CNS 14393-16-2006 Biological evaluation of medical devices - Part 16 Toxicokinetic study design for degradation products and leachables《医疗器材生物性评估－ 第16部：降解产物与可溶出物毒性动力学之研究设计》.pdf

1、1 印月956月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 11.100 T5013-1614393-16經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 956月1日 月日 (共8頁)醫療器材生物性評估第 16 部： 降解產物與可溶出物毒性動力學之研究設計 Biological evaluation of medical devices Part 16: Toxicokinetic study design for degradation products and leachables 1. 適用範圍：本標準適用於進行與醫療器材有關的毒性動力學研究時，所應當具備的設計與

2、執行原理。 備考：附錄A描述醫療器材生物性評估包含毒性動力學研究之考量。 2. 用語釋義 本標準之用語除依CNS 14393-1醫療器材生物性評估-第1部：評估與試驗之用語釋義外，另作下述之定義。 2.1 降解產物(degradation product)：材料因化學性斷裂或分解而產生的產物。 2.2 可溶出物(leachable)：可被萃取的成分，如添加劑、單體或高分子材料的寡聚合物。 2.3 試驗物質(test substance)：用於毒性動力學試驗之降解產物或可溶出物。 2.4 吸收(absorption)：物質進入血液與(或)淋巴系統的過程。 2.5 分布(distribution)

3、：被吸收的物質與(或)其代謝產物循環及分布到全身的過程。 2.6 代謝(metabolism)：被吸收的物質在體內由於化學與(或)酶(酵素)的反應而產生結構改變的過程。 備考：初始反應的產物可能在排出之前緊接著會被酵素或非酵素反應修飾。 2.7 排泄(excretion)：被吸收的物質與(或)其代謝產物從身體中被排出的過程。 2.8 生物可用率(bioavailability)：物質全身性吸收的程度。 2.9 廓清率(clearance)：以代謝與(或)排泄將物質從體內移除的速率。 2.10 半衰期(t1/2)(half-life(t1/2)：特定分子在相同的體液或組織裡，其濃度降到最初濃度之

4、50 %時的時間。 2.11 平均滯留時間(mean residence time)：相關於半生期之統計上的動量(moment)，可以作為物質在體內停留的定量估算。 2.12 cmax：物質在血漿中的最大濃度，以質量/單位體積表示。 備考：當引用流體中或組織中的最大濃度時，應有適當的標示位如cmax,liver， 且以質量/單位體積或質量表示。 2.13 tmax：觀察到cmax時間。 2.14 AUC 0-t：投予單一劑量之物質後，從時間為0至時間為t血漿中濃度對時間的曲線下的面積。 備考：時間t一般外插至無限大。 2 CNS 14393-16, T 5013-16 2.15 AUMC 0-

5、t：投予單一劑量之物質後，從時間0至t之血漿濃度初動量對時間曲線下面積。 備考：時間t一般外插至無限大。 2.16 分布體積(Vd)(volume of distribution(Vd)：單腔室模式中的參數用以描述試驗物質在體內若均勻分布時含有試驗物質量的是視體積。 2.17 萃取液(extract liquid)：對試驗材料進行萃取過程所得到的液體。 2.18 生物降解(biodegradation)：醫療器材或生醫材料當曝露在生理或模擬環境下之變化，包括喪失完整性與(或)性能的改變。 2.19 生物吸收(bioresorption)：生醫材料在生理環境下被降解且產物被排出與(或)吸收的過程

6、。 3. 毒性動力學研究設計原理 3.1 毒性動力學研究應根據不同案例予以設計。 3.2 研究方案須於研究開始之前擬定。研究設計，包含研究方法，須在此方案中明確定義。關於研究範圍之細節定義於第4節。 3.3 應考量溶出研究的結果用以決定毒性動力學研究之方法。另外，亦應考量材料的化學與物理化學特性，表面型態以及可溶出物之生化特性資料。 備考： 可溶出物釋放之程度與速率是與溶出物表面濃度、從材料內部至表面之遷移及溶出物在生理環境內部的溶解度與流速有關。 3.4 研究時建議採用具有毒性特性的可溶出物或降解產物進行毒性動力學研究。然而，混合物的毒性動力學研究可能要在某些條件下才可進行。萃取液體（參見C

