源自蠶絲的絲素蛋白醫(yī)用材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點。絲素蛋白材料主文檔備案日益增多,一批絲素蛋白醫(yī)療器械獲批上市,表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。文章介紹了醫(yī)用絲素蛋白材料在醫(yī)療器械中的研究和應(yīng)用,境內(nèi)外醫(yī)療器械產(chǎn)品上市情況,及絲素蛋白敷料類產(chǎn)品的審評關(guān)注點,供行業(yè)參考。
中國是世界絲綢的發(fā)源地,考古證據(jù)顯示中國的養(yǎng)蠶業(yè)早在公元前5000年~公元前3000年的仰韶文化時期便已出現(xiàn),相關(guān)種桑養(yǎng)蠶、繅絲織綢的生產(chǎn)技術(shù)在春秋戰(zhàn)國時期不斷進步,最終經(jīng)由絲綢之路聞名于世。時至今日,我國提出建設(shè)“新絲綢之路經(jīng)濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”,即“一帶一路”的合作倡議,繭絲綢行業(yè)也在這一新時代背景下迎來新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。近年來,源自蠶絲的絲素蛋白被制成纖維、膜、粉、微球、海綿、水凝膠、棒材板材等各種形態(tài)的生物材料,并在創(chuàng)面修復、組織工程等醫(yī)療器械領(lǐng)域研究中展現(xiàn)了良好的性能和前景,為繭絲在生物經(jīng)濟方面的創(chuàng)新和拓展奠定了科學基礎(chǔ)。本文旨在介紹醫(yī)用絲素蛋白材料在醫(yī)療器械中的研究和應(yīng)用及其審評關(guān)注點,為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。
蠶絲由絲素蛋白(約占總蛋白的72%~81%)和絲膠蛋白(約占總蛋白的19%~28%)組成。蠶在吐絲的過程中,絲素蛋白由蠶的后絲腺分泌,形成強韌的纖維,經(jīng)過前、中絲腺時,絲膠蛋白被分泌并均勻包裹在絲素纖維的表面,絲素蛋白纖維在絲膠蛋白的黏合作用下相互組合,最終形成具有高強度、高柔韌性的蠶絲。核心的絲素蛋白是纖維狀蛋白,含18種人體中存在的氨基酸,主要組成為甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸。絲素蛋白的分子鏈構(gòu)象包括無規(guī)卷曲、β-折疊、α-螺旋等[1]。
蠶絲經(jīng)過脫膠去除表面黏附的絲膠蛋白,留下核心部分為天然絲素蛋白纖維。脫膠方法通常有堿性試劑法、酸性試劑法、酶法等,不同的脫膠方法獲得的絲素蛋白存在理化性質(zhì)的差異,其中堿性試劑法應(yīng)用較為廣泛。天然絲素蛋白經(jīng)溶解除鹽后獲得的蛋白質(zhì)混合物為再生絲素蛋白,其基本的氨基酸序列與天然絲素蛋白相同,分子量、分子鏈的構(gòu)效關(guān)系發(fā)生變化。再生絲素蛋白溶液可經(jīng)干燥、助劑改性、靜電紡絲等步驟,進一步制備成各種不同性狀的材料,如纖維、海綿、粉末、凝膠、微球、薄膜等。由于絲素蛋白中存在多種活性氨基酸,可通過各種化學修飾手段賦予絲素蛋白材料各種新的功能和特性,為絲素蛋白材料在各個醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[2]。
蠶絲是蠶分泌到體外的天然高純度蛋白質(zhì),絲素蛋白易從蠶絲中提純,具有明確的一級結(jié)構(gòu)和氨基酸排序,生物安全性和生物相容性相對較好。絲素蛋白生物材料的生物相容性與脫膠加工技術(shù)、再生方式、化學改性、純化過程等有較大關(guān)聯(lián)。絲素蛋白的最終降解產(chǎn)物氨基酸可被人體吸收,絲素蛋白材料的分子量大小可通過加工處理方式來調(diào)節(jié),從而達到適應(yīng)不同生物體內(nèi)環(huán)境的要求[3]。
