استاندارد ISO 10993 پارت 22

راهنمای ارزیابی زیستی نانومواد در تجهیزات پزشکی

مقدمه

توسعه فناوری نانو در ساخت تجهیزات پزشکی، پوشش‌های زیست‌سازگار، ایمپلنت‌ها، سامانه‌های دارورسانی و مواد مورد استفاده در مهندسی بافت، فرصت‌های جدیدی برای بهبود عملکرد محصولات پزشکی ایجاد کرده است. با این حال، نانومواد ممکن است به دلیل اندازه، شکل، سطح ویژه، ویژگی‌های شیمیایی سطح و نحوه برهم‌کنش با محیط زیستی، رفتاری متفاوت از همان ماده در ابعاد معمولی داشته باشند. به همین دلیل، ارزیابی زیست‌سازگاری تجهیزاتی که حاوی نانومواد هستند یا می‌توانند ذرات نانومقیاس آزاد کنند، به ملاحظات تخصصی نیاز دارد.

استاندارد ISO/TR 10993-22:2017 با عنوان Biological evaluation of medical devices — Part 22: Guidance on nanomaterials برای پاسخ به همین نیاز تدوین شده است. این سند چارچوبی برای شناسایی، مشخصه‌یابی، آماده‌سازی نمونه، بررسی آزادسازی نانوذرات، ارزیابی زیستی و تحلیل ریسک مرتبط با نانومواد در تجهیزات پزشکی ارائه می‌کند.

مشخصات و وضعیت سند ISO/TR 10993-22

استاندارد ISO 10993-22 چه هدفی دارد؟

هدف اصلی این سند، کمک به ارزیابی علمی و مبتنی بر ریسک تجهیزات پزشکی حاوی نانومواد یا تجهیزاتی است که در طول ساخت، استفاده، سایش یا تخریب می‌توانند نانوذرات آزاد کنند.

در ارزیابی متداول زیست‌سازگاری، ممکن است ترکیب شیمیایی ماده، عصاره‌های حاصل از آن و پاسخ زیستی سلول‌ها مبنای تصمیم‌گیری باشند. اما برای نانومواد، این اطلاعات به‌تنهایی ممکن است کافی نباشند؛ زیرا اندازه، شکل، تجمع ذرات، ویژگی‌های سطحی و نحوه انتقال آن‌ها در محیط زیستی می‌توانند بر نتیجه ارزیابی تأثیر بگذارند.

برای مثال، دو ماده با ترکیب شیمیایی مشابه ممکن است به دلیل تفاوت در اندازه ذرات یا وضعیت تجمع، رفتار زیستی متفاوتی داشته باشند. بنابراین، نمی‌توان صرفاً با یکسان بودن نام شیمیایی، ایمنی زیستی آن‌ها را معادل دانست.

دامنه کاربرد و موارد خارج از دامنه

این راهنما برای تجهیزات پزشکی‌ای کاربرد دارد که از نانومواد ساخته شده‌اند، نانومواد را در ساختار خود دارند یا می‌توانند نانو‌اشیاء (Nano-objects) ایجاد کنند. همچنین، بررسی ذرات نانومقیاس حاصل از سایش، تخریب یا فرایندهای مکانیکی روی تجهیزاتی که در ساخت آن‌ها از نانومواد استفاده نشده است، می‌تواند با استفاده از این راهنما انجام شود.

 

چه مواردی صراحتاً خارج از دامنه این سند هستند؟

• نانومواد طبیعی یا زیستی، تا زمانی که برای استفاده در تجهیز پزشکی مهندسی، تولید یا پردازش نشده باشند.

• نانوساختارهای ذاتی موجود در ماده توده‌ای (Bulk material).

• نانوساختارهایی که به‌صورت ناخواسته و به‌عنوان محصول جانبی فرایند ساخت ایجاد شده‌اند؛ مانند خطوط کشش یا آثار ابزار ماشین‌کاری روی سطح.

خارج بودن این موارد از دامنه اختصاصی پارت ۲۲ به معنی معافیت خودکار آن‌ها از ارزیابی زیستی نیست. خطرات احتمالی همچنان باید بر اساس ماهیت محصول و الزامات مربوط ارزیابی شوند.

