【作 者】曹穗蘭，向 健，楊立峰，鄭保婷

廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，廣州市，510080

0 引言

醫(yī)療器械/醫(yī)用材料動物實驗研究目的在于通過動物試驗對醫(yī)療器械/醫(yī)用材料在臨床使用時的安全性、有效性、可操作性等指標進行評估，對臨床疾病治療效果及使用過程中可能發(fā)生不良反應的風險進行預判，是醫(yī)療器械上市前極其重要的一步。

目前，動物實驗研究應用于藥品研發(fā)階段及臨床前安全性評價已有較長的歷史，已經(jīng)形成非常完整、成熟的評價體系。相對而言，醫(yī)療器械/醫(yī)用材料的起步發(fā)展較晚，相當長一段時間內(nèi)，在臨床前動物實驗研究上，均沒有明確的要求及指南[1]，對實驗質(zhì)量的評價也欠缺針對性的規(guī)范。但是，隨著行業(yè)持續(xù)迅速發(fā)展與監(jiān)管要求的提高，醫(yī)療器械/醫(yī)用材料臨床前動物實驗研究的重要性開始日益顯現(xiàn)，動物研究不僅貫穿于醫(yī)療器械/醫(yī)用材料的研發(fā)過程，同時，在注冊法規(guī)內(nèi)的要求也越來越明確。

1 相關(guān)要求

近年來，我國醫(yī)療器械監(jiān)管部門針對醫(yī)療器械動物實驗研究的要求開始逐步細化，早年只通過一句簡單表述簡略提及，如今陸續(xù)發(fā)布的審評指導原則開始對整個動物實驗研究的原則、目的、要求、方法、評價指標、實驗進行機構(gòu)的質(zhì)量保證各方面要求開始進行全面覆蓋，動物實驗研究的重要性已日趨顯著。近年對于動物研究提出明確要求和具體方法的指導原則匯總詳見表1。

表1 國內(nèi)醫(yī)療器械動物實驗研究技術(shù)審評指導原則舉例Tab.1 Examples of domestic guidelines for animal research in medical devices

然而，一個器械/材料從研發(fā)走向上市，動物實驗研究不僅僅限于產(chǎn)品上市前注冊的要求，在研發(fā)早期階段，通過動物試驗對產(chǎn)品的各項性能參數(shù)進行研究同樣重要。一般而言，充足的研究資料在申請注冊時往往更加有利。

2 動物實驗方案的設計

由于醫(yī)療器械/醫(yī)用材料產(chǎn)品種類繁多，材料組成復雜，形態(tài)各異，不同的產(chǎn)品/原料與人體預期接觸途徑、接觸時間、接觸部位、預期功效均不同，因此，在進行動物實驗研究時，需要根據(jù)研究對象的實際情況，具體問題具體分析以建立一個有效的、可行的研究方案。目前，進行醫(yī)療器械動物實驗研究的產(chǎn)品以骨科材料、介入類器械、植入類材料、補片敷料類產(chǎn)品、預期體內(nèi)可吸收/降解產(chǎn)品、體外循環(huán)類產(chǎn)品及其他新材料新工藝新用途的產(chǎn)品最為常見。其動物實驗的方案設計可從以下幾方面來綜合考慮。

2.1 前期準備

由于醫(yī)療器械/材料的復雜多樣性，動物實驗研究人員往往難以對每一個產(chǎn)品特性均了如指掌，為了有的放矢地進行方案設計，對研究對象的背景資料進行熟悉和了解是合理設計實驗方案的基礎。

產(chǎn)品背景資料通?？蓙碓从谖蟹教峁┑谋尘百Y料，歷史文獻數(shù)據(jù)等，需要了解的內(nèi)容包括但不限于：產(chǎn)品的外觀、尺寸、形狀、材料組成，物理強度，表面性狀，滅菌方式，產(chǎn)品接觸人體的部位部件，產(chǎn)品預期應用的時間，人體應用部位，應用方式，應用劑量，預期取得治療效果，產(chǎn)品是否降解，降解時間，代謝產(chǎn)物，產(chǎn)品前期研究資料，國內(nèi)外同類產(chǎn)品的相關(guān)研究狀況，產(chǎn)品風險分析等。

