纳米材料医疗器械的产业及监管现状和标准化工作进展

【作者】邵安良，徐丽明

中国食品药品检定研究院，北京市，100050

纳米材料医疗器械的产业及监管现状和标准化工作进展

【作者】邵安良，徐丽明

中国食品药品检定研究院，北京市，100050

该文通过查阅大量国内外资料，分别从纳米材料医疗器械产业发展及趋势、国内外监管现状、国内外标准化工作等方面进行了全面的剖析。并且结合本课题组在纳米材料医疗器械安全性评价领域所做的工作，就如何推动纳米材料医疗器械生物学评价标准化工作进行了展望。

纳米材料医疗器械；产业；监管；标准化

随着纳米科学和纳米技术在医学领域的快速应用发展，纳米材料医用产品大量涌现。纳米技术在医疗领域的应用主要包括：基因或药物纳米释放系统[1]、纳米药物[2]、肿瘤的靶向治疗[3]、影像诊断[4]、骨诱导材料[5]、纳米抗菌系列产品[6-8]等。其中，纳米材料类医疗器械主要有：含纳米羟基磷灰石的骨诱导材料、纳米陶瓷粉创伤敷料、纳米抗菌系列产品等。由于纳米材料特有的小尺寸效应，比表面积大及活性强，传统的材料表征、安全性和有效性评价标准体系可能不（或不完全）适用于纳米技术产品的安全风险控制。因此，需建立与完善适用于纳米材料医疗器械检测与评价的标准体系，为法规及指导原则的制订提供技术支持。

1 纳米材料医疗器械产业发展现状和趋势

随着纳米技术在医学领域应用的快速发展，大量的纳米生物材料类医疗器械产品纷纷问世。目前，在美国上市的产品主要有：含银组合产品（如含纳米晶体银抗菌创伤敷料 ACTICOAT）、纳米银涂层导管；纳米涂层支架（如XIENCE nanoTMEverolimus Eluting Coronary Stent System）；纳米骨填充材料（如 人工合成磷酸钙、纳米羟基磷灰石等）；牙修复材料（如3M ESPE Filtek纳米粘结II胶粘剂）。一些进口纳米材料医疗器械产品已经进入国内市场，如我国药监总局已经批准了4个进口纳米骨填充材料产品(如：纳米复合树脂NANOSIT, 通用纳米陶瓷修复材料（复合树脂）Ceram X 等)。随着纳米技术产品国际贸易的发展，还会有更多的纳米技术医疗器械进入国内市场。

我国在2004年左右开始有相关纳米材料医疗器械产品上市，主要包括纳米银抗菌产品等；2006年，产品上市达到高峰，其中含纳米银的抗菌系列产品约56%，其他有医用纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合骨充填材料等。目前由于监管政策的变动，2007年至今只有医用纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合骨充填材料作为纳米材料医疗器械被批准，含纳米银医疗器械均未被批准注册。

2 国内外纳米材料医疗器械监管情况

美国FDA医疗器械和辐射健康中心（FDA Center for Devices and Radiological Health）在2010年9月发布Questions for discussion for public workshopmedical devices and nanotechnology: manufacturing, characterization, and biocompatibility considerations。该公告针对纳米技术医疗器械，提出要考虑产品的制造过程，质量控制，表征和生物相容性等方面内容。如①对纳米技术产品的表征，包括尺寸、尺寸分布、形貌、纯度、组成、表面成分（活性）、表面电荷、表面积、聚集/分散状态、降解等。在考虑表征的内容时也要考虑采取多种方法对同一属性进行表征；②要充分认识到当制造过程和质控发生小变化时，成品可能会发生很大的变化；③在评价和质控中，建议增加对照材料（包括阴性和阳性对照）；④考虑对内毒素的检测；⑤对于生物相容性评价，要考虑医疗器械中纳米材料的释放、降解、代谢、吸收、分布和排泄等；⑥比较体外试验中采用试剂盒与采用标准细胞毒性，遗传毒性方法之间的差异；⑦充分考虑和分析传统的评价方法是否仍然适用于对纳米材料的评价。

