01—什么是医疗器械体外降解？

医疗器械体外降解在实验室模拟生理环境条件下，通过体外试验研究医疗器械所用材料在化学、物理或生物因素（如水解、酶解、氧化）作用下的降解特性（如质量损失、分子量下降、力学性能衰减、降解产物释放等）的过程。

 

02—为什么要做体外降解研究？

评估安全性和生物相容性：

识别潜在毒性： 降解过程中释放的产物（单体、寡聚体、添加剂、催化剂残留、腐蚀产物等）可能具有细胞毒性、致敏性或刺激性。体外研究（如细胞培养实验）可以初步评估这些降解产物对细胞的直接影响。

预测炎症反应： 某些降解产物或过快的降解速率可能引发不良的炎症反应。体外研究（如检测炎性因子释放）有助于预测这种风险。

避免全身毒性： 对于可吸收器械，降解产物会进入体液循环。体外研究可以模拟这些物质在生理环境中的行为，初步评估其潜在的全身毒性风险（如溶血、补体激活）。

预测和控制降解行为：

降解速率： 了解器械在模拟生理环境（如模拟体液、特定pH值、含酶溶液）中的降解速度至关重要。降解太快可能导致器械过早失效，无法完成其功能；降解太慢则可能延长异物反应时间或干扰组织愈合。

降解模式： 是均匀表面降解还是非均匀的崩解/腐蚀？这对器械的功能维持和局部组织反应有重要影响。体外研究可以观察降解的模式（如通过质量损失、形貌观察、分子量变化）。

影响因素： 研究不同环境因素（pH、离子强度、酶的种类和浓度、机械应力、温度）对降解的影响，有助于理解器械在体内不同部位可能的行为。

确保功能性：

维持功能时间： 许多可降解器械（如缝合线、支架、骨固定装置、组织工程支架）需要在降解前维持一段时间的机械强度或结构完整性以完成其使命（如支撑血管、固定骨骼、引导组织再生）。体外降解研究结合力学性能测试（如拉伸强度、压缩模量）可以评估器械在降解过程中功能性维持的时间。

降解与功能匹配： 确保器械的降解速率与其预期的临床功能周期相匹配。例如，吻合钉需要在组织愈合后降解，而药物缓释载体需要按预定速率释放药物。

符合法规要求：

强制性评价： 全球主要医疗器械监管机构（如中国NMPA、美国FDA、欧盟CE-MDR）都明确要求对可降解和可吸收医疗器械进行降解性能评价。ISO 10993（生物相容性系列标准）和ISO 13781（可吸收植入物的降解研究）等国际标准为体外降解研究提供了具体指导。没有充分的降解数据，产品通常无法获得上市批准。

优化产品设计和材料选择：

材料筛选： 在研发早期，体外降解研究是快速、低成本地筛选不同材料配方或加工工艺的有效手段，帮助选择满足目标降解特性和安全性的候选材料。

设计改进： 通过了解降解行为和失效模式，可以优化器械的设计（如几何形状、壁厚、孔隙结构）以改善其性能。

理解降解机制：

基础研究有助于深入理解材料在生理环境下的降解机理（水解、酶解、氧化、腐蚀等），为开发更先进、更安全的可降解材料提供科学依据。

减少动物实验：

体外研究可以作为动物实验的重要预筛选和补充。通过体外研究排除高风险的材料或设计，可以减少不必要的动物使用，符合“3R原则”（替代、减少、优化）。

 

03—体外降解研究要素

样品制备：

将材料加工成标准形状（如薄膜、圆片、小棒等）。

降解介质：

- 缓冲溶液：磷酸盐缓冲液（pH 7.4）；

- 酶溶液：蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶等；

- 氧化环境：过氧化氢溶液；

- 模拟体液：接近真实体液的复杂溶液。

测试条件：

严格控制温度（37℃）、时间、介质体积与样品表面积比。

监测指标：

物理性质变化：重量损失、尺寸变化、表面形貌、力学性能下降；

化学结构变化：分子量下降、化学键断裂；

降解产物分析：单体、寡聚物等小分子检测；

介质变化：pH值波动、渗透压变化。

 

 

要素	定义及要求
环境模拟	使用标准缓冲液/酶溶液，37℃恒温，pH 7.4 ± 0.2，定期更换介质
测试周期	覆盖预期临床使用周期（3个月~3年），多时间点采样分析
关键指标	质量损失率≥10%、分子量下降≥25%或力学性能丧失≥50%时需重点评估风险
降解产物分析	定性/定量检测产物，参照ISO 10993-17评估毒理学风险
报告要求	提交降解动力学曲线、产物释放量随时间变化数据，与体内数据相关性分析

 

04—哪些产品需要考虑体外降解？

（1）可吸收/生物降解植入物

 

 

产品类型	典型示例	降解研究重点
骨科植入物	可吸收骨钉/骨板/螺钉（PLA、PGA材料）	力学强度衰减速率、降解产物对骨细胞的影响
心血管植入物	可吸收血管支架（镁合金、聚乳酸支架）	降解周期与血管再狭窄时间的匹配性
外科缝合线	聚对二氧环己酮（PDO）缝合线	抗张强度维持时间（覆盖伤口愈合周期）

 

（2）组织工程与再生产品

 

 

产品类型	典型示例	降解研究重点
组织修复支架	胶原蛋白/壳聚糖骨填充材料	孔隙结构坍塌速率、降解产物促进组织再生能力
人工皮肤/膜材	PLGA创伤敷料	降解速率与创面愈合速度的同步性

 

（3）载药器械和缓释系统

 

 

产品类型	典型示例	降解研究重点
微球/纳米粒	PLGA载药微球（抗癌药缓释系统）	材料降解与药物释放动力学的关联性
药物涂层器械	药物洗脱支架（DES）聚合物涂层	涂层降解导致的血栓风险、局部药物浓度峰值

 

（4）新型可降解材料器械

材料类型：镁/锌合金、聚己内酯（PCL）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）

研究重点：金属离子释放量（Mg²⁺等）、局部pH变化导致的组织刺激

体外降解结果仅作为初步筛选依据，不能完全替代体内试验。器械的最终安全性必须通过动物实验及临床试验验证。体内环境存在动态代谢、细胞相互作用等复杂因素，无法被体外系统完全模拟。

 

05—关心的几个问题？（官方答疑）

1. 可吸收止血产品体外降解试验要求

建议模拟体内条件（37℃、蛋白水解等）研究产品完全吸收降解所需时间及所有降解产物。观察指标包括：溶解性、降解周期、降解条件与速度关系、主要产物及含量、形态改变（崩解过程、碎片变化等）。

2. 透明质酸钠凝胶降解试验要求

依据YY/T 0962-2014，需在产品技术要求中制订体外降解试验要求。设置多个时间点观测至完全降解，对不同时间点的降解程度制订上下限要求，可通过调节酶浓度实现加速降解。

3. 可降解镁金属植入物技术要求

参照GB/T 16886.15和ASTM F3268进行降解性能研究，需考量：降解产物成分/浓度/pH、第二相降解状态、降解速率、机械性能维持等随时间的变化趋势。体外测试不能替代体内实验。

4. 长降解周期产品观察终点设置

降解研究应包含体外和体内试验。体外降解参考YY/T 1806.1等标准，体内观察期至少设置三个时间点：初始降解阶段、降解进行阶段、组织反应稳定/产品基本消失阶段。

 

来源：不严肃医械研究

关键词： 医疗器械 体外降解