【YY医药标准】 组织工程医疗器械产品修复和替代骨组织植入物骨形成活性的体内评价指南

ICS11.040.40
中华人民共和国医药行业标准
YY/T1575—2017
组织工程医疗器械产品修复和替代骨组织植入物骨形成活性的体内评价指南Tissue engineering medical device products-Standard guide for in vivo assessmentof implantable devices intended to repair or regenerate bone defect2017-08-18发布
国家食品药品监督管理总局
2018-09-01实施
规范性引用文件
术语和定义
意义和用途
动物模型
不同动物临界骨缺损及范围
缺损类型
试验程序
结果和评价
10分析
参考文献
YY/T1575—2017
iiiKAoNikAca
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草YY/T1575—2017
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由国家食品药品监督管理总局提出本标准由全国外科植人物和矫形器械标准化技术委员会组织工程医疗器械产品分技术委员会（SAC/TC110/SC3）归口。
本标准起草单位：南方医科大学、中国食品药品检定研究院本标准主要起草人：欧阳钧、廖华iKAoNi KAca
-iiKAoNniKAca
1范围
组织工程医疗器械产品修复和替代骨组织植入物骨形成活性的体内评价指南YY/T1575—2017
本标准规定了修复和替代骨组织缺损的植人物骨形成活性的体内评价通则。本标准中的植人物可由天然或合成生物材料（可生物降解），或其复合物构成。本标准描述了大鼠，兔，犬，猪，羊等不同种属的动物模型和相应的试验程序，以及形态学组织生物化学和生物力学分析等结果测定和评价方法，本标准适用于修复和替代骨组织缺损的植人物2规范性引用文件
仅注日期的版本适用于本文
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引月生
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单适用本文件、GB/T16886.1医疗器械生物学评价第1部分：风管理过程中的评价与试验（ISO10993-12009.IDT)
Ind analysis of surgical implants)ISO12891外科植人物的取出和分析（Retriedoc88-
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
骨缺损
bonedefect
先天性或后天性疾病以方
务等原因造成完整骨骼的骨质缺失。临界骨缺损
bonecritical-sizedefect
动物体内终生不能自行修复的最小骨缺损。3.3
endochondral ossification
软骨化骨
间充质细胞演变为软骨，即软骨维形，为软骨原基，其中心的软骨细胞肥大，基质钙化，软骨膜血管侵人软骨细胞囊中，由成骨细胞的成骨活动而成骨，形成原始骨化中心，以后在骨干两端还出现继发骨化中心，骨化中心不断扩大，最后全部骨化完成骨骼的发育。躯干、四肢骨、颅底骨为软骨化骨形成。3.4
膜化骨intramembranousossification间充质细胞演变为纤维膜，而后膜内出现一个或多个骨化中心，再逐步扩大，完成骨的发育。面骨和颅盖诸骨为膜内化骨形成。
骨修复bonerepair
受损的骨或其替代物通过细胞增殖和新细胞外基质合成的愈合过程。1
HiiKAoNiKAca
YY/T1575—2017
骨重建（塑）boneremodeling
骨基质和矿物质在体内的连续周转过程，首先是骨吸收（破骨过程），然后是骨形成（成骨过程）。这个重建过程保障了人体骨骼的力学性能完整，并对保持体内钙离子的动态平衡具有重要作用。3.7