欧洲标准化委员会(CEN)在2005年就成立了医疗器械新兴技术工作组(Working Group on New and Emerging Technologies in Medical Devices, N&ET Working Group)，将其作为监管决策的技术支撑。在该工作组的标准化工作支持下，2006年欧洲医疗器械法规规定“将组合有或含有纳米级颗粒、成分或部件的医疗器械（被包裹或结合在一种不能释放到病人器官、组织、细胞或分子中的除外）都作为III类医疗器械监管”。CEN已经开始探讨医疗器械生物学评价(ISO 10993)系列标准是否适用于纳米技术产品的评价工作，并且提供了需要研发及修订标准的清单；起草了法规性指导文件，解释所考虑到的风险特征，提供可能的风险控制解决方法，协助确定适当的管理途径；在市场后期管理采取必要的行动，起草纳米技术产品临床研究的指导原则，以及特殊的除外准则[9]。

澳大利亚已经考虑到纳米材料医疗器械在医学领域应用中的特殊性。如产品质量控制，表征和生物相容性等之间的相关性，纳米材料的释放、降解、代谢、吸收、分布和排泄等。随着纳米技术的快速发展，建议生产制造商、科研院所、检测机构、政府监管部门等一起对纳米材料的风险做好充分的评估和判断，以确保纳米技术相关医疗器械的安全性。

我国药监部门2004年首次对纳米材料医疗器械进行了分类界定，划归为II类医疗器械，由省级药监部门审批（国食药监械[2004]53号）。然而，随着科学研究的发展，大量纳米材料的毒理学研究结果提示纳米材料对人体的暴露存在一定的安全风险。因此，于2006年我国药监部门将含纳米生物材料类医疗器械由II类划归为III类医疗器械，加强了安全监管（国食药监械 [2006] 146号）。在2006年之后大量的曾经按照II类医疗器械获得注册证的产品开始按照III类医疗器械的监管要求重新注册。同时，也有新的产品提出注册审评申请。于2012年，为了明确该类产品注册审评要求，为产品的安全性和有效性评价提供技术支持，药监部门发布通知文件，要求该类产品注册审评资料应补充纳米材料的表征、质量控制、生物相容性、细胞毒性和基因毒性评价等方面的研究和验证资料。对于已经按照第三类医疗器械申请重新注册的纳米银类产品，申请人应当在2014年8月31日前按照补充资料通知的要求一次性补齐(食药监办械[2012] 105号)。

目前近50余个曾获得II类医疗器械注册证而到期限的含纳米材料的医疗器械产品正在申请换证，进行III类医疗器械的重新注册。同时，新的含纳米材料产品将不断涌现，如正在进行注册检验的纳米银涂层导管、亲水纤维含银烧伤功能性敷料等。由于缺乏纳米材料医疗器械的检测与评价标准，对这类纳米技术产品的科学监管是监管部门目前面临的巨大挑战。

3 国内外相关标准化工作现状

纳米技术标准的主要研究机构有国际标准化组织(ISO/TC229)，美国材料与试验协会(ASTM)，我国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)。美国癌症研究院纳米技术表征实验室(NCL)也建立了一系列规范性的方法。截止2014年3月，各个机构的纳米相关标准研发进展情况汇总如下。

3.1 国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）

目前国际标准化组织纳米技术委员会（ISO/TC 229）已经颁布的纳米技术相关标准有37项[10]，正在研制的标准有20项[11]。ISO/TC 229发布的标准涵盖内容目前主要包括碳纳米管（包括单壁和多壁），磷酸钙，氧化钛，金属颗粒等纳米材料的表征（占多数）、纳米技术相关术语、定义以及风险评估等。ISO/TC 229正在研制的标准涵盖内容主要包括纳米技术相关术语和定义，纳米颗粒在细胞水平效应，纳米颗粒的职业暴露，样品准备，剂量考虑，毒理筛选方法，纳米材料分散与聚集对毒理学的影响等。从TC 229标准研发的过程中可以看出，在初期主要侧重纳米材料表征的测量方法标准及术语和定义、风险管理等基础标准制定；在近几年来开始增加了纳米效应的细胞水平评价和生物效应、毒理学评价的标准研发。其中，有助于纳米材料医疗器械的安全性和有效性评价的相关标准有ISO/29701-2010：纳米材料体外内毒素试验-鲎试剂试验，本标准描述了应用鲎试验评价纳米材料的内毒素污染情况，为基于细胞的体外生物学试验系统做准备；本试验适用于能够被水性介质（例如：水，血清或反应介质）分散或浸提的纳米材料，使纳米材料与这种介质在37oC培养适当的时间。该项国际标准已被非等同转化为我国医疗器械领域的行业标准，标准名称为《医疗器械生物学评价纳米材料 细菌内毒素试验》预计2015年发布。由于纳米材料具有很强的吸附能力，极易吸附内毒素等外源物质，因此医用纳米材料要求必须做内毒素检测试验。TC 229正在研制的标准如ISO/AWI-19006：采用荧光探针DCFH-DA评价纳米颗粒的氧化应激作用，可以更好的理解基于细胞水平的纳米颗粒毒性机理中的氧化应激作用；ISO/AWI-19007：采用改良后的MTS方法评价纳米颗粒对细胞活性的影响，从纳米材料的特殊性来探索更适宜的细胞活性评价方法。

