ГОСТ ISO 10993-4-2020. Межгосударственный стандарт. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 4. Исследования изделий, взаимодействующих с кровью

Приложение A

(справочное)

 

ДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ И ПРОТЕЗОВ

ДЛЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

 

A.1 Общие положения

A.1.1 Основание

В настоящем приложении представлены рекомендации по выбору методов для оценки гемосовместимости МИ, предназначенных для сердечно-сосудистой хирургии. Раздел 6 содержит руководство для определения необходимости проведения исследований, включая рекомендации по выбору категории исследований для конкретных МИ и перечень конкретных методов для оценки гемосовместимости МИ, не контактирующих с кровью, присоединяемых извне и имплантируемых МИ. Классификация основных процессов взаимодействий МИ с кровью, влияющих на его гемосовместимость, приведена в A.1.2.

A.1.2 Классификация

A.1.2.1 Процессы взаимодействия с кровью, которые, как правило, влияют на МИ и могут иметь или не иметь нежелательное воздействия на животное или человека, включают:

a) адсорбцию белков плазмы, липидов, кальция или других веществ из крови на поверхность изделия или абсорбцию таких веществ в МИ;

b) адгезию тромбоцитов, лейкоцитов или эритроцитов на поверхность изделия или абсорбцию их компонентов в МИ;

c) формирование псевдоинтимы или неоинтимы на поверхности, контактирующей с кровью, и тканевой капсулы на внешней поверхности МИ;

d) изменения механических и других свойств МИ.

A.1.2.2 Процессы взаимодействия с кровью, потенциально обладающие нежелательным воздействием на животное или человека, включают:

a) активацию тромбоцитов, лейкоцитов или других клеток или активацию путей свертывающей системы крови, фибринолиза или системы комплемента;

b) образование тромба на поверхности МИ;

c) эмболизацию тромбического или другого материала с поверхности МИ другой области кровеносной системы;

d) повреждение клеток циркулирующей крови, приводящее к анемии, гемолизу, лейкопении, тромбоцитопении или изменению функции клеток крови;

e) повреждение клеток и тканей, прилегающих к МИ;

f) гиперплазия интимы или накопление другой ткани на изделии либо вблизи него, приводящие к снижению потока или влияющие на другие функции МИ;

g) адгезия и рост бактерий или других возбудителей инфекции на изделии или вблизи него.

Примечание - Для вышеуказанных пунктов b), c) и d) некоторые МИ (например, спирали эмболизации) требуют формирования тромба для функционирования.

 

A.1.3 Преимущества и ограничения экспериментальных моделей на животных

Модели на животных позволяют наиболее точно имитировать условия функционирования МИ при применении по назначению до реального его использования для пациента. Данные модели позволяют осуществлять мониторинг состояния МИ и проводить систематическое контролируемое исследование основных свойств, характеризующих его взаимодействие с кровью. При этом выбор экспериментальной модели может быть ограничен требованиями размера, доступностью необходимых видов и стоимостью животных. Например, в экспериментальной модели МИ может не функционировать по полному спектру его клинического применения из-за анатомических ограничений лабораторного животного. Следует учитывать физиологические отличия и сходства выбранного вида животного и человека, особенно связанные с системой свертывания крови, функциями тромбоцитов и фибринолизом, а также с ответом на такие фармакологические вещества, как анестетики, антикоагулянты, тромболитики, антитромбоцитарные агенты и антибиотики. Из-за межвидовых и индивидуальных отличий животных в реактивности и разной интенсивности ответов на различные изделия данные, полученные от одного вида, следует с осторожностью интерпретировать для других видов животных. Приматы, такие как бабуины, обладают большим сходством с человеком по гематологическим показателям, механизму свертывания крови и строению сердечно-сосудистой системы [50]. Дополнительным преимуществом приматов является то, что многие иммунологические пробы на тромбообразование, разработанные для человека, включающие определение ТФ-4, , ФПА, ТАК и F1.2, приемлемы для использования на приматах.