骨再生boneregeneration
丢失的骨组织的重建或修复。
成骨细胞
osteoblast
分布于骨组织表面，胞体有细小突起，矮柱状或椭圆形，胞质嗜碱性。电镜下可见大量的粗面内质网和高尔基复合体。成骨细胞合成和分泌骨基质的有机成分，形成类骨质。成骨时，成骨细胞还释放基质小泡。泡内有细小的钙化结晶，是钙化的起始部位。成骨细胞分泌类骨质后被包埋于其中，便演变为骨细胞。
骨细胞osteocyte
位于骨板内或骨板间，胞体较小，有许多细长突起，胞体所在的腔隙称骨陷窝；突起所在的腔隙称骨小管。骨细胞的结构和功能与其成熟度有关。刚转变的骨细胞与成骨细胞相似，仍能产生类骨质。随着类骨质逐渐钙化为骨质，细胞逐渐变为成熟的骨细胞。体积变细胞器减少，突起延长，相邻骨细胞的突起以缝隙连接相连，骨小管彼此相通。骨陷窝和骨小管有少量组织液。骨细胞具有一定的溶骨和成骨作用，参与调节钙、磷平衡。3.10
破骨细胞
osteoclast
破骨细胞数量少，主要分布于骨组织边是-种多核的大细胞，含有6个～50个核。目前认为它由多个单核细胞融合而成，无分裂能力。胞质为嗜酸性，细胞器丰富，尤以溶酶体和线粒体居多。功能活跃的破骨细胞有明显的极性光镜下可见破骨细胞贴近骨基质的一侧有皱褶缘。电镜下呈许多大小和长短不一的突起。胞质内多种水解酶和有机酸，可以溶解骨盐，分解骨的有机成分。表明破骨细胞具有很强的溶骨和吸收能
骨质bonesubstance
骨质由骨组织构成，分为骨密质和骨松质。骨组织又构成了骨质。骨密质质地致密，力学性能（抗拉压、抗扭转和抗弯曲性）较强，主要配布于骨表层。扁骨的骨密质配布于表层，称内板和外板。骨松质配布于中间，称板障。骨髓即充填于骨松质的网眼中。短骨和长骨的骨，外周是薄层的骨密质，内部为大量的骨松质。小梁的排列显示两个基本方向，一是与受力方向一致，另一则与肌肉的牵拉方向致。二者构成最有效的承力系统。骨质在生活过程中，由于劳动，训练，疾病等各种因素的影响，表现出很大的可塑性。
periosteum
是由纤维结缔组织（致密结缔组织)构成的纤维膜，被覆于除关节面以外的骨质表面，并有许多纤维束伸人于骨质内。此外，附着于骨的肌腱，韧带于附着部位都与骨膜编织在一起。因而骨膜与骨质结合甚为牢固。骨膜富含血管、神经，通过骨质的滋养孔分布于骨质和骨髓。包被在骨表面的，称骨外膜，衬附在骨髓腔面的则称骨内膜。
iiiKAoNiKAca
骨髓bonemarrow
YY/T1575—2017
是存在与骨中的柔软的海绵状造血组织，可产生白细胞、红细胞和血小板，隶属于结缔组织。3.14
骨单位osteon
又称哈弗斯系统，是长骨中起支持作用的主要结构，位于内、外环骨板之间的大量长柱状结构。由4层～20层同心圆排列的哈弗斯骨板（Haversianlamella）组成。其中轴有一纵行小管称中央管，内有血管神经走行。穿通管与中央管相通。3.15
骨不连
non-union of bone
是骨折后常见并发症，又称为骨折不愈合，是骨折端在某些条件影响下，骨愈合停止，骨折端形成假关节。X线照片显示骨折端互相分离，间隙较大，骨端硬化，萎缩疏松，髓腔封闭。不论固定多久都不能愈合。
生物力学biomechanics
生物力学是应用力学原理和方法定量研究生物体中力学问题的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官（包括血液、体液、脏器、骨骼等）、组织、细胞、蛋白和基因。生物力学的基础是能量守恒、动量守恒、质量守恒三定律及描写物理性质的本构方程。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。4意义和用途
4.1本标准的目的在于提供各种动物临界骨缺损体内模型，用于修复或替代骨组织缺损的医疗产品的临床前评价。
4.2本标准包括动物模型介绍、手术要点、组织处理以及组织标本的定性和定量分析等。4.3本标准的使用者应按照GB/T16886.1医疗器械生物学评价标准的要求，在做本部分所述的体内评价前，进行材料和/或器械的生物学评价。4.4动物模型结果不一定能准确预示人体使用结果，所以应谨慎解释在人体的可能适用性5动物模型
