人类辅助生殖技术用医疗器械器具类产品质量控制

【作 者】李崇崇，李静莉，王春仁，韩倩倩

中国食品药品检定研究院，北京市，102629

0 引言

当今社会，在环境污染加重、社会压力增大等诸多因素的影响下，不孕症的患病率正逐年攀升。WHO在20世纪80年代末期的流行病学调查显示，发达国家不孕症的患病率为5%～8%，而发展中国家甚至可达到30%。在我国，不孕症患病率为18%[1-3]。WHO预测，21世纪不孕症将成为人类第三大类疾病[4-6]。

人类辅助生殖技术（humanassisted reproductive technology,ART）起源于20世纪70年代，是目前公认治疗不孕症的最有效方法[7]。近年来，在社会需求的刺激下，ART的相关技术和医疗器械产业迅速发展并不断完善，所涉及的相关医疗产品内容也越来越丰富，主要分为器具类、液体类以及诊断及检测试剂类产品[7]。其中，人类辅助生殖技术用医疗器械器具类产品（以下简称器具类产品）主要包括辅助生殖用穿刺取卵针、辅助生殖用移植管及其附件、辅助生殖用显微操作针和辅助生殖用显微注射器等[8]。器具类产品的安全和有效性直接影响着患者本身以及子代的安全与健康[9]。下面将针对ART器具类产品的质量控制要点进行阐述。

1 ART用医疗器械的监管情况

1.1 国外对ART用医疗器械的管理

美国联邦法规（CFR）的21章中第884部分的G项中对ART用医疗器械的分类和定义进行了规定，将大多数的该类产品归为Ⅱ类医疗器械进行管理[10]。并且针对不同类别的产品，CFR21第884部分和FDA体外受精及辅助生殖器械指南（草案）中提出了标准化的技术要求，如鼠胚实验、无菌、内毒素、生物相容性等[11]。

欧盟方面在2012年颁布了《体外受精和辅助生殖技术产品的合格评价指南》，要求从风险管理的角度对ART相关医疗器械进行管理。指南中强调IVF/ART产品的设计将影响到其风险程度，对于符合医疗器械定义的IVF/ART产品，应根据欧盟医疗器械指令（MDD 93/42/EEC）的条例进行分类，IVF/ART产品多归为Ⅱa/Ⅱb或者Ⅲ类医疗器械进行管理[12]。

标准方面，目前美国、欧盟及加拿大等国家仅对辅助生殖用医疗器械器具类产品的临床各环节制定了相关的标准或者SOP[9]。

1.2 我国对ART用医疗器械的管理

近年来，我国药监部门从分类管理、行业标准制定、质量控制技术、注册技术审评等方面全方位加强对辅助生殖用医疗器械的监管，取得显著成效。

在原国家食品药品监督管理总局发布的2018版《医疗器械分类目录》[13]中，辅助生殖器械归入18-07“辅助生殖器械”部分，其中器具类产品基本按照Ⅱ类进行管理，体外辅助生殖用液按照III类进行管理，辅助生殖专用仪器除辅助生育激光系统外均按照II类进行管理。

2014年，国家药品监督管理局批复中国食品药品检定研究院（简称中检院）为ART用医疗器械标准技术归口单位，主要负责该领域行业标准的制定工作。时至今日，中检院已组织制定了我国自主研发ART用医疗器械行业标准8项，其中已发布6项，报批2项。

此外，国家药品监督管理局分别于2018、2019和2020年发布了《人类体外辅助生殖技术用液注册技术审查指导原则》《辅助生殖用胚胎移植导管注册技术审查指导原则》以及《辅助生殖用穿刺取卵针注册技术审查指导原则》，以提升人类辅助生殖用医疗器械注册审查工作的质量。

2019年12月，国家药品监督管理局发布的《关于公布新增和修订的免于进行临床试验医疗器械目录的通告》（2019年第91号）中明确指出18子目录下Ⅱ类无源产品均免于进行临床试验。这一举措进一步加速了产品的上市步伐，推动了行业的发展。