目前,在國家藥監(jiān)局醫(yī)療器械技術(shù)審評中心備案的絲素蛋白材料主文檔達20個,來自5家公司,見表1。備案類型涵蓋纖維、凝膠、組織補片、網(wǎng)片、凍干粉等類型,說明基于絲素蛋白材料的醫(yī)療器械產(chǎn)品開發(fā)日益活躍。原材料行業(yè)標準《組織工程醫(yī)療器械 絲素蛋白》于2022年列入制定計劃,目前處于報批發(fā)布階段,標準的發(fā)布也將進一步規(guī)范和促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
注:標紅部分為本公司已通過主文檔備案的三種絲素蛋白原料(絲素蛋白凍干原料、絲素蛋白原料、絲素蛋白生物材料),本公司也出售絲素蛋白原料,如有需要,可致電:400-080-9519,聯(lián)系我們。
張沖[4]將絲素蛋白材料用于制作補片修復肩袖損傷。絲素蛋白生物補片提高了愈合重建后的最大載荷值、剛度和位移生物力學指標,加快了腱-骨界面的愈合以及重建。絲素蛋白生物補片加強了術(shù)后腱-骨界面的有序地致密連接,對恢復生理功能起到了一定的促進作用,有望成為修復肩袖撕裂的良好載體。
王波等[5]概述了絲素蛋白基組織工程支架材料的研究情況,包括骨、肌腱、血管、神經(jīng)、皮膚等。絲素蛋白/羥基磷灰石復合支架經(jīng)試驗驗證了在大鼠顱骨骨缺損修復的促進作用;絲素蛋白血管支架材料通過接枝各種抗凝血劑來調(diào)控血管再生微環(huán)境,為組織再生提供空間并促進血管的再生;借助靜電紡絲、編織和涂層技術(shù)制備的復合型絲素蛋白導管,可用于促進大鼠坐骨神經(jīng)再生。
趙翔等[6]研究了絲素蛋白支架在顱頜面組織修復中的應(yīng)用,絲素蛋白具備可調(diào)節(jié)的機械強度和降解性,具備負載細胞、生物活性因子及藥物的載體性能,可滿足在顱頜面不同組織部位的性能需求。鄭雨欣等[7]概述了絲素蛋白作為口腔組織再生屏障材料的應(yīng)用,將絲素蛋白與其他材料如氧化鋅、羥基磷灰石混合,以及應(yīng)用靜電紡絲的方法使絲素蛋白膜具有良好的力學性能和適宜的降解率,從而更適合于臨床應(yīng)用。
雷彩虹等[8]研究了絲素蛋白材料的止血性能。通過凝血因子實驗、血小板黏附實驗等分析了絲素蛋白材料的止血機制和過程,通過大鼠肝部出血實驗評價絲素蛋白材料的止血效果,出血時間、出血量優(yōu)于市售對照品。
汪張偉等[9]將絲素蛋白材料用于制作骨科傷口的醫(yī)用黏合劑,采用豬皮模擬試驗顯示搭載的拉伸強度可滿足臨床需求。絲素蛋白黏合劑具備一定的可降解性能,細胞存活試驗和細胞遷移試驗顯示可對傷口愈合產(chǎn)生積極作用。
絲素蛋白材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究較多,但獲批上市的產(chǎn)品相對尚少。目前,國內(nèi)已批準基于絲素蛋白的主要醫(yī)療器械產(chǎn)品見表2,除蠶絲縫合線外,已上市絲素蛋白產(chǎn)品以膜狀敷料、凝膠敷料為主,二類產(chǎn)品多用于非慢性創(chuàng)面的覆蓋和護理,三類產(chǎn)品有用于供皮區(qū)覆蓋。其中申請激光術(shù)后創(chuàng)面護理的產(chǎn)品,是目前醫(yī)療美容領(lǐng)域的熱點。
注:標紅部分為本公司已取得的II類絲素蛋白醫(yī)療器械產(chǎn)品,本公司承接再生醫(yī)學生物材料研發(fā)生產(chǎn)服務(wù),提供組織修復及器官再造整體解決方案,如有需求,可致電:400-080-9519,聯(lián)系我們。
美國 Sofregen Medical,Inc. 開發(fā)的 SERI?Surgical Scaffold(510K編號:K123128)和SERI?Contour(510K編號:K172545),由純絲素蛋白制作,用作軟組織支撐和修復的支架,包括在整形和重建手術(shù)中加固軟組織,以及常規(guī)的軟組織重建;此外該公司開發(fā)了Silk Voice?(510K編號:K180631),是一種可注射的軟組織填充劑,主要用于改善聲帶功能不全。境外批準用于組織工程的絲素蛋白器械產(chǎn)品早于國內(nèi)。
目前國內(nèi)批準上市的絲素蛋白醫(yī)療器械以敷料為主,基于作者所在單位的技術(shù)審評經(jīng)驗,該類產(chǎn)品有如下審評關(guān)注點。