В моделях in vivo, как правило, используют собак, что позволяет получить ценную информацию; тем не менее тромбоз, индуцированный тестируемым изделием, у них возникает быстрее, чем у человека. Указанное различие допускается рассматривать как преимущество данной модели (модель ускоренных испытаний или модель с жесткими условиями) при оценке вероятности тромбообразования при тестировании изделий. Свиней и овец, как правило, считают подходящими моделями благодаря сходству их сердечно-сосудистой системы и гематологических показателей с человеком [71], [148] - [150]. Следует учитывать влияние протокола хирургического вмешательства при имплантации на результаты исследования и иметь соответствующие контроли. Для окончательного решения об использовании модели in vivo или in vitro следует руководствоваться доступностью животного и правилами этического обращения с ним (см. ISO 10993-2), а также доступностью и преимуществом (ограничениями) моделей in vitro для получения статистически достоверных и надежных результатов и выводов [213] - [216].

A.1.4 Преимущества и ограничения моделей in vitro

Модели контакта изделия с кровью in vitro являются привлекательными подходами к исследованию гемосовместимости медицинских материалов и изделий для сердечно-сосудистой системы, так как они позволяют:

a) избегать дорогостоящих животных моделей;

b) проводить тестирование с большим количеством образцов исследуемого изделия вместе с контролями и материалами сравнения, используя одновременно одну партию крови;

c) использовать кровь человека или животного при стандартизированных условиях потока, температуре и антикоагулянтной схеме;

d) исследовать наиболее неблагоприятные условия, связанные с аккумуляцией продуктов активации без удаления их почками, печенью или другими органами и отсутствием ингибирующих активацию функций эндотелиальных клеток;

e) исключать искажающие факторы, связанные с имплантацией изделия/повреждением тканей в тестах in vivo.

Исследование in vitro МИ должно максимально точно имитировать варианты условий контакта МИ с кровью при его клиническом применении. Проведение исследований при условиях, отличающихся от клинических (например, отличие в виде или концентрации антикоагулянтов, условиях потока и др.), может затруднить интерпретацию результатов. При необходимости следует руководствоваться ИП на МИ или литературой по общей медицинской практике относительно вида и концентрации используемых в клинике антикоагулянтов. Если возможно, то необходимо провести исследование по полному спектру условий клинического применения изделия. Например, для оценки гемолиза и активации тромбоцитов, индуцированных механическими воздействиями, тестирование, как правило, проводят при наибольшей скорости кровотока. Исследование тромбообразования при взаимодействии изделия с кровью предпочтительно проводить при минимально возможной скорости кровотока, что важно для повышения надежности оценки безопасности изделия. Так как выявлено, что ответы крови могут значительно различаться у разных видов [47], [148], [149], [150], применение крови человека наиболее достоверно для интерпретации результатов. Другим преимуществом использования крови человека является тот факт, что это позволяет использовать более расширенный набор методов, так как наиболее современные биоаналитические методы основываются на компонентах крови/эпитопах человека. В то же время существуют определенные ограничения объема крови, который может быть получен от одного человеческого донора. Использование крови от одного крупного животного может быть более практичным в случаях, когда модель, предназначенная для имитации клинически адекватных условий, требует большого объема крови.

Для исследования гемосовместимости материала/изделия в целом использовалась классическая модель петли Чэндлера in vitro [43] или ее модификации [193] - [195], [199], [200], [203] для обеспечения физиологического или квазифизиологического потока. В качестве альтернативы потока используют легкое взбалтывание крови, что может быть полезным в отдельных случаях при исследовании гемосовместимости материалов/изделий. Для оценки влияния модели in vitro на кровь необходимо контролировать гемолиз и общее количество клеток крови для определения пригодности крови для проведения исследований. Эти модели являются эффективными для скрининговых исследований, особенно для изделий с краткосрочным контактом с кровью.

