血管介入器械表面潤滑涂層風險評估及監(jiān)管探索

血管介入器械表面潤滑涂層風險評估及監(jiān)管探索（原創(chuàng)2023-05-25CMDE中國器審）自20世紀80年代中期以來，在介入心臟病學、介入神經放射學及介入血管外科領域，廣泛利用聚合物作為血管內導管/導絲等器械的潤滑涂層，其目的為增強該類介入器械表面的潤滑性及其在血管內的通過性。潤滑涂層包括親水性聚合物如聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸以及疏水性聚合物如聚四氟乙烯等，可以有效減少介入器械表面摩擦，降低血管壁損傷風險，并防止血管痙攣及血栓形成。表面潤滑涂層的應用擴大了介入器械手術治療范圍，減少了手術時間和成本，使幾種創(chuàng)新的血管內技術成為可能，成為介入治療的重要工具[1,2]。然而近年來與血管介入產品涂層相關的并發(fā)癥逐漸引起關注，聚合物潤滑涂層的使用可能會由于涂層與基底的粘著力不良使其從器械分離或脫落，導致不良事件發(fā)生，并且可能對患者轉歸產生重大影響。本文對潤滑涂層脫落風險及其發(fā)現過程進行梳理，對涂層脫落的監(jiān)管現狀進行分析，在此基礎上提出科學評價理念及相關探索。一、涂層脫落風險及其識別之路（一）涂層脫落的常見機制機械磨損和化學降解是導致聚合物涂層脫落的主要機制。機械磨損是指介入器械與血管系統或其他器械相互作用，導致涂層聚合物結構內部以及聚合物和器械基底之間的化學鍵（如有）、分子間作用力改變，當達到化學鍵能或分子間作用力閾值時發(fā)生斷裂導致聚合物與器械基底分離（刮落或剝落）。機械磨損通常發(fā)生在血管彎曲部位，以及硬化或狹窄血管需要進行多次血管插管嘗試時?；瘜W降解是聚合物涂層結構內部的化學鍵以及聚合物與基底之間的化學鍵隨著與生理鹽水或脈動血液的長期接觸而減弱[3]。因此聚合物涂層成分及涂覆結合方式、涂層厚度、產品儲存條件、血管內操作頻率及熟練度、目標血管的解剖情況等，均可通過機械磨損和化學降解方式影響涂層的穩(wěn)定性。（二）涂層脫落的危害涂層一旦脫落進入血液中，聚合物顆粒即有可能栓塞靶血管的遠端部分，或者通過體循環(huán)及肺循環(huán)栓塞心臟、肺、大腦和皮膚中的小型和中型血管。影響臨床結果的因素包括顆粒數量、顆粒大小、顆粒形態(tài)、受累器官。癥狀性反應可能是自限性的，也可能導致局灶性或多灶性實質壞死，并因重要器官受累導致梗死、致殘甚至患者死亡。有報道在心臟觀察到聚合物涂層栓塞導致心肌缺血和梗死，在大腦觀察到聚合物顆粒圓形增強病變及周圍水腫，聚合物栓塞真皮血管導致皮膚損傷，表現為斑點和紫色片狀物。組織病理學顯示，在相關部位動脈中有分層、顆粒狀、嗜堿性的外源性物質。這些栓塞物通常被炎癥反應包圍（大量中性粒細胞，顆粒細胞或肉芽腫形成）[4-6]。為進一步證明涂層脫落的危害，Stanley等人通過動物試驗觀察到在使用親水涂層導引鞘處理的24只動物中，13只（54%）大腦動脈出現外源性物質。從動物試驗大腦組織學切片觀察和體外評估表明，外源性物質來源于導引鞘的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）涂層脫落[7]。(三)涂層脫落難以發(fā)現的原因早在20世紀90年代就有文章報道在使用微導管介入治療后小動脈內發(fā)現異物。2009年，RupalI.等人首次向美國食品和藥物管理局(FDA)報告了醫(yī)源性親水性聚合物栓塞（HPE）導致的致命并發(fā)癥，并提出了目前對HPE引起的發(fā)病率和死亡率認識不足的現狀。然而在介入涂層使用30多年后，關于涂層HPE的危害仍未能引起足夠重視。主要原因在于，聚合物涂層栓塞在臨床環(huán)境中難以發(fā)現。在沒有醫(yī)源性涂層并發(fā)癥的臨床認知，也沒有靶向組織病理學分析的情況下，HPE多年來未能在臨床得到充分的關注[8-10]。二、相關產品監(jiān)管現狀及面臨挑戰(zhàn)（一）監(jiān)管現狀血管內導管/導絲等介入器械在歐盟及中國作為三類醫(yī)療器械管理，在美國作為二類醫(yī)療器械管理。目前，對帶涂層血管內器械的上市前評價要求包括評價器械表面涂層潤滑性及穩(wěn)定性。申請人基本按照自行制訂的方法進行涂層摩擦力以及穩(wěn)定性的研究，監(jiān)管部門通常會建議與已上市同類產品進行模擬使用評價其性能指標的實質等同性。然而，針對涂層脫落的直接危害因素——微粒，目前尚無標準方法進行檢測，未定義允許的尺寸閾值，也沒有嚴格定義在體外測試中產生顆粒的總體允許限制。實際上，血管內器械的微粒一直是監(jiān)管重點。