考慮到原材料的特殊性,產(chǎn)品性能應(yīng)包括絲素蛋白的鑒別、蛋白質(zhì)含量。關(guān)注絲素蛋白再生過程中引入的加工助劑殘留,常見的有溴化鋰,視情況制定相應(yīng)鋰元素的殘留限制。對于膜狀敷料,可參考YY/T 0471系列標準制定液體吸收、水蒸氣透過、阻水、阻菌性等適用指標。凝膠類產(chǎn)品應(yīng)給出黏度參數(shù)。
根據(jù)《動物源性醫(yī)療器械注冊技術(shù)審查指導原則(2017年修訂版)》,由動物組織的衍生物或天然獲取的物質(zhì)(如殼聚糖、蠶絲、蜂蠟等)制成的醫(yī)療器械,也需參照該指導原則[10]。因此,申請絲素蛋白醫(yī)療器械注冊,應(yīng)按照指導原則和YY/T 0771系列標準提交生物源材料的安全性研究資料,說明生產(chǎn)過程中滅活和去除病毒和/或傳染性因子的工藝過程,說明降低免疫原性物質(zhì)的方法和/或工藝過程,提供驗證性實驗數(shù)據(jù)或相關(guān)資料[11]。
應(yīng)按GB/T 16886系列標準對絲素蛋白敷料進行生物學評價,結(jié)果應(yīng)表明無不可接受的生物學危害。生物學評價終點的選擇應(yīng)考慮產(chǎn)品與人體累積接觸的最長時間,而不是單次使用接觸的時間,目前接觸創(chuàng)面的敷料的評價終點至少應(yīng)包括細胞毒性、致敏反應(yīng)、刺激或皮內(nèi)反應(yīng)、致熱性、急性全身毒性。對于液體、凝膠類敷料,常見使用不同的包裝方式和包裝材料,生物學評價應(yīng)涵蓋不同的初包裝材料。
符合《免于臨床評價醫(yī)療器械目錄》描述的二類創(chuàng)面敷料大都免于臨床評價,對于絲素蛋白敷料,如果申報的結(jié)構(gòu)組成和適用范圍在目錄的描述范圍內(nèi),且與已上市同類產(chǎn)品具有等同性,可免于臨床評價。如果申報特殊的適用范圍,或產(chǎn)品組成與已上市產(chǎn)品存在重大差異,則不排除需開展臨床評價或臨床試驗。
絲素蛋白材料具有良好的生物安全性、生物相容性、可設(shè)計性、機械和加工性能,已成為新型的平臺型材料,有望在各類無源醫(yī)療器械產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。目前,除部分絲素蛋白敷料類產(chǎn)品已在國內(nèi)獲批上市外,多數(shù)產(chǎn)品仍在臨床研究過程中?!督M織工程醫(yī)療器械 絲素蛋白》標準的立項和發(fā)布,將有力規(guī)范和促進絲素蛋白相關(guān)器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展。作為新材料、新工藝的絲素蛋白敷料產(chǎn)品,申報者和審評人員經(jīng)驗不足也是目前面臨的主要問題和制約因素,本文提出的審評關(guān)注點可以指導絲素蛋白敷料類產(chǎn)品的生產(chǎn)、研發(fā)、審評工作,提高注冊申報質(zhì)量,對相關(guān)器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有一定促進作用。
中心了承擔“國家十三五重點研發(fā)計劃生物材料研發(fā)與組織器官修復替代”專項課題,實現(xiàn)“低免疫原性膠原,絲素蛋白工程化制備技術(shù)及其產(chǎn)品研發(fā)”科技成果轉(zhuǎn)化,建立絲素蛋白(SFM)核心技術(shù)平臺,并進一步儲備透明質(zhì)酸、PLA、PLLA、葡聚糖、PCL、多肽、聚乙烯、PVA、聚氨酯、聚四氟乙烯、微晶鈣、殼聚糖、羥基磷灰石、人源化膠原蛋白等多種新一代主流醫(yī)用材料研發(fā)技術(shù)。
公司能夠提供組織修復及器官再造整體解決方案,為生產(chǎn)型和銷售型企業(yè)提供技術(shù)升級和新項目儲備服務(wù),現(xiàn)與國內(nèi)外多家藥品及醫(yī)療器械企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關(guān)系。
來源:《中國醫(yī)療器械信息》期刊
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