表1说明了在确定合适的动物模型临界骨缺损的大小范围和部位等方面的考虑点。注：表1为参考使用的动物模型，如采用其他模型，需提供超过临界骨缺损尺寸的依据。非纯种动物应增加样本量。
表1常用骨缺损实验动物模型
常用品种
SD大鼠
日本大耳百兔
新西兰大白兔
体重/
4周~8周
0.18~0.28
9个月
9个月
9个月
1.50~4.50
通常使用的
缺损部位
股骨于
桡骨、胫骨、排骨、股骨
骨、胫骨、骨、股骨、
临界骨缺损长度/
非横断、横断
横断、非横断
YY/T1575—2017
常用品种
表1（续）
体重/bzxz.net
混种犬、Beagle犬
>1年～2年
小型猪
恒河猴
参考部位。
骨缺损的部位和范围
10个月
>1年～2年
5年～10年
通常使用的
缺损部位”
股骨、桡骨
下颌骨
胫骨、椎体
临界骨缺损长度/
非横断
5.1.1由于人体的骨折和骨缺损多发于四肢长骨，对于软骨化骨，推荐在动物模型中使用股骨、胫骨、桡骨或排骨缺损评价骨缺损的修复/再生。对于膜化骨，推荐使用颅骨缺损评价其修复/再生。脊柱缺损则推荐使用山羊椎体骨缺损模型5.1.2不同种属的动物在体重、骨骼解剖、骨骼力学性能方面有显著差异，同种实验动物的个体差异。所选取试验部位的差异性，对骨缺损范围和修复再生均有较大影响。在制备骨缺损模型时宜仔细考虑缺损部位、范围和植入物研究阶段等因素。5.1.3应选择合适的动物和骨缺损部位，使其骨缺损部位、方式、范围适于进行对预期在人体使用的配方、设计、尺寸和配套使用器械等的充分研究和优化。5.1.4较大的动物具有和人类相似的生理反应，进行骨缺损试验有着先天的优势，更接近人体生理情况，更适于骨缺损修复研究
5.1.5较大的缺损通常需要某种方式的固定以保护植入物，减少植入物脱位。植入物的固定方法可能对缺损周围宿主组织和修复有不利影响。小型动物通常不需要固定，通过小型动物试验结果预测在需要固定的大型动物和人体试验的结果时，需要注意试验中植入物设计的不同之处。5.1.6对每种动物而言，临界骨缺损是指动物体内终生不能自行修复的最小骨缺损，每种动物的临界骨缺损值通常不同，应在设计骨缺损范围、植人物大小和固定方法时应仔细考虑。力学载荷影响骨缺损修复。在力学生物学因素中，肌肉张力，牵拉和剪切等应力因素等在调控骨骼的生长发育、滋养等方面起着重要作用。力学载荷的大小，形式，性质及作用时间对植人物、植入部位周围软组织及临近骨组织的解剖位置和骨骼移位变化均有影响。因此，选择用于评价植人物的缺损部位时应体现力学载荷对植人物性能的影响。5.1.7当分析植人部位在站立和运动中的受力状况时，应考每一种属动物的步态和姿态，5.1.8股骨，腔骨，桡骨和骨本身以及处于不同解部部位的受力形式状态和强度显著不同。5.1.9由于动物跑动，跳跃、骨骼肌牵拉，关节过度伸展或屈曲而使植入物受到过度和迅速变化的应力，会导致试验结果变异性增加，应采取措施减少缺损部位或缺损肢体快速和/或过度运动的行为或其他因素。
5.2动物性别与年龄
5.2.1由于血液循环中类固醇对骨代谢和再生的影响，应考虑试验动物的性别。不应使用妊娠和哺乳期的动物。推荐试验组群内的试验动物性别一致。5.2.2在生长过程中，骨和关节处于代谢和重塑的动态变化中。由于存在这些生理过程对组织修复的影响，因此试验中每种动物的年龄应超过骨骼成熟年龄。试验组群内的动物应骨闭合。每种动物骨A
骼成熟情况有所不同，需要时通常可用放射显影确定是否涉及年龄因素。YY/T1575—2017
5.2.3大龄动物更有可能发生骨质减少和退行性关节病，如骨关节炎，导致骨修复能力下降。除非这些情况对植人物的预期目的具有重要意义，应避免使用大龄动物。干细胞源、生长因子反应性和细胞代谢活性通常随年龄增加而降低。因此，取决于宿主细胞数量和活性的修复过程在更老的动物中可能受一定影响。
5.3研究周期