国际标准化组织医疗器械生物学评价标准化技术委员会第十七工作组（ISO/TC 194/WG17）是专门负责医疗器械中涉及纳米材料的生物学评价标准化工作的，目前还没有发布或正在实施的纳米相关标准。其中WG17 纳米材料工作组目前正在研发的标准有“ISO/TS 10993-21医疗器械生物学评价 纳米材料评价指南”。该项标准草案全面地考虑了医疗器械领域纳米材料以及纳米技术可能带来的风险；并对如何去评价这些风险给出了指导性建议。该标准的主要内容包括纳米材料的表征；原位机械作用形成的磨屑和纳米材料的释放；纳米材料的毒代动力学评价；作为医疗器械组成部分的纳米材料的生物学评价；风险评价；评价结果的表示等。其中纳米材料表征的对象主要是组成医疗器械的纳米材料与从器械中释放出来的纳米材料，包括物理学描述、化学组成以及内在特性（如何与周围的环境相互反应）；纳米材料的释放中要考虑降解产物，磨损（考虑纳米材料是包含在器械中，还是纳米涂层等）；在生物学评价方面，要考虑蛋白的动态吸附、毒代动力学（影响因素主要包括纳米材料给入途径、尺寸大小、表面属性、动物种类等）等。

3.2 美国材料与试验协会 (American Society for Testing and Materials，ASTM)

美国材料与试验协会（ASTM）E56工作组已经颁布的纳米技术相关标准有12项[12]。

重点在于对纳米粒子的表征如尺寸大小及分布，电泳率及颗粒分散，术语等。另外也有部分评价方法：如溶血试验、克隆形成试验、细胞毒性试验等。目前建议提案有6个，包括含纳米银纺织物中纳米颗粒的检测与表征；用于电子显微镜观察的金属纳米颗粒的样品制备；以及纳米技术在环境、健康、安全中的指导原则等。

3.3 美国癌症研究院纳米技术表征实验室

美国癌症研究院纳米技术表征实验室（Nanotechnology Characterization Laboratory，Frederick National Laboratory for Cancer Research）公示的纳米材料评价方法操作规程有41项[13]。除了少数表征的操作规程，如：尺寸、形貌、金属含量等之外，主要是生物学评价方法，包括细菌内毒素检测、溶血试验、微生物污染、支原体污染、血小板聚集、活性氧（ROS）检测、白细胞增殖、凋亡等检测方法。其中在纳米颗粒的生物学评价方面的内容相对较多，并且部分操作规范已被ASTM采纳（如细胞毒性试验，溶血试验等）。

3.4 全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)

我国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)总共发布了43项纳米技术相关标准[14]。其中偏重各种纳米材料（包括镍粉、氧化锌、二氧化钛、碳酸钙、氧化铝、碳纳米管等）理化性能的检测，在生物学评价方面的技术内容还很缺乏。

3.5 纳米材料类医疗器械标准制定和标准化研究工作进展

中国食品药品检定研究院（简称中检院）暂作为纳米材料类医疗器械技术领域标准的归口管理单位，承担该技术领域标准的制修订工作。纳米材料类医疗器械安全性评价方面的标准化工作自2010年开始，目前已经报批的行业标准有“医疗器械生物学评价 纳米材料 体外细胞毒性试验”、“医疗器械生物学评价 纳米材料 细菌内毒素试验”；正在研发中的行业标准有“医疗器械生物学评价 纳米材料 溶血试验”。

