评价的生物材料生物相容性评定。临床前试验

4 免疫毒性效应的免疫反应类型

结果观察到免疫毒性反应，应在临床试验方案作为观

表2列出了通常与实验免疫效应相关的一系列反应。察和考察的指标。当表1显示一个或多个不良效应与器械材料相关时，采用应首先选择和使用适当的成熟技术且具有预期价值表2确定与这些效应相关的免疫毒性指征相关 的试验类

的免疫毒性试验方法，表3中最常用的免疫反应指标用

型和方法。在表2中对试验方法分为“重要”和“不重要”，星号(*)标出，其它试验方法也在表中列出以考虑选用。

应该注意的是这些表格主要用于新开发的材料，因为流程表可以免除大量的生物材料不需要进行这些试验。如果对于已经使用的材料改变了和机体接触的方式和延长使用时间以及增加用量时应该要求补充免疫毒性试验。

对于生物材料可能引起特异免疫反应并导致严重的不良反应，应考度其免疫原性问题。例如，异物蛋白(非人类来源) 可以诱导IgE 并引起I 型反应，这样的例子

就乳胶蛋白。另外，低分子化合物如用于手套生产的化学助剂，可诱导T 细胞介导的IV 型反应导致接触性皮炎，I 型(如抗原特异性IgE 分析) 和IV 型(豚鼠最大化试验) 反应应考虑这些材料具有潜在引过敏反应的试验方法。

NC ：不重要

除超敏反应外，生物材料可能引起自身免疫反应NA ：不适用或不需要

*嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞和/或中性粒细胞(例如抗体或T 细胞和机体自身的成份反应) 。自身免**不推荐作为自身免疫反应的常规试验疫反应可导致病理性结果(如自身免疫性疾病)

。例如，

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NA ：不适用或不重要

* 指最常用的试验方法；功能性试验通常比可溶性介质或表型试验更重要。请参照本文后面中参考文献给出的具体试验方法。** 已有人类自身免疫性疾病的动物模型。然而不推荐通过材料/器械诱导自身免疫性疾病的常规试验。*** 嗜碱性粒细胞，嗜酸性粒细胞和/或中性粒细胞。

异物蛋白可诱导IgE 或IgM 抗体与人类蛋白产生交叉反应，通过补体系统引起组织损伤。同样，生物材料(如胶体或油) 作为佐剂可以诱导自身免疫反应。

采用测定自身抗体(如ELISA) 和自身反应T 细胞(如淋巴细胞增生试验) 是比较可靠的测定方法，并已有几种动物模型用于研究人类自身免疫性疾病。然而，自身抗体和自身反应T 细胞只是自身免疫反应的指标。即使临床前试验表明具有自身免疫反应，确定生物材料在动物引起自身免疫性疾病是相当困难的，因此，

[2] [3]

Benjamini E, Sunshine G, Leskowitz S：Immunology ：A Short Course (3rd Edition), Wiley-Liss,Inc., New Yook, 1996.Janeway, Jr.,CA, Travers P ：Immunobiology: The Immune System in Health and Disease,(3rd Edition),Current Biology－Garland, New York,1997.

[4] Nakamura RM , Burek CL, Cook L, Folds JM, Sever JL ：Clinical Diagnostic Immunology：Protocols In Quality Assurance and Standardization, Blackwell Science,Inc.,Malden,1998

[5] Rose NR, de Mecario EC, Folds JD, Lane HC, Nakamura RM：Manual of Clinical Laboratory Immunology (5thEdition), ASM Press, Washington, 1997

[6] S m i a l o w i c z R J , H o l s a p p l e M P : E x p e r i m e n t a l Immunotoxicology. CRC Press, Boca Raton, 1996Immunotoxicology, Wiley－Liss, New York, 1995

不推荐用动物模型诱导自身免疫性疾病作为常规试验。[7] B u r l e s o n G R, D e a n J H, M u n s o n A E: M e t h o d s i n 如果材料长期使用并怀疑在人类引起自身免疫性疾病，应采用动物进行自身免疫反应的试验。然而这种情况可能很少遇到。是否进行自身免疫反应试验应和国家管理部门的免疫学专家或免疫毒理学专家进行讨论。

[9] [8]

Cologan JE, Kruisbeek AM, Margulies DH, Shevach EM, Strober R ：Current Protocols in Immunology, Greene Publishing Associates and Wiley Interscience, New York, 1992Lefell MS, Donnenberg AD, Rose NR：Immunologic Diagnosis of Autoimmune Disease in Handbook of Human Immunology, CRC Press, Boca Raton, pp111-123, 1997

[10] Cohen, IR, Miller A：Autoimmune Disease Models, Academic

Press, New York, 1994

[11] Greenwald RA, Diamond HS：Handbook of Animal Models for the

Rheumatic Disease (Vol:1), CRC Press, Boca Raton, 1988。 ■

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参考文献

[1]

Cruse JM, Lewis RE ：Illustrated Dictionary of Immunology, CRC Press, Boca Raton, 1995.

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