基于對研究對象背景資料的研究，如產(chǎn)品進行動物研究的先決條件已成熟，便可進一步明確實驗目的。醫(yī)療器械/材料的動物研究應用很廣泛，沒有統(tǒng)一的設計標準，每一個方案都需要根據(jù)具體的研究對象和研究目的量身定制。研究目的一般分成4類：①安全性的研究，觀察動物在不同周期與器械/材料接觸的局部組織反應、系統(tǒng)的局部反應或全身毒性反應；②有效性的研究，觀察器械在動物體內(nèi)是否能達到預期的治療效果；③可操作性的研究，觀察研究對象使用時在操作上的可行性，便利性，確認在研究過程中是否能達到預期的使用效果，過程是否順利；④作用機理的研究，主要用于可吸收/降解產(chǎn)品，觀察研究產(chǎn)品作用原理，作用方式，在動物體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄的過程。

理想的狀態(tài)下，出于節(jié)約資源，提高效率的角度來說，宜通過盡可能少的動物試驗獲取盡可能多的研究數(shù)據(jù)，但是，在方案設計中，不同數(shù)據(jù)的獲取往往對實驗動物的品系、等級、數(shù)量要求側(cè)重點不同，對實驗儀器設備、藥品試劑、人員要求也不同，故而，產(chǎn)品不同的性能指標往往需要通過不同的試驗設計才能有針對性地獲取，在研究伊始，就需要對實驗目的進行明確的劃分，綜合考慮。

2.2 實驗動物的選擇

實驗動物的合理選擇直接影響到實驗設計的合理性，操作的可行性以及實驗實施過程中的效率和成本，故而必須根據(jù)實驗要求，結(jié)合實驗動物的特點選擇合適的實驗動物。在醫(yī)療器械/材料的動物實驗中，需要著重以下幾個方面的考慮。

（1）動物生理特性考慮。由于動物實驗最終目的是要模擬器械/材料在人體的使用狀況，包括使用方法、使用部位、使用周期。故而，首先要選擇臨床預期接觸部位與人體結(jié)構(gòu)，功能相似的動物；其次，要考慮動物的生命周期是否可支持足夠長的研究周期，以及動物在試驗過程中生理狀態(tài)的變化。例如豬的冠狀循環(huán)在解剖學，血液動力學方面與人最為相似[2]，被認為是血管支架類產(chǎn)品的性能評估的金標準[3]。表2列舉了常用的實驗動物應用舉例。

表2 常用實驗動物的應用舉例[2, 7-18]Tab.2 Examples of application of commonly used animal model

（2）研究對象的特性考慮。醫(yī)療器械/材料作為研究對象，種類豐富，形態(tài)多樣，臨床預期應用部位多樣，應用時間多樣，在選擇對應的實驗動物時同樣要結(jié)合研究對象的上述特性，一方面，選擇的實驗動物的接觸部位的解剖結(jié)構(gòu)應有足夠的大小或彈性空間以成功應用相應的器械或材料；另一方面，實驗動物解剖結(jié)構(gòu)也要考慮在器械應用手術(shù)過程的可行性中。例如，鼠、兔、犬、豬均可用于骨科學研究，但由于體型大小區(qū)別，兔可制造的臨界骨缺損范圍較小，犬、豬可制造的骨缺損范圍較大，可根據(jù)實際情況需求選擇合適的實驗動物。

（3）研究目的考慮。針對研究目的，選擇合適的動物模型，如系統(tǒng)毒性研究常使用健康動物；而產(chǎn)品特定性能研究則可考慮使用相應的疾病動物模型，如為考察產(chǎn)品對不同部位傷口的愈合促進情況，則需制作相應部位的損傷模型。一個產(chǎn)品出于對不同目的的研究，可選擇多種動物進行不同的試驗，如冠狀動脈藥物洗脫支架在進行安全性評估的時候，兔和豬均被認為是合適的動物模型[4]，但在藥物劑量選擇及產(chǎn)品作用機理研究方面則可考慮采用較小的動物模型（例如兔子髂動脈）[5]。