 

نانوماده و نانو‌شیء چه تفاوتی دارند؟

برای اجرای صحیح راهنما، ابتدا باید اصطلاحات فنی را از یکدیگر تفکیک کرد.

نانوماده (Nanomaterial): ماده‌ای که ابعاد خارجی یا داخلی آن، یا ساختارهای تشکیل‌دهنده آن، در محدوده نانومقیاس قرار دارند.

نانو‌شیء (Nano-object): یک جزء مجزا از ماده که یک یا چند بعد خارجی آن در مقیاس نانو قرار گرفته است.

در مقدمه سند، محدوده تقریبی ۱ تا ۱۰۰ نانومتر بر اساس تعریف ارجاع‌شده در ISO/TS 80004-1:2015 بیان شده است. با این حال، برای کاربردهای رگولاتوری باید تعریف اختصاصی نانوماده در مقررات بازار هدف نیز بررسی شود؛ زیرا تعریف قانونی در برخی حوزه‌ها ممکن است ملاحظات دیگری داشته باشد.

 

نکته مهم آن است که اندازه اولیه ذره الزاماً برابر با اندازه تجمع آن در محیط آزمون نیست. به همین دلیل، مشخصه‌یابی باید تا حد امکان شرایط واقعی آماده‌سازی نمونه و مواجهه زیستی را نیز منعکس کند.

مشخصه‌یابی نانومواد؛ پایه ارزیابی زیستی

یکی از مهم‌ترین مراحل در ارزیابی زیستی نانومواد، مشخصه‌یابی فیزیکی و شیمیایی آن‌ها پیش از انتخاب آزمون‌های سم‌شناختی است. بدون شناخت کافی از ویژگی‌های ماده، انتخاب دوز مناسب، تفسیر نتایج و مقایسه داده‌های حاصل از مطالعات مختلف می‌تواند با عدم قطعیت همراه باشد.

 

پارامترهای مهم در مشخصه‌یابی

این جدول نمونه‌ای از ابزارهای قابل استفاده است، نه فهرستی الزام‌آور از آزمون‌های مورد نیاز برای همه محصولات. برای مثال، DLS اندازه هیدرودینامیکی ذرات یا تجمعات را در پراکنش اندازه‌گیری می‌کند و لزوماً معادل اندازه هسته ذره در تصویر میکروسکوپی نیست.

چرا اندازه ذرات به‌تنهایی کافی نیست؟

فرض کنید دو پوشش پزشکی حاوی نانوذرات یکسانی از نظر ترکیب شیمیایی باشند. در پوشش اول، ذرات به‌صورت نسبتاً پایدار و مجزا باقی می‌مانند؛ اما در پوشش دوم، ذرات در محیط زیستی تجمع می‌کنند یا بخشی از آن‌ها حل می‌شود.

در این شرایط، حتی با ترکیب شیمیایی اولیه مشابه، میزان مواجهه سلول با ذرات، یون‌های آزادشده و سطح در دسترس ممکن است متفاوت باشد. بنابراین، نتیجه آزمون زیستی را نمی‌توان صرفاً بر اساس اندازه اسمی ذرات تفسیر کرد.

آماده‌سازی نمونه و تعیین دوز آزمون

• هویت ماده: ترکیب، منبع، مشخصات ساخت و وضعیت اولیه ماده باید معلوم باشد.

• شرایط نگهداری: تغییرات احتمالی ناشی از زمان، دما یا شرایط نگهداری باید در نظر گرفته شود.

• پایداری پراکنش: احتمال تجمع، ته‌نشینی یا تغییر اندازه هیدرودینامیکی بررسی شود.

• ترکیب محیط آزمون: pH، قدرت یونی، پروتئین‌ها و سایر اجزای محیط می‌توانند رفتار ذرات را تغییر دهند.

• روش پراکنده‌سازی: اختلاط، فراصوت یا سایر روش‌ها باید به نحوی انتخاب شوند که پراکنش مناسب ایجاد کنند، بدون آنکه به‌طور ناخواسته ماده را تغییر دهند.

• دوز واقعی مواجهه: مقدار افزوده‌شده به چاهک آزمایش الزاماً برابر با مقدار در دسترس سلول نیست.