7、NS 14393-12醫療器材生物性評估第12部：樣品製備及參考資料）、研碎、粉末狀的材料或器材，可能會在特殊的情況下使用到，須在研究設計中說明其使用之正當性。 3.5 分析方法須可偵測並可區分降解產物、可溶出物、及生物性液體與組織代謝產物的特性。這些特性須詳備敘述於研究報告中(參見第4.1.11節)。定量分析方法須具體、靈敏且有再現性，並可在預計的分析物濃度範圍內產生有線性關係的數據。檢定方法的確效須在報告中說明。 3.6 研究設計須說明生理液體、組織或排泄物在何種分析物標準下測定。 備考： 血液易於取樣，因此常被選為動力參數及吸收研究的液體。但必須明確說明分析是否採用全血、血清或血漿，且提

8、供該項選擇的正確性。結合至循環中的蛋白質或紅血球可用體外方法測定。 3.7 研究報告中應包含分析物與樣本結合的資料(例如數量與親和性)，並且證實此性質不會造成分析物濃度測量值低估於實際濃度。 3.8 應有充足且適當間距的數據點以決定動力參數。理論上應涵蓋數個半衰期，但實際上分析方法的限制可能需要有所折衷。 4. 測試方法指引 4.1 一般考量 4.1.1 研究應以適當的性別與種別進行。應給予健康年輕的成年動物至少7天的3 CNS 14393-16, T 5013-16 時間使其適應實驗室環境。動物應被移轉至個別獨立的代謝籠子，並且使之適應環境至少24 h。環境的條件應與指導方針中關於動物的照顧

9、與使用之建議相同（參見CNS 14393-2醫療器材生物性評估第2部：動物福利之規定）。在研究期間給予動物的飼料及飲水應可任意取得，除非在實驗步驟中有明確規定。在每段研究期間動物應隨機分組；每組之動物數目，小型動物至少三隻為一組，大型動物至少兩隻為一組。在特定的時間後動物應施以人道犧牲。 4.1.2 當相關樣本存在，並且測試物質的代謝特性已明確確定時，可使用非放射性標的測試物質以提供測試物質適當並有效的檢驗步驟。 4.1.3 若必要時應在代謝穩定的情況下使用放射性標的測試物質，傾向使用14C或3H，並且使用適當的放射化學物質的純度(97%)。當選用3H時，應考量氚被替代的可能性。放射性標的物質

10、應在適當情況下用非放射性標的物質稀釋。 4.1.4 當使用放射性標的的物質時，須知道測試物質的特定活性及放射化學物質的純度。 4.1.5 測試物質應有適當的投藥途徑。此途徑應與醫療器材的用途相關。測試物質的製備應配合藥劑投予途徑製作成適當樣本。應了解並記錄投藥條件下的樣本穩定度。 備考：研究設計可能需包含其他途徑以作為比較。 4.1.6 在劑量平衡研究中，動物應僅能飼養在代謝籠內。 4.1.7 尿液與糞便應收集在低溫容器中(或含有防腐劑但不會干擾分析的容器內)以防止其排泄後微生物或自發性改變。用於全血或血漿分析之血液在收集時應使用合適的抗凝血劑。 4.1.8 對照組在任何可能的情況下都應比施藥

11、實驗組先進行採樣。在某一些研究中對照組的採樣(如組織)可能無法從測試動物上取得，而應另建立對照組來獲得。 4.1.9 採樣時間點應與所執行的研究相配合，且在必要情況下可在數分鐘、數小時、數天、數星期甚至數個月時進行。對於需要採集排泄物的研究而言，採樣時間週期通常為24 h並至少持續96 h。當需要採血時，血液的收集要根據特定的時間表在72 h的時間內以數分鐘至數小時為範圍作為時間點。 4.1.10 毒性動力學研究應按照優良實驗室操作規範執行。 4.1.11 研究報告須包含下列的相關資訊： (a) 動物品系與來源、環境條件、飼料、年齡、性別； (b) 測試物質與樣本、純度、穩定度、配方、投予量；

12、 (c) 測試條件，包括投予途徑； (d) 檢測方法、萃取、偵測、確效； (e) 全部材料的回收； (f) 各個時間點的研究結果繪製成表； (g) 符合品質標準或優良實驗室操作規範的聲明書； 4 CNS 14393-16, T 5013-16 (h) 結果討論； (i) 結果闡釋。 4.2 特定類型試驗指引 4.2.1 通則 研究設計應提供必要資訊以供風險評估，如此則不需作全盤檢測。 4.2.1.1 吸收、分布、代謝與排泄之研究可個別執行並進行單項檢測，亦可共同執行並在同一研究中同時進行數種檢測。 4.2.1.2 根據研究的設計，一些動力學參數可用吸收速率、清除速率、AUC0-t、AUMC0-