（4）經(jīng)濟性的考慮。在實驗動物的選擇上，往往不止一種選擇。雖然不同的動物在生理結(jié)構(gòu)上特點不同，但對安全性與有限性的性能評估上，不意味著不同種屬之間就不能取得一致的結(jié)果[6]。故而，應在滿足上述考慮的前提下，盡量選擇標準化的，易于購買，易于飼養(yǎng)管理的實驗動物。同時，當有多個種屬的動物可供選擇時，初期宜優(yōu)先選擇小動物進行試驗，后期再考慮進行大動物試驗。如豬和羊同樣用于心血管替代產(chǎn)品研究時，選擇豬作為實驗動物的優(yōu)勢在于，豬已經(jīng)作為標準化實驗動物使用，具有多個品系，而羊僅作為實驗用動物，其遺傳背景、攜帶病原方面的信息并未標準化，對試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，存在干擾的風險。但是，羊的靜脈管結(jié)構(gòu)與人的更為相似，故而在應用中也有一定的優(yōu)勢。

2.3 實驗方法建立

醫(yī)療器械/材料動物實驗研究方法的建立，必須要考慮研究對象實際臨床使用狀況，包括臨床使用方法、接觸途徑、接觸時間等，宜從以下幾個角度開始入手[7-18]：

（1）樣本量：試驗組和對照組的樣本量需保證最終的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計學意義，同時，也需要考慮不同種屬、不同研究目的、不同研究周期對樣本量的不同要求。就常規(guī)的安全性研究項目系統(tǒng)毒性試驗來說，研究周期越長，每劑量組動物要求越多；同類型的研究，大型動物數(shù)量要求少，嚙齒類小動物數(shù)量要求多[19-20]。

一般而言，結(jié)果數(shù)據(jù)越均一，對樣本數(shù)量要求較少，結(jié)果數(shù)據(jù)偏離越多，對樣本數(shù)量要求較多，對于具有針對性的動物研究而言，由于缺乏歷史數(shù)據(jù)，故而樣本量的選擇宜根據(jù)預實驗的結(jié)果來計算。

（2）接觸途徑：器械/材料與動物接觸途徑應選擇模擬臨床接觸途徑進行原位接觸，通過原位介入，手術(shù)原位植入等方式，將研究樣品應用于臨床預期接觸的部位。

（3）接觸時間（觀察周期的設置）：以臨床實際接觸時間為參考，可根據(jù)研究需要減少或延長。當產(chǎn)品屬于長期接觸產(chǎn)品時，終點宜設置在動物各項研究數(shù)據(jù)進入穩(wěn)定狀態(tài)時，如組織功能恢復，樣品完全降解/吸收。當接觸時間較長，在中間設置觀察點是很有必要的，中間觀察點的設置應參考歷史研究數(shù)據(jù)或預實驗的結(jié)果，力求收集到產(chǎn)品接觸期間數(shù)據(jù)的變化過程。

（4）對照的選擇：對照組的選擇可考慮以下兩種：同體對照和異體對照，當一只動物具備多于一處滿足實驗要求的解剖部位，且兩個部位彼此間不受影響，僅考慮局部反應不做全身評價時，宜優(yōu)先考慮同體對照，使用同體對照可避免動物個體差異導致的結(jié)果差異。如動物不同皮膚部位，異側(cè)骨組織的選用，常見于補片敷料類及骨科類產(chǎn)品的研究。同體對照包括同體同時對照與同體前后對照，前者適用于觀察同動物同一時期不同部位差異，后者適用于觀察同動物同部位不同時期的差異。

當一只動物僅具備一處滿足實驗要求的解剖部位，進行全身毒性研究或出于動物后續(xù)生存質(zhì)量考慮時，則應使用異體對照。

對照組/對照部位宜根據(jù)不同的產(chǎn)品考慮使用空白對照或已上市同類產(chǎn)品對照?？瞻讓φ湛蔀橥馄什课唬贿M行任何操作或僅進行假手術(shù)操作；已上市同類對照的產(chǎn)品一般選擇具有較成熟應用歷史的已上市的同種同用途同尺寸規(guī)格的同類產(chǎn)品。