معیار بیان دوز چیست؟

در آزمون مواد محلول، غلظت جرمی معمولاً یکی از معیارهای مهم گزارش دوز است. در ارزیابی نانومواد، بسته به سازوکار مورد بررسی، ممکن است معیارهای دیگری نیز برای تفسیر مناسب لازم باشند.

انتخاب معیار مناسب به نوع نانوماده، مسیر مواجهه، هدف آزمون و مکانیسم سمیت بستگی دارد. لازم نیست تمام معیارها برای تمام مواد اندازه‌گیری شوند، اما معیار انتخاب‌شده باید توجیه علمی داشته باشد و محدودیت‌های آن گزارش شود.

نکته عملی: در گزارش آزمون، بهتر است علاوه بر غلظت اسمی، اطلاعات مربوط به نحوه آماده‌سازی، وضعیت پراکنش، پایداری و محدودیت‌های اندازه‌گیری دوز نیز ثبت شود.

آزادسازی نانو‌اشیاء از تجهیزات پزشکی

یکی از محورهای مهم، بررسی احتمال آزادسازی نانو‌اشیاء از تجهیزات پزشکی است. این آزادسازی ممکن است در طول ساخت، آماده‌سازی، استفاده، سایش یا تخریب محصول رخ دهد. در برخی تجهیزات، ذرات از ابتدا بخشی از ترکیب ماده هستند؛ در برخی دیگر، آزادسازی ممکن است به‌دلیل فرسایش یا تخریب تدریجی ایجاد شود.

برای مثال، یک ایمپلنت فلزی با سطح مهندسی‌شده نانومقیاس ممکن است در شرایط استفاده ذراتی آزاد کند که در ارزیابی ماده اولیه وجود نداشته‌اند. در این حالت، ارزیابی صرف سطح اولیه نمی‌تواند به‌تنهایی وضعیت مواجهه با ذرات آزادشده را مشخص کند.

رویکرد عملی برای بررسی آزادسازی

1. سناریوهای واقعی استفاده از محصول را مشخص کنید؛ از جمله تماس با مایعات زیستی، بار مکانیکی یا شرایط تخریب مرتبط.
2. مشخص کنید چه موادی ممکن است آزاد شوند: نانو‌اشیاء، یون‌ها، محصولات تخریب محلول یا ترکیبی از آن‌ها.
3. در صورت امکان، مقدار و ویژگی‌های ذرات یا گونه‌های آزادشده را با روش‌های تحلیلی مناسب بررسی کنید.
4. شرایط آزمون را از نظر ارتباط با استفاده واقعی محصول توجیه کنید.
5. بر اساس ماهیت و میزان مواجهه، نیاز به ارزیابی سم‌شناختی جداگانه ذرات آزادشده را تعیین کنید.

این مراحل یک چارچوب کاربردی برای طراحی مطالعه هستند و به معنی وجود یک پروتکل واحد و اجباری در پارت ۲۲ نیستند.

توکسیکوکینتیک نانو‌اشیاء

توکسیکوکینتیک به بررسی رفتار ماده در بدن، از جمله جذب، توزیع، تغییرات زیستی و دفع آن می‌پردازد.

رفتار نانومواد ممکن است با مواد شیمیایی محلول تفاوت داشته باشد. اندازه، شکل، ویژگی‌های سطحی، دوز، مسیر مواجهه و جذب مولکول‌های زیستی روی سطح ذره می‌توانند بر رفتار آن اثر بگذارند.

عوامل مؤثر بر رفتار زیستی

• ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی: اندازه، شکل، بار سطحی و وضعیت تجمع.

• جذب مولکول‌های زیستی: تشکیل لایه‌ای از پروتئین‌ها و سایر مولکول‌ها روی سطح ذرات ممکن است رفتار آن‌ها را تغییر دهد.

• مسیر مواجهه: تماس موضعی، ورود به جریان خون یا مواجهه از مسیرهای دیگر، سناریوهای متفاوتی ایجاد می‌کنند.

• دوز و مدت مواجهه: مقدار ماده و مدت تماس می‌توانند بر میزان توزیع و ماندگاری اثر بگذارند.

• روش اندازه‌گیری: روش تحلیلی باید توانایی تشخیص ماده موردنظر را در ماتریس زیستی داشته باشد.