我国标准和监管体系的日益成熟，也推动了ART行业的发展，截至目前已有21个国内生产厂家的54个辅助生殖用医疗器械产品获得了注册证。

2 ART用医疗器械器具类产品质量控制要点

2.1 原材料控制

器具类产品的作用对象是配子、合子及不同细胞阶段的胚胎，对于这些细胞而言，微小的环境变化，都会对其质量和发育情况产生直接的影响，并且作用难以磨灭[7]。因此，应从源头上把控原材料（包括包装容器）的质量，对原材料的来源、质量控制标准及验证方法等进行详细的分析，保证其安全性和有效性。在原材料的选择上，应选择无致癌、致畸、致突变性，无生殖毒性和遗传毒性的原材料，并对原材料的安全性、可沥滤物、相关毒理学、临床应用史等进行分析。对于与产品直接接触的产品初包装，应从物理、化学、毒理学等方面进行评价，保证在产品灭菌、贮存和运输过程中不对产品性能和安全性产生不利的影响。

2.2 产品设计

为达到预期性能的要求，产品的设计应充分考虑使用过程中的有效性、安全性以及便捷性，既要保证能够达到使用目的，便于操作使用，还要考虑产品使用过程中可能引起的对患者或是胚胎细胞的损害。例如用于固定卵母细胞的固定针，其内腔直径和边缘的平滑程度将直接影响卵母细胞的质量；再比如剥卵针的边缘平滑程度、尺寸规格都会影响其对卵丘颗粒细胞的去除效果。

采用新材料制造的产品或声称的更安全/操作更简单等其他特殊性能，应根据产品特点制定相应的性能要求，设计验证该项特殊性能的试验方法[14]。

2.3 产品控制

2.3.1 物理性能

产品的物理性能如结构、尺寸、力学性能等直接决定了产品的安全性和有效性。ART器具类产品的作用对象多为配子、合子、胚胎等，且操作过程精密而复杂，这就对于产品尺寸、粗糙度以及断面的处理等提出了更严苛的要求。

以显微注射针为例，其各个部位的物理参量不仅会影响到注射的效率，更重要的是将直接影响合子的存活率[15]。首先，合理的针长才能保证有适宜的注射用尖端；其次，尖端开口的内外径，外径过大会增大刺入原核的困难程度，也会在注射后引起更多的受精卵卵裂，内径开口过小又会增大粉尘阻塞的可能性；再次，针尖部位的锥度，也会直接影响刺入的难易程度；针尖与玻璃管肩部之间的距离，如果距离太短，玻璃管的肩部会影响注射效果，距离太长则会降低注射针的稳定性，使其在穿过矿物油层以及注射过程中发生弯曲，导致注射失败。只有在设计、加工过程中做到多个细节的严格把控，才能保障最终产品有效。

ART器具类产品品种多样，不同类型的产品用途也各不相同，应根据其预期的临床使用，充分考虑使用过程中给患者主体以及胚胎、配子带来的直接损伤，对其物理性能检测项目及指标进行选择、设计和控制。

2.3.2 化学性能

化学性能与产品的安全性密切相关，由于ART器具类产品的特殊作用对象和预期用途，对其化学性能的要求就更加严苛，因此要结合产品原材料和制造工艺，在各个环节中充分考虑有害元素、加工助剂以及环氧乙烷灭菌的残留。

例如以硼硅酸盐毛细玻璃管为原料生产的显微注射针，首先要对原材料进行控制，有的原料出厂时没有经过严格的清洗，管壁会有碳化物颗粒等杂质的残留，无法直接使用，因此要在使用前对原材料进行清洗、浸酸、烘干、灭菌等，从源头保证产品的质量。

考虑到铅、铬、铜、锌等多种重金属离子具有致癌、致畸性，因此在产品的设计和加工过程中应当明确采取的处理方法及限量要求，尽可能降低或者去除重金属。

除此之外，大量相关研究已经证实，环氧乙烷不仅会对直接接触的生殖细胞产生毒性，还会在受精、卵裂、囊胚形成等过程中产生不良的影响，最终影响胎儿的发育，若终产品使用了环氧乙烷进行灭菌处理，应明确标注环氧乙烷残留量的限值，并进行分析和说明[16]。

关于各类化学指标的检测，由于目前尚无ART器具类产品的通用检测标准，可参考GB/T 14233.1-2008 进行评估，涉及的主要项目有酸碱度、重金属、还原物质、紫外吸光度、蒸发残渣、环氧乙烷残留等。

2.3.3 生物性能

ART器具类产品首先要保证产品无菌，细菌内毒素也要控制在合格的范围内。相关的检测可参考GB/T 14233.2-2005。

对ART器具类产品中与患者、配子、合子、胚胎直接或间接接触的材料的生物相容性评价也是ART器具类产品质控的要点。主要的评价项目除了要包含GB/T 16886系列标准中涉及的常规检验项目，如热原、细胞毒性试验、致敏试验、刺激试验、急性全身毒性试验、溶血试验等，考虑到其作用的对象，还要参考国家食品药品监督管理总局已经发布的辅助生殖相关检测标准，YY/T 1434-2016《人类体外辅助生殖技术用医疗器械体外鼠胚试验》、YY/T 1535-2017《人类体外辅助生殖技术用医疗器械 生物学评价人精子存活试验》做好进一步的评价。