在纳米材料类医疗器械生物学评价方面，目前已经完成的项目有：纳米银生物学特性和生物相容性研究、纳米银透过体外血脑屏障模型引起脑神经毒性的机理研究、纳米医疗器械的免疫毒性研究。随着纳米银毒理学研究的进展，大量的体内外实验研究从不同角度，在各种动物模型和细胞中发现了纳米银的许多相同的以及不同的毒性特征和分子机制[15-24]。这些研究结果表明纳米银的毒性强度不仅与剂量有关，还与粒径的大小、形状、聚集状态、颗粒表面的化学修饰及电荷有着重要的关联性。因此，纳米材料及含纳米材料产品的表征被认为是非常重要的。

根据国家食品药品监督管理总局对含纳米银和银离子类医疗器械监管的需要，中检院2012年以“学科带头人培养基金”的形式批准了“含银敷料中银存在形式和体外释放特征的表征方法研究”（2012X2）课题。该课题主要研究内容包括含银敷料中银存在形式的表征和体外释放特征的表征方法两部分。研究的目标是：①确认含银产品（敷料类）中是否含有纳米银或纳米级银晶体，鉴别和界定其产品属于纳米银医疗器械还是银离子医疗器械；②建立含银敷料类产品中银的体外释放特征的标准化释放实验和表征方法。目的：①明确有无纳米银颗粒的释放和脱落，为分类监管和风险分析提供科学数据；②了解银离子的释放特征，为风险分析、临床前的安全性评价和安全剂量的设定及临床使用适应症的合理性判断提供依据。在含银敷料中银存在形式的表征方法中，主要采用扫描电镜、透射电镜及能谱分析仪表征样品中纳米银的形貌、粒径分布，定性检测样品中银的存在；采用X射线光电子能谱（XPS）检测样品中银的价态，鉴别是单质银（Ag0）还是化合态银（Ag+），进而判断有无纳米银颗粒的存在；采用X射线衍射仪检测银晶体结构，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-MS、ICP-OES）或原子吸收（AAS）定量分析样品中银的含量；同时，通过采用纳米级滤膜过滤截流的方法，分离纳米银颗粒，测定总银的释放量和银离子释放量，从而可以判断银颗粒释放和脱落的百分比。在对多家含银敷料的研究中发现有些使用银离子（化合物银）作为原材料制备的含银敷料中都能检测到纳米银颗粒，而且在往复支架法（美国药典中的透皮贴剂药物释放试验方法）的释放试验中证实有不同程度的纳米银颗粒物释放和脱落。这些实验方法为科学地对含纳米材料复合产品的表征提供了有效的方法，为该类产品的风险分析和科学监管提供技术支持。

中国食品药品检定研究院已经提出在全国医疗器械生物学评价标准化技术委员会（SAC/TC248）旗下申请成立纳米医疗器械生物学评价标准化分技术委员会，相关工作正在审理中。今后拟开展的工作包括：提出纳米医疗器械领域术语和定义、分类、风险管理、纳米材料医疗器械复合产品中纳米材料表征、安全性评价和试验相关的标准制修订及研究项目的规划；不断完善相关标准的制定。

4 展望

为了更好的促进纳米材料类医疗器械产业的健康发展，有效地进行风险控制，迫切需要不断完善纳米材料医疗器械生物学评价标准体系。通过建立适合医疗器械领域纳米材料及纳米技术产品的检测评价技术方法及相应的标准，可以帮助科学评估医疗器械领域纳米技术应用的风险，为制订特殊风险控制、法规监管模式、指导原则等提供技术支持。同时，加强与其他国家及组织在纳米技术产品国际标准化工作的交流与合作，进一步推进标准化工作的进展，从而推动纳米生物材料类医疗器械行业的有效监管和产业的健康快速发展。

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Overview on the Market, Supervision and Standardization of Nanomaterial-Contained Medical Devices

【Writers】SHAO Anliang, XU Liming

National Institutes for Food and Drug Control, Beijing, 100050

In this paper, industry development and market tendency, supervision and standardization of nanomaterial-contained medical devices are overviewed comprehensively based on a large number of reference data including national and international information. Furthermore, the consideration about standardization of biological evaluation for nanomaterial-contained medical devices is discussed by combined some works performed in our laboratory.

nanomaterial-contained medical devices, market, supervision, standardization

F203

A

1671-7104(2015)01-0051-05

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.014

2014-08-18

徐丽明，E-mail: xuliming@nifdc.org.cn