نباید فرض کرد که همه نانوذرات الزاماً در بدن تجمع می‌کنند یا از غشاهای زیستی عبور می‌کنند. این رفتارها به نوع ماده و شرایط مواجهه وابسته‌اند و باید با شواهد مناسب ارزیابی شوند.

ارزیابی سم‌شناختی نانومواد

این بخش شامل موضوعاتی مانند سمیت سلولی، ژنوتوکسیسیته، سمیت سرطان‌زایی و تولیدمثلی، ایمنی‌سم‌شناسی، تحریک، حساسیت‌زایی، سازگاری خونی، سمیت سیستمیک، پیروژنیسیته و کاشت است.

وجود این موضوعات به معنی الزام انجام تمام آزمون‌ها برای هر نانوماده نیست. انتخاب آزمون باید با توجه به نوع تجهیز پزشکی، محل و مدت تماس، احتمال آزادسازی، ماهیت خطر و شواهد موجود در چارچوب ارزیابی ریسک انجام شود.

سمیت سلولی و محدودیت آزمون‌های رایج

آزمون‌های متداول سمیت سلولی، از جمله آزمون‌های مبتنی بر فعالیت متابولیکی یا رنگ‌سنجی، ممکن است برای برخی نانومواد به اصلاح روش یا کنترل‌های تکمیلی نیاز داشته باشند.

نانومواد ممکن است در اندازه‌گیری جذب یا پراکندگی نور، واکنش با معرف‌ها یا خوانش نهایی دستگاه اختلال ایجاد کنند. همچنین، ته‌نشینی ذرات و نحوه دسترسی آن‌ها به سلول‌ها می‌تواند رابطه میان غلظت اسمی و مواجهه واقعی را تغییر دهد.

برای مثال، اگر نانوذرات در طول آزمون MTT به‌طور مستقیم با معرف یا محصول رنگی آن تداخل کنند، کاهش یا افزایش سیگنال الزاماً بازتابی از تغییر واقعی زنده‌مانی سلول نیست.

در طراحی آزمون باید در صورت لزوم موارد زیر بررسی شوند:

• کنترل تداخل نانوماده با معرف و سامانه اندازه‌گیری؛

• کنترل‌های فاقد سلول برای شناسایی سیگنال زمینه؛

• بررسی احتمال جذب معرف یا محصول واکنش روی سطح ذرات؛

• ارزیابی مناسب بودن معیار دوز و شرایط پراکنش؛

• استفاده از روش مکمل در صورت باقی ماندن ابهام در تفسیر نتیجه.

انتخاب کنترل‌ها و روش مکمل باید بر اساس نوع ماده و سازوکار احتمالی تداخل باشد؛ یک مجموعه کنترل یکسان برای همه نانومواد کافی نیست.

ژنوتوکسیسیته

در ارزیابی ژنوتوکسیسیته، تنها مشاهده آسیب DNA یا تغییر یک نشانگر آزمایشگاهی کافی نیست؛ باید مشخص شود که روش انتخاب‌شده برای نانوماده مورد بررسی مناسب است و نتیجه آن قابل تفسیر است.

یکی از ملاحظات مهم، دسترسی واقعی نانوماده یا گونه فعال حاصل از آن به محل زیستی هدف است. اگر هدف آزمون بررسی آسیب DNA باشد، باید احتمال تداخل تحلیلی، ورود ماده به سلول و ارتباط مکانیسم مواجهه با پیامد اندازه‌گیری‌شده در نظر گرفته شود.

در صورت استفاده از آزمون‌های ژنوتوکسیسیته، انتخاب مدل، شرایط مواجهه، کنترل‌های اختصاصی و روش تأیید نتایج باید با توجه به ویژگی‌های ماده و استاندارد مربوط توجیه شود. پارت ۲۲ به‌تنهایی یک پروتکل مستقل و کامل برای اجرای آزمون ژنوتوکسیسیته ارائه نمی‌کند.

سازگاری خونی

برای تجهیزاتی که با خون تماس دارند یا ممکن است نانوذرات آن‌ها وارد گردش خون شوند، باید ملاحظات سازگاری خونی بررسی شوند.