对于可能接触配子和/或胚胎的产品，需要进行体外鼠胚试验。鼠胚试验有1-细胞和2-细胞两种方法，由于1-细胞胚胎方法更加敏感，因此通常推荐使用1-细胞胚胎方法，但是要注意排除例如受精卵本身质量问题等因素的干扰[7]。鼠胚实验结果的判定是囊胚成形率以及囊胚形态，但是仅凭这两点无法完整地说明囊胚质量的优劣，因此可兼用囊胚细胞计数法，通过对囊胚内外细胞团进行鉴定和计数的方法对发育期的胚胎进行分析[14,17]。

对于可能接触精子、卵母细胞或胚胎的产品，需进行人精子存活试验来判断受试物对生殖细胞及胚胎的潜在毒性。精子存活试验能够对最低水平的毒性表现出最大的敏感性，但是由于不同个体的精子间存在个体差异，并且精子的冷冻时长也会对实验结果产生影响，因此在实验过程中应充分考虑干扰因素，并在必要时联合其他评估手段一起使用[7,18]。

若产品中（包括包装容器）所含成分具有致癌、致畸及致突变性潜在风险，应对该成分的应用进行详细的分析，并对其致癌性、致突变性及生殖毒性的生物相容性进行评价[7]。

2.4 生产制造控制

ART器具类产品的预期用途决定了其加工工艺较为精细和复杂，因此首先要保证工艺的稳定性，对于特殊工艺和关键工艺，要严格把控要点参量。考虑到生产工艺中使用的添加剂、溶剂的残留可能带来的风险，因此需明确生产过程中各种加工助剂的使用情况及对杂质（如残留单体、小分子残留物等）的控制情况，采用或建立相应的检测方法对残留量进行测定，并对工艺残留杂质对人体及配子、合子和胚胎的影响及其可接受限量进行分析评价[19]。

2.5 包装和灭菌

2.5.1 产品货架有效期和包装研究

（1）货架有效期

货架有效期包括产品有效期和包装有效期。货架有效期可采用实时老化或加速老化的方法进行验证。实时老化应遵循极限试验和过载试验原则。加速老化研究试验的具体要求可参考YY/T 0681.1-2009 和ASTM F1980 。加速老化的实验条件应与宣称的运输储存条件下真实产品老化的机制相匹配。若加速老化的方式会导致产品变性，则应以实时老化的方法进行测定和验证。

（2）包装及包装完整性

产品的包装设计及验证应充分考虑对产品使用性能的影响，并应在宣称的有效期内以及合理的贮存、运输储存条件下保持完整性。包装验证可参考标准包括GB/T 19633、YY/T 0698系列标准、ISO 11607、ASTM D4169-16等。

2.5.2 灭菌工艺研究

ART器具类产品的灭菌过程应予以确认并进行常规控制，确保产品的无菌保证水平（SAL）达到1×10-6。灭菌的方法和参数可根据产品进行选择，但需对选择依据进行说明。灭菌过程的控制应根据不同的灭菌方法参考相应的标准，例如，若采用环氧乙烷灭菌，应符合GB 18279.1、GB/T 18279.2的要求；若采用湿热灭菌，应符合GB 18278.1的要求；若采用辐射灭菌，应符合GB 18280.1、GB 18280.2、GB/T 18280.3的要求；若产品采用其他灭菌工艺，应符合GB/T 19974的要求。

3 小结

随着不孕不育症的增多和人类辅助生殖概念的渗透，会有更多的人类辅助生殖产品面世。为了促进人类辅助生殖类医疗器械产品安全有效地走向市场，应从原料的来源、产品的设计、生产工艺、关键性能指标及外源污染因子检测等各个方面进行质量控制，并对包装、保存和运输等全过程进行严格把关，最大程度地减小各个环节中可能引入的风险，提升产品的质量。另外，对于有可能引入的很多痕量级外源性污染因子，还应在产品的质量控制中引入更先进的分析手段如原位分析、痕量分析等，完善该类产品的评价技术和方法[19]。我们从多个方面对器具类产品的质量控制要点进行了阐述，希望能促进相关产品的研发和生产，并为该类产品检测及监管提供技术参考。