13、t、cmax、tmax、半衰期、平均滯留時間、體積分布與廓清率的方法測定。 4.2.1.3 動力學參數之測定僅可針對特定分子，因此檢測必須對此分子具有專一性及靈敏性。相關化合物的真實動力學參數僅可採用靜脈注射投予方式測定，因此在動力學參數研究設計上可能必須包含限量的靜脈注射研究。此方法可計算被吸收的劑量，因此可以作為其他研究中估算參數時的校正。 4.2.1.4 應採用適當的動力學模式來決定動力學參數。一些電腦程式可用於計算動力學參數。使用前軟體應先確效並文件化。程式中的假設及模型之選擇亦應文件化。 4.2.2 吸收 吸收與投藥途徑、測試物質的物理化學形式以及運送媒介有關。吸收值可用血液、血清、

14、排泄物及組織的濃度來量測。可考慮使用完整的生體可用率研究。適當研究種類的選擇要依據其他必要資訊、放射性標的物質之可用性及檢測方法來決定。在動力學參數的研究中，僅有從吸收階段取得足夠樣本，才可準確測量出吸收速率常數。 備考：現有的體外測試方法可提供化學物質經由胃腸與皮膚吸收的重要資訊。 4.2.3 分布 4.2.3.1 分布研究一般需要使用放射線標定的物質。研究可能為定量：測定組織切片中的含量，定性；使用全身自動放射顯影術(WBA)，半定量；使用分級的WBA標準。 4.2.3.2 一般而言，分布研究中的取樣時間應根據測試物質排除時間而定為tmax，24 h、168 h或更長。當額外的資料需要時可

15、能要採用中間時間點。通常在吸收與排除實驗初期取樣較為頻繁；然而在排除的過程中(理想狀況為3到4個半衰期)必須儘可能取得最多的樣本以提供最佳的動力學參數預測。檢測靈敏度通常是主要的決定因素。 4.2.4 代謝與排泄 4.2.4.1 在整個研究期間，代謝籠應准許尿液與糞便的分開採樣，對於長達14天的研究，在第24 h並每隔24 h應對尿液與糞便進行個別採集直到實驗結束。在一些研究設計裡，動物可能在研究期間被犧牲。若測試物5 CNS 14393-16, T 5013-16 質或測試物的代謝可快速排出時，樣本可能要在24 h前先行採集。對於較為長時間的研究，在實驗初期的採樣應與短期研究相同。之後應以每

16、24 h為一週期進行採樣。 備考： 延長代謝籠的使用可能對動物福利造成不利影響。因此在較長的時間，可採集不連續性但具代表性的樣本，並將這些採樣結果推算為連續的採樣。 4.2.4.2 個別動物屍體和(或)標的器官應保存以進行分析，血液採樣以進行血漿及全血濃度分析。在犧牲時間從代謝籠樣本採集後，應將籠子及其限制器用適當的溶劑清洗乾淨。收集這些清洗液並保存其代表性部分以供分析。 4.2.4.3 當使用放射性標定物質時，測試物質的回收率或計算所得之回收率之理想值應為100 10%(參見下述備考)。在適當的環境下對於放射性或非放射性標定物質，每一部分測試物的量都應用適當且確效過的程序分析。當使用放射性標

17、定物質時，除非要進行特殊檢測，其原化合物及其代謝物均需進行檢測。若放射線標定物質無法完全從排泄物(糞便及(或)尿液)或動物體回收，則應考慮採集呼出的氣體。 備考： 可能無法讓所有案例都達到特定之回收範圍，因此任何造成偏差的理由都應在報告中陳述並討論。 4.2.4.4 應測量在生物環境內的放射活性強度，例如用液態閃爍計數器；須注意這代表著化合物及代謝物濃度的混合，且無法從這些濃度推導出動力學參數。若代謝物有必要分離時，可能會使用到一些萃取與層析的步驟(例如高壓液相層析法、薄層層析法、氣液相層析法)，且產物應用化學方法及各種物理化學技術加以定性(例如用質譜儀、核磁共振儀)。 備考： 體外代謝實驗中

18、對於組織、細胞、均質及分離酵素之使用已有文獻記載。除非在適當的位置有這些化合物，否則經由這些方法所識別的代謝可能並不存在於活體中。此體外代謝的範圍及速率和體內的作比較通常有所差異。 6 CNS 14393-16, T 5013-16 附錄A 毒性動力學研究須考量之環境條件 A.1 大多數醫療器材的使用都有潛在危險。然而針對所有可辨識的降解產物與可溶出物及所有醫療器材進行毒性動力學的研究既不必要也不實際。 A.2 將毒性動力學研究作為部分醫療器材生物相容性評估須將最終產物及其後續化學物質，包括可能及預定的降解產物及與器材的預定用途結合之可溶出物納入考量。 A.3 適當情形下，在毒性動力學研究以前