A.1.5 Протоколы исследований моделей на животных

Тромбоз, тромбоэмболия, кровотечение и инфекция являются основными сдерживающими факторами для использования и дальнейшей разработки современных сердечно-сосудистых протезов. Для МИ с ограниченным временем воздействием на кровь (менее 24 ч) важные измерения связаны со степенью быстрых изменений гематологических и гемодинамических параметров, а также факторов, характеризующих функционирование изделия, с образованием массы тромбов и возможной эмболией. При длительном, многократном или постоянном контакте (более 24 ч и более 30 суток соответственно) внимание уделяют серийным методам измерений, которые могут дать информацию относительно времени тромбообразования и тромбоэмболии, убыли компонентов циркулирующей крови, развития гиперплазии интимы и инфекции. В обоих типах воздействия и категориях контакта важна оценка гемолиза и функции тромбоцитов. На образование тромбов могут оказывать значительное влияние характер хирургического вмешательства, разнообразные, зависящие от времени, тромболитические и тромбоэмболитические эффекты, инфекции, вызванные изделием, и возможные изменения свойств контактирующей поверхности, например гиперплазия интимы, фиброзная инкапсуляция и эндотелиализация. Следует учитывать, что тип/типы и количество антикоагулянта могут иметь существенное влияние на результаты. Например, использование применяемых в клинической практике концентраций антикоагулянтов и антитромбоцитарных препаратов может значительно уменьшить или полностью блокировать ответные реакции тромбоцитов, процессы свертывания крови и тромбоза.

Последствия взаимодействия чужеродных поверхностей с кровью могут быть различными: от множественного тромбоза и эмболии до малозаметных эффектов, таких как ускорение процессов, снижающих концентрацию компонентов крови, задействованных в нормальном гемостазе. Последнее может быть не клинически значимым. Например, уменьшение количества тромбоцитов при контакте МИ с кровью может быть таким незначительным, что оно не влияет на общее число тромбоцитов. С другой стороны, МИ с большой площадью поверхности может привести к существенному снижению количества тромбоцитов или факторов свертывания крови, что может значительно повлиять на общее число тромбоцитов и изменить нормальный гемостаз.

Вне зависимости от вида экспериментальной модели на животных и конкретного исследования (гемолиз, тромбоз, свертывание крови, тромбоциты, гематология и система комплемента) в протоколе исследования in vivo должна быть представлена достаточная детализация методов и критериев для оценки обоснования выбранной категории исследований. Ретроспективный отчет о результатах конкретной категории тестов без первоначального обоснования в протоколе программы исследования, как правило, рассматривают как неприемлемый документ для подачи регистрационной заявки.

A.2 Канюли, используемые для прямого сосудистого доступа и канюли для непрямого доступа

Термин "канюли" используют в двух, достаточно различных, случаях клинического применения. В одном варианте канюли вводят прямо через кожу в один или более основных кровеносных сосудов. Это делается для предоставления постоянного и прямого широкого доступа к системе кровообращения. Например, канюли большого диаметра используют при операциях в условиях искусственного кровообращения как изделие доступа локального действия для обеспечения циркуляции потока крови в процессе оксигенации. Тестирование таких канюлей должно проходить в условиях контакта с кровью, адекватно имитирующих их клиническое применение, так как они могут потенциально вызывать определенные изменения в концентрациях клеток в циркулирующей крови, а также влиять на активацию факторов свертывания или компонентов системы комплемента. Интенсивность реакции крови зависит от целого ряда факторов, таких как место имплантации, метода введения, индивидуальных факторов и режима антикоагулянтной терапии. Термин "канюли" также используется для трубчатых изделий гораздо меньшего диаметра, которые вводят только подкожно и которые могут быть использованы для ограниченного (менее 24 ч) или длительного (менее 30 сут) непрямого контакта с кровью. Такие канюли, например, применяют при инфузии инсулина посредством помп, для введения медикаментов и для подкожного измерения уровней глюкозы в крови. Последний тип канюль, как и другие изделия, служащие в качестве непрямого кровотока (см. 5.2.2), как правило, требует меньшего количества тестов, чем изделия с прямым контактом с циркулирующей кровью (см. 5.2.3 и 5.3).