از جمله پیامدهای بالقوه‌ای که بسته به ماهیت ماده باید ارزیابی شوند عبارت‌اند از:

• همولیز گلبول‌های قرمز؛

• فعال‌شدن پلاکت‌ها یا تغییر عملکرد آن‌ها؛

• فعال‌شدن سیستم کمپلمان؛

• تغییرات مرتبط با انعقاد خون؛

• تداخل نانوماده با روش‌های سنجش آزمایشگاهی.

در این زمینه، ISO 10993-4 سند تخصصی مرتبط با انتخاب آزمون‌های سازگاری خونی است و پارت ۲۲ ملاحظات ویژه نانومواد را به این چارچوب اضافه می‌کند.

 

تحریک، حساسیت‌زایی و سمیت سیستمیک

برای محصولات حاوی نانومواد، نیاز به بررسی تحریک، حساسیت‌زایی یا سمیت سیستمیک باید بر اساس نوع تماس، احتمال آزادسازی و ارزیابی ریسک مشخص شود. برای مثال، نتیجه یک آزمون سلولی نمی‌تواند به‌تنهایی تمام خطرات احتمالی ناشی از مواجهه سیستمیک را رد کند.

همچنین، در انتخاب آزمون باید میان اثر خود نانوذره، اثر یون‌ها یا مواد محلول آزادشده و اثر سایر اجزای تجهیز تمایز قائل شد؛ زیرا هر یک ممکن است به روش ارزیابی متفاوتی نیاز داشته باشند.

ارزیابی ریسک بر اساس ISO/TR 10993-22

ارزیابی ریسک صرفاً به این پرسش محدود نمی‌شود که آیا ماده در یک آزمون سمیت ایجاد کرده است یا خیر. باید احتمال مواجهه، ماهیت خطر، شدت پیامد و عدم قطعیت داده‌ها نیز بررسی شوند.

این نمودار یک نمایش ساده از منطق ارزیابی ریسک است، نه جایگزین فرایند رسمی مدیریت ریسک یا نمودار الزام‌آور خود استاندارد.

نقش هم‌ارزی نانومواد

استفاده از داده‌های قبلی برای ارزیابی یک ماده جدید ممکن است مفید باشد، اما هم‌ارزی نباید تنها بر اساس نام شیمیایی یا شباهت ظاهری محصول اعلام شود.

در ارزیابی هم‌ارزی باید تفاوت‌های مرتبط با ترکیب، اندازه و توزیع اندازه، شکل، ویژگی‌های سطحی، پایداری، آزادسازی و شرایط مواجهه بررسی شوند. هر تفاوتی که بتواند بر پاسخ زیستی اثر بگذارد، ممکن است نیاز به داده تکمیلی ایجاد کند.

 

ارتباط پارت ۲۲ با سایر بخش‌های ISO 10993

ISO/TR 10993-22 جایگزین سایر بخش‌های مجموعه ISO 10993 نیست. این سند ملاحظات مربوط به نانومواد را در کنار اصول و روش‌های ارزیابی زیستی قرار می‌دهد.

 

مثال کاربردی: ارزیابی پوشش نانوساختار یک ایمپلنت

فرض کنید تولیدکننده‌ای یک ایمپلنت فلزی با پوشش نانوساختار تولید کرده است. هدف از پوشش، بهبود عملکرد سطحی ایمپلنت است، اما احتمال آزادشدن ذرات در طول استفاده نیز وجود دارد.

برای چنین محصولی می‌توان رویکرد زیر را در برنامه ارزیابی زیستی در نظر گرفت:

1. تعریف محصول و تماس زیستی: محل کاشت، مدت تماس، ماهیت پوشش و شرایط استفاده مشخص شود.

2. مشخصه‌یابی پوشش: ساختار سطحی، ترکیب، مورفولوژی و سایر ویژگی‌های مرتبط با خطر تعیین شوند.

3. بررسی آزادسازی: احتمال ایجاد یا آزادشدن ذرات در شرایط مرتبط با استفاده ارزیابی شود.

4. بررسی شیمیایی و ذره‌ای: در صورت نیاز، گونه‌های محلول و ذرات آزادشده به‌طور مناسب تفکیک و بررسی شوند.

5. انتخاب آزمون‌های زیستی: بر اساس محل تماس، احتمال مواجهه و خطرهای شناسایی‌شده، آزمون‌های مناسب انتخاب شوند.