19、應優先以體外實驗(例如組織、均質或細胞)探討降解程序，並非只為了CNS 14393-2動物福利的理由，而是可確定可信而非可能的降解產物。 A.4 若有下列條件之一時，須考慮進行毒性動力學研究。 (a) 器材設計為生物可吸收性，或 (b) 器材為永久接觸的植入物，且可能或已知發生生物降解或明顯的腐蝕，且(或)可溶出物會從器材中溶出，或 (c) 在臨床使用期間可能或已知有大量有潛在毒性或反應性的降解產物及可溶出物從體內的醫療器材中溶出。 備考：大量一辭是根據所討論的化學物質特性而定。 A.5 若有下列條件之一時，則不須考慮進行毒性動力學研究。 (a) 從特定器材或材料中釋出的降解產物及可溶出物可達

20、到的或預期的釋放速率已被證實為臨床曝露的安全範圍，此安全範圍是參考或基於以前重要且有意義的實驗或經驗，或 (b) 和降解產物及可溶出物相關的毒物學資料或毒性動力學資料已相當充足時。 A.6 可溶出物及降解產物從金屬、合金及陶瓷的釋出通常相當低而無需進行毒性動力學研究。 7 CNS 14393-16, T 5013-16 附錄B (參考資料) 1 ISO 10993-2；1992,Biological evaluation of medical devices-Part 2：Animal welfare requirements. 2 ISO 10993-12；1996, Biological

21、evaluation of medical devices-Part 12：Sample perparation and reference materials. 3 ANDERSEN M.E, CLEWELL H.J. III, GARGAS M.L., SMITH F.A. and REITZ R.H. Physiologically-based pharmacokinetics and risk assessment process for methylene chloride. Toxicol. Appl.Pharmacol. 54：100-116；1987. 4 BOGEN D.K.

22、 Simulation software for the Macintosh. Science 24：138-142；1989. 5 F.D.A. Guidelines for the format and content of the human pharmacokinetics and bioavailability secation of an application.Department of Health and Human Services. 6 HATTIS D., WHITE P., MAMORSTEIN L. and KOCH P. Uncertainties in phar

23、macokinetic modelling for perchloroethylene. I. Comparison of model structure,parameters and predictions for low-dose metabolism rates derived by different authors. Risk Analysis 10：449-458,1990. 7 International Programme on Chemical Safety (IPCS). Principles of toxicokinetic studies.Environmental H

24、eath Criteria 57, World Health Organization,Geneva, 1986. 8 ISO/TR 10993-9；1994,Biological evaluation of medical devices-Part 9：Degradation of materials related to biological testing. 9 JOLLOW D.J., ROBERTS S., PRICE V., LONGACRE S. and SMITH C. phamacokinetic considerations in toxicity testing.Drug

25、 Metab. Rev. 13：983-1007,1982. 10 KATZPER M. The use of visual programming for pharmacokinetic and pharmacodynamic simulation.Centre for Drug Evaluation and Research, FDA,5600 Fishers Lane, Rockville MD 20857 11 LIN C.S., SHOAF S.E.,and GRIFFITHS J.C. Pharmacokinetic data in the evaluation of the sa

26、fety of food and colour additives. Reg. Toxicol. Pharmacol.15：62-72,1992. 12 MONRO A.M. Interspecies comparisions in toxicology：The utility and futility of plasma concentrations of the test substance. Reg. Toxicol. Pharmacol. 12：137-160,1990. 13 Organization for Econcmic Cooperation and Development(

27、OECD). Guidelines for testing of chemicals-No 417 Toxicokinetics. OECD Publications. 14 REITZ R. Distribution, persistence and elimination of toxic agents. In： Progress in Predictive Toxicology. Clayson D B et al.(eds.),Elsevier,New York,1990. 15 ROWLAND M. and TOZER T.N. Clinical pharmacokinetics：c

28、oncepts and applications(2ndEDITION).Lea and Febiger,Philadelphia,1989. 16 SMITH D.A., HUMPHREY M.J and CHARUEL C. Drsign of toxicokinetic studies. Xenobiotica 20：1187-1199,1990. 8 CNS 14393-16, T 5013-16 引用標準：CNS 14393-1 醫器材生物性評估第1部：評估與試驗 CNS 14393-2 醫器材生物性評估第2部：動物福之規定 CNS 14393-12 醫器材生物性評估第12部：樣品製備及考資 相對應國際標準：ISO 10993-16 Biological evaluation of medical devices Part 16: Toxicokinetic study design for degradation products and leachables