A.3 Катетеры и хирургические кондукторы

Большинство применяемых для исследования канюль, контактирующих с кровью, подходят и для исследования катетеров, контактирующих с кровью, и проволочных проводников/кондукторов. Местонахождение или положение катетеров в артериальной или венозной системе крови может значительно повлиять на взаимодействие МИ с кровью. Рекомендуется одновременно проводить контрольные исследования на противоположной артерии или вене, используя зарегистрированное МИ со сходными свойствами и материалом/материалами. Следует с большой осторожностью удалять катетер, чтобы не оторвался, возможно, образовавшийся тромб. Испытание изделия in situ дает возможность оценить степень участия повреждений интимы или мест ввода катетеров или кондукторов в процессе образования тромба. Измерения кровотока по Доплеру являются более информативными, чем ангиография. Модель венозного или артериального имплантата с антикоагулянтной схемой, соответствующей клиническому применению изделий, может быть полезным инструментом для оценки реакции крови на контакт с изделием, особенно в случае нового материала или покрытия изделия с улучшенными антитромбогенными свойствами [143], [161] - [163] (см. приложение C, C.3).

С другой стороны, подходящая модель in vitro может быть более чувствительной для обнаружения разных реакций крови на различные поверхности материала.

В случаях, когда требуется введение антикоагулянтов, выбор типа и концентрации антикоагулянтов должен быть основан на клиническом применении изделия, но быть достаточно доказательным, что при этом не будет получен ложный положительный или отрицательный результат. Например, во время тестирования тромборезистентность гепаринового покрытия МИ может быть полностью затушевана присутствием нормальных (клинических) уровней антикоагулянта (например, раствора гепарина) в крови. При снижении концентрации гепарина в крови эффективность гепаринового покрытия относительно уменьшения вероятности формирования тромбов становится более явной. В случаях, когда применение МИ может быть без антикоагулянтов, тестирование следует проводить также без антикоагулянтов.

Информация по валидации теста с конкретным типом и уровнем антикоагулянтов должна демонстрировать способность отличать положительные ответы от отрицательных результатов.

A.4 Экстракорпоральные оксигенаторы крови, гемодиализаторы/устройства для гемофильтрации, оборудование для доноров и терапевтического афереза, устройства для избирательной адсорбции веществ из крови

Ответы крови на искусственное кровообращение могут быть значительными и острыми. Многие параметры, такие как наличие отсосов крови, состав кристаллоидного раствора, предварительно вводимого в аппарат искусственного кровообращения, гипотермия, контакт крови с воздухом и длительность искусственного кровообращения, влияют на показатели исследования. Тромбоэмболы в отводящих магистралях могут быть обнаружены в периодически сменяемых фильтрах крови ex vivo или ультразвуковыми, или другими неинвазивными методами. Накопление тромбов допускается оценивать непосредственно во время работы аппарата искусственного кровообращения, отслеживая такие функциональные показатели, как падение давления в оксигенаторе и скорость массопереноса кислорода. Временная индуцированная оксигенатором дисфункция тромбоцитов, связанная с избирательной реакцией, высвобождением альфа-гранул, наблюдалась у пациентов на искусственном кровообращении [158]; также информативны другие исследования функции и реакции высвобождения тромбоцитов.

Как аппарат искусственного кровообращения, так и гемодиализаторы могут стать причиной активации системы комплемента. Это может привести к клинически значимым легочным лейкостазам с последующим повреждением легких и их функций [5], [11], [16], [129] - [147]. По этим причинам целесообразно дать количественную оценку активации системы комплемента или возможной лейкопении при контакте крови с такими МИ (см. приложение E).