5.3.1研究周期长短取决于植人物的开发阶段、动物种属、缺损大小以及植入物的组成和设计。5.3.2在小型动物模型，植人6周～8周的小缺损可以提供植人物和固定器械存留时间，以及修复类型等方面的信息。
5.3.3对于大型动物模型，8周～12周的研究仅限于提供生物相容性、早期细胞反应以及缺损内植人物的存留和状况等方面的信息。5.3.4在形态学和组织生物化学检测结果（包括邻近骨，软骨和骨缺损下骨界面）的基础上判断骨缺损修复或再生程度通常需要8个月～12个月的研究。5.4大鼠模型
5.4.1与其他动物相比，大鼠模型非常经济，便于获取。5.4.2由于受到体型及其主要长骨的长度限制，骨缺损的尺寸受限，应用机会较小。5.4.3大鼠模型多采用股骨的闭合性横行骨折：最适于采用组织学方式评价骨缺损的修复。暂时还无法获取大鼠长骨临界骨缺损的精确数值。5.4.4大鼠也常用于颅骨缺损及修复的评价。5.5免模型
5.5.1与大型动物相比，免模型通常更为经济。5.5.2免由于体型适中，性情温顺，非常便于饲养管理，所以在骨缺损所选用的实验动物中被广泛采用。
5.5.3兔模型最适于评价生物相容性、材料配方以及植人物基本设计筛选等。在试验性骨不连模型制作方面，桡骨，胫骨及股骨都是经常使用的植入物评价部位、5.6猫模型
5.6.1猫的体型相对较大，大多数性情温顺，易于饲养，可以用于骨缺损修复的试验研究。5.6.2猫的胫骨多用于骨缺损模型的制备。5.7犬模型
5.7.1犬的体型适中，骨的长度较为适宜进行骨缺损修复试验，但是由于购买及饲养管理所需费用较高，在某种程度上限制了试验者对其的选用。5.7.2犬的股骨、胫骨、尺骨、桡骨等长骨可作为骨缺损模型的制备和评价部位。5.8猪模型
猪的体型较为适中，但是由于饲养及管理方面问题，较少应用。可选择小型猪（如Gottingenminipigs，增加品系如香猪、云南巴马猪、西藏小型猪）作为骨缺损研究的试验对象，下颌骨和脊柱常被选为骨缺损及植入物的评价部位。5
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5.9山羊模型
5.9.1山羊四肢长骨的长度与人类四肢骨的长度接近，故较多用于骨不连模型的制备及评价骨修复材料的修复能力
5.9.2山羊胫骨、跖骨通常用作骨缺损及植人试验部位。5.9.3与绵羊相比，通常认为山羊对人为手术干预耐受性好。5.9.4在纳人试验组前，每只山羊应通过山羊脑炎的血液筛选。6不同动物临界骨缺损及范围
软骨化骨
6.1.1股骨
6.1.1.1股骨周围无其他长骨、骨间膜等结构影响试验结果的科学性，是常用的骨缺损部位。6.1.1.2小型动物（大鼠）可制备闭合性横行骨折，缺损长度0.4mm左右。6.1.1.3中型动物（猫、免）可制备股骨中段15mm～17mm缺损，以确保骨缺损完全超出股骨自行愈合的限度。
6.1.1.4大型动物（犬、猪、山羊）四肢长骨的自我修复能力有限，采用大于临界骨缺损值的缺损长度，以避免自行愈合而影响试验的科学性，股骨节段性骨缺损范围达20mm即超出其临界性骨缺损值。6.1.2胫骨
6.1.2.1在骨缺损的试验研究中，保证骨损伤局部的正常微环境是其骨修复成败的关键。2中型动物胫骨节段性骨缺损长度为8mm～12mm。6.1.2.2
6.1.2.3大型动物单侧胫骨的截骨长度为胫骨长度的20%，其截骨长度大约为20mm~30mm6.1.3桡骨
6.1.3.110mm~16mm桡骨干缺损对确立中型动物的临界骨缺损值有重要参考意义，6.1.3.2大型动物骨干缺损范围不超过20mm。6.1.4腓骨
多用于中型动物（腓骨干5mm横行缺损接近其临界骨缺损值）。6.1.5下颌骨
小型猪下颌骨20mm的缺损已完全超出了其能自行愈合的最小限度。6.1.6跖骨
羊跖骨6mm横行骨缺损即表现为骨不连。6.1.7椎骨
山羊和小型猪常作为椎骨缺损及修复的动物模型6.2膜化骨
6.2.1骨发生过程中，颅骨为典型的膜内成骨。颅顶的圆形骨缺损模型被广泛采用。6
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