6. تفسیر و مستندسازی: تداخل‌های احتمالی، محدودیت‌های روش، داده‌های موجود و عدم قطعیت‌ها در گزارش نهایی ثبت شوند.

این مثال یک سناریوی آموزشی است. تعداد آزمون‌ها، شرایط استخراج، مدت مواجهه، دوز و معیار پذیرش باید برای محصول واقعی و بر اساس استانداردهای آزمون مربوط تعیین شوند؛ نمی‌توان برای همه ایمپلنت‌های نانوساختار یک برنامه ثابت تجویز کرد.

خطاهای رایج در ارزیابی زیستی نانومواد

برخی اشتباهات می‌توانند اعتبار علمی نتایج را کاهش دهند یا دفاع رگولاتوری از آن‌ها را دشوار کنند.

• فرض اینکه نتیجه آزمون ماده در ابعاد معمولی، بدون داده تکمیلی برای شکل نانومقیاس آن نیز معتبر است.

• استفاده از عصاره به‌عنوان تنها مدل مواجهه، بدون بررسی اینکه آیا خود ذرات ممکن است آزاد شوند.

• گزارش غلظت اسمی بدون بررسی پایداری پراکنش و میزان مواجهه واقعی.

• تفسیر مستقیم سیگنال رنگ‌سنجی به‌عنوان سمیت، بدون کنترل تداخل نانوماده.

• استفاده از داده‌های یک نانوماده مشابه، بدون توجیه علمی هم‌ارزی.

• فرض اینکه منفی بودن یک آزمون، تمام خطرهای زیستی محصول را رد می‌کند.

• انتخاب آزمون‌های گسترده بدون توجه به سناریوی تماس، به‌جای تدوین ارزیابی ریسک هدفمند.

این خطاها صرفاً مشکلات اجرایی نیستند؛ ممکن است بر نتیجه‌گیری درباره ایمنی محصول نیز اثر بگذارند. راهنمای پارت ۲۲ برای توجه به همین ملاحظات و محدودیت‌های اختصاصی ارزیابی نانومواد تدوین شده است.

 

چه اطلاعاتی باید در گزارش ارزیابی زیستی ثبت شود؟

گزارش نهایی باید به‌گونه‌ای تنظیم شود که مسیر تصمیم‌گیری علمی، داده‌های پشتیبان و محدودیت‌های نتیجه‌گیری قابل پیگیری باشند.

بسته به نوع محصول و مطالعه، موارد زیر می‌توانند در گزارش لحاظ شوند:

• شناسنامه محصول و توصیف نانوماده؛

• ترکیب و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مرتبط؛

• روش آماده‌سازی، نگهداری و مشخصه‌یابی نمونه؛

• شرایط آزمون و معیار بیان دوز؛

• اطلاعات آزادسازی ذرات یا گونه‌های شیمیایی، در صورت ارتباط؛

• روش‌های ارزیابی زیستی، کنترل‌ها و نتایج؛

• شواهد مربوط به اعتبار و محدودیت روش‌ها؛

• بررسی تداخل احتمالی نانوماده با آزمون؛

• شناسایی خطر، برآورد ریسک و توجیه نیاز یا عدم نیاز به مطالعات بیشتر؛

• نتیجه‌گیری نهایی در چارچوب مدیریت ریسک محصول.

این فهرست یک چک‌لیست کاربردی است و نباید بدون تطبیق با متن کامل سند، الزامات رگولاتوری بازار هدف و ساختار پرونده محصول، به‌عنوان فهرست رسمی و جامع الزامات گزارش تلقی شود.

جمع‌بندی

استاندارد ISO 10993 پارت 22 راهنمای تخصصی ارزیابی زیستی تجهیزات پزشکی حاوی نانومواد یا تجهیزاتی است که می‌توانند نانو‌اشیاء آزاد کنند. مهم‌ترین پیام آن این است که ارزیابی ایمنی نانومواد نباید صرفاً به ترکیب شیمیایی یا نتیجه آزمون‌های متداول محدود شود؛ بلکه مشخصه‌یابی، آماده‌سازی صحیح نمونه، بررسی آزادسازی، انتخاب معیار دوز، کنترل تداخل آزمون‌ها و ارزیابی ریسک باید در کنار یکدیگر در نظر گرفته شوند.