Благодаря большому отношению площади поверхности к объему циркулирующей крови оборудование для терапевтического афереза и устройства для избирательной адсорбции веществ из крови могут быть потенциальной причиной активации системы комплемента, системы свертывания крови, путей активации тромбоцитов и лейкоцитов. Исследование гемосовместимости МИ с большой площадью поверхности следует проводить по тем же принципам, что и тестирование экстракорпоральных оксигенаторов и гемодиализаторов.

A.5 Искусственные желудочки сердца и искусственные сердца

При функционировании эти МИ могут вызывать значительные изменения различных компонентов крови и в системах крови. К факторам, обусловливающим такой эффект, относят большую площадь чужеродных поверхностей, контактирующих с кровью, высокие режимы потока и участки с нарушенным потоком, таким как турбулентность или расщепленный поток. Тестирование таких изделий может включать в себя измерение гемолиза, исследование процессов тромбообразования, формирования фибрина, тромбоэмболизации, генерации тромбина, жизнеспособности и активации тромбоцитов, активации системы комплемента и тщательный мониторинг функционального состояния печени, почек, легких и центральной нервной системы. Важным компонентом тестирования является детальный патолого-морфологический анализ внутренних органов [236], [237].

A.6 Искусственные клапаны сердца

При проведении оценки гемосовместимости искусственных клапанов сердца важную роль играют инвазивное, неинвазивное и гидродинамическое in vitro исследования.

Одним из наиболее эффективных способов скрининга дисфункций искусственных клапанов является аускультация [186]. В двухмерной эхокардиографии и эхокардиографии в M-режиме используют ультразвуковое излучение для формирования изображений сердца. Отражения от материалов с различным акустическим сопротивлением воспринимаются и обрабатываются для формирования изображения, позволяющего изучить структуру протезных клапанов. Механические протезы излучают сильные эхо-сигналы, и движение окклюдера, как правило, может быть четко отображено. Качество изображения может зависеть от конкретного исследуемого клапана. Эхокардиография также может быть полезной при оценке функции протезов клапанов тканевого происхождения. Выявляют разрастания, тромбы и утолщения створок клапана. Используя традиционную и цветовую доплеровскую эхокардиографию потока, возможно идентифицировать и приблизительно оценить величину регургитации [2], [185] - [187].

Рекомендуется также исследовать жизнеспособность и агрегацию тромбоцитов, тромбоз и гемолиз, индуцированные контактом протезов с кровью, измерить давление и скорость потока, а также провести аутопсию клапана и прилегающих тканей [205], [206].

A.7 Протезы кровеносных сосудов

В различные участки венозной и артериальной системы могут быть имплантированы пористые и непористые материалы. Выбор места имплантации определяется главным образом анатомическими особенностями модели in vivo и местом имплантации при клиническом применении. Проходимость каждого протеза увеличивается при большем диаметре и меньшей длине. Проходимость протеза может быть установлена пальпацией по пульсу некоторых участков дистальных/периферических кровеносных сосудов и методом ангиографии. Также могут быть использованы ультразвуковое исследование, МРТ и ПЭТ. Также рекомендуются систематические измерения количества тромбоцитов, компонентов высвобождения тромбоцитов, продуктов деградации фибриногена/фибрина и активированных белков системы свертывания крови. Ценную информацию может представить аутопсия протеза и прилегающих сосудистых сегментов для их гистологического анализа. Для детального исследования гемосовместимости МИ необходим систематический визуальный и гистологический анализ продольного и поперечного срезов проксимального и дистального анастомозов, а также репрезентативных центральных частей протеза [4], [205]. Как и со многими другими МИ сердечно-сосудистой системы, для их эффективного функционирования следует использовать соответствующие клинические протоколы антикоагуляционной терапии.

A.8 Фильтры нижней полой вены, стенты и стентированные протезы

Фильтры нижней полой вены (фильтры НПВ), стенты и стентированные протезы допускается исследовать методами ангиографии и ультразвукового излучения. Допускается применять методики [205], используемые при исследовании сосудистых протезов (см. A.7).