綜上所述，一個實驗方法的建立需要從實驗目的、產(chǎn)品特性等角度進行多方面考慮，在具備充足的同類產(chǎn)品研究資料情況下，同類產(chǎn)品的實驗方案可做為重要的參考，但是不可生搬硬套，要結(jié)合實際情況進行設計。由于醫(yī)療器械的多樣性，對于一些只是理論可行方案的可行性也切不可紙上談兵，需通過少量動物進行預實驗，嘗試方案可行性，并對方法進行有針對性的優(yōu)化。

2.4 結(jié)果評價指標選擇

醫(yī)療器械/醫(yī)用材料動物實驗研究的評價指標很多，需要綜合考慮，靈活設計，根據(jù)研究目的不同，對評價參數(shù)進行其特定的選擇。表3列舉了常見的研究指標選擇。

3 實驗結(jié)果獲取與分析

對各類指標的獲取可采用多種方式，使檢測結(jié)果更加清楚直觀，更具科學性。

表3 醫(yī)療器械/醫(yī)用材料動物實驗研究常見的研究指標[7-20]Tab.3 Commonly used index of animal research in medical devices

病理檢查方面：除了通過HE染色以外，還可通過特殊染色法、電鏡檢測、免疫組化等手段進行組織學觀察評價，對組織狀態(tài)進行定性觀察[15]。

影像診斷方面：利用影像學診斷技術(shù)，對局部組織的生長狀況、介入/植入器械位置，降解狀態(tài)等進行觀察[21-22]。X光診斷適用于骨科和齒科材料與骨組織的相容生長狀況觀察；彩色多普勒（B超）診斷適用于觀察心臟血流狀況，腹腔或其他軟組織生長情況；通過胃鏡直接觀察消化道局部植入器械的降解狀況，局部大體眼觀病變；局部CT檢查對各部位的植入/介入器械均有優(yōu)良的成像表現(xiàn)，尤其適用于骨科植入物、心血管支架、體內(nèi)人工器官替代產(chǎn)品的局部檢查。

對實驗獲取的結(jié)果進行評價，應設置客觀、量化，符合實際要求的評價標準。例如，對非吸收材料的局部組織反應評價可采用半定量計分系統(tǒng)[13]；對可吸收材料的局部組織反應可采用DE JONG等提出的評級指標[23]；另外，相關(guān)研究也提出了對于組織粘連程度和范圍[24]，角膜損傷和恢復評價的計分系統(tǒng)[7]；同時，對通過現(xiàn)代化影像學診斷技術(shù)得出的結(jié)果，也同樣可應用臨床診斷標準進行標準化的評價。

4 研究報告應包含的內(nèi)容

參考國內(nèi)外研究，各類指導原則和標準的要求[25-27]，動物實驗的研究報告宜完整詳細，推薦包含以下內(nèi)容：委托方信息，產(chǎn)品信息，研究背景，研究目的，動物倫理和動物福利保障措施，動物模型選擇的依據(jù)，實驗動物信息（實驗動物的來源、數(shù)量、品系、性別、體重、飼養(yǎng)條件、分組方式等），研究方案，研究方法/手術(shù)方法，觀察參數(shù)與周期的選擇，研究結(jié)果，統(tǒng)計方法，偏離及意外情況，結(jié)果分析及結(jié)論，研究機構(gòu)的資質(zhì)信息以及質(zhì)量聲明，標本和原始記錄的存儲，其他。

5 總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，醫(yī)療器械/醫(yī)用材料的材料、形態(tài)、用途日趨多樣化，故而，此類產(chǎn)品的動物研究的考慮與一般毒理學研究相比有比較大的差異，且沒有一個統(tǒng)一的標準設計，所有的研究方案均需要根據(jù)具體產(chǎn)品特性和研究目的進行具體的分析。因此，研究機構(gòu)在進行相應的動物試驗研究時，也應開拓思路，與時俱進，通過大量的研究和實踐來積累經(jīng)驗，保證研究的科學性和質(zhì)量，以便為產(chǎn)品的研發(fā)、臨床、注冊、上市打好基礎。