目前對微粒的關注主要在于控制生產環(huán)境、工藝過程以及產品包裝引起的微?！，F階段關于產品的微?？刂破毡檠赜昧烁鲊幍渲袑τ谛∫?guī)格注射液的標準，即每個供試品含10μm以上的微粒不得過6000粒，含25μm以上的微粒不得過600粒。但是該微粒的評價方法未考慮脫落微粒的具體類型，并不能單獨通過該測試結果反映帶涂層產品臨床應用時脫落導致微粒的真實情況。涂層脫落帶來的聚合物微粒栓塞將這一類問題提升到新的關注高度。（二）面臨的挑戰(zhàn)介入器械表面潤滑涂層及其性能評估目前尚無國際認可的標準。美國醫(yī)療器械促進協會（AAMI）就顆粒測試作為評估血管內設備涂層完整性的手段制定了行業(yè)標準，但在標準中指出“目前并沒有提供謹慎的閾值來確定不同顆粒類型、尺寸、數量和形狀以及各種血管部位和潛在病理的顆粒的安全限值”。同時指出，“由于缺乏全面和明確的臨床數據，本標準不推薦顆粒大小范圍和顆粒計數限制?！彪m然AAMI在該標準中建議制造商應從預測裝置中獲得顆粒物的比較數據，但預測裝置的安全性和有效性未得到證實。此外，臨床證據表明，已建立的臨床前模擬使用測試并不能完全預測現實環(huán)境中的器械涂層性能[11]。2015年美國食品和藥物管理局發(fā)布了一份題為“血管內醫(yī)療器械潤滑涂層分離的安全通信”承認了這些擔憂，提醒血管介入器械表面聚合物潤滑涂層的潛在危害和風險。并建議制造商負責制定一個適當的顆粒物評估程序并提供測試數據的解釋[12-13]。三、科學的評價理念及探索（一）國際進展2019年10月10日，FDA發(fā)布《冠狀動脈、外周血管和神經血管導絲—性能測試和推薦標識指南》，該指南取代了1995年1月發(fā)布的《冠狀動脈和腦血管導絲指南》。建議進行涂層完整性及微粒的評價，并對涂層的潤滑功能進行評價。包括：涂層完整性測試應當對器械在有彎曲代表性的模型中模擬使用測試前后所收集數據進行說明；在進行涂層完整性測試的同時測試微粒以評價可能在模擬使用中脫落的微粒的來源、數量和大小。如果存在涂層缺陷，應當提供科學合理的說明這些涂層是否存在安全性風險[14]。同一天，FDA發(fā)布了指南《帶有潤滑涂層的血管內導管、導絲和輸送系統——標簽標識要求》，進一步明確親水和/或疏水涂層可能從介入器械表面脫落，并可能對患者造成嚴重傷害。在說明書及標簽中對多種可能降低涂層穩(wěn)定性，導致涂層脫落的操作進行警示[15]。（二）科學評價探索如何科學指導血管介入產品潤滑涂層的評價和風險控制，基本環(huán)節(jié)在于通過建立分類評價的思路，制定業(yè)內認可的標準方法、設定可接受的微粒評價指標，在不影響涂層潤滑性能的基礎上構建閉環(huán)的評價證據鏈。1、分類評價的意義涂層的穩(wěn)定性及潤滑性評價都涉及測試周期（或稱為測試次數），也就是評估產品在經歷幾個測試周期/次數后仍然能保持涂層的完整性及潤滑性。離開模擬測試周期/次數去看這些指標是沒有實際意義的，而測試周期/次數的設定尚無標準，分類評價即對于不同作用部位以及不同適用范圍的產品，在進行涂層穩(wěn)定性評估時，建議結合臨床實際制定不同的模擬測試周期/測試次數。例如血管內導絲在血管中操作時間、操作次數會遠多于經導管主動脈瓣修復(TAVR)裝置；用于迂曲冠狀動脈及神經血管的導絲以及用于狹窄病變的產品，可能在反復通過迂曲狹窄時造成涂層摩擦脫落的風險相對較高。因此宜根據臨床使用部位解剖特點及使用過程等具體情況對產品潤滑涂層的脫落風險進行分類考慮。2、涂層厚度的考量目前各種涂層評價均未考量一個重要的因素——涂層厚度，涂層厚度不是越厚越好，相反，在滿足潤滑條件下較薄的涂層能降低涂層在血管內脫落的風險。通過確定可能的最大循環(huán)計數來測試涂層的耐久性。比較循環(huán)計數與預定的耐久性標準，以評估器械上的涂層用量。明顯高于器械耐久性標準的循環(huán)計數可能是過量涂層的指示。3、微粒評價由于液體浸泡及使用過程中的摩擦是導致涂層脫落的主要因素，建議在模擬使用后評估涂層的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性能的驗證可與微粒評價進行聯合評估，對于驗證結果應基于預期用途討論涂層脫落以及產生微粒是否可接受并給出合適理由。模擬使用應能代表臨床最嚴苛的使用環(huán)境，并按照說明書要求進行預處理，在模擬使用后收集微粒并進行量化，包括微粒粒徑及數量、微粒各區(qū)間的分布特征，量化的方法應經過驗證。應考慮到不同部位微粒栓塞的耐受程度不同，建議根據產品擬適用部位制定適宜的接受標準。4、特殊關注由于獨特的解剖學因素和臨床狀態(tài)，與涂層脫落現象相關的醫(yī)源性親水性聚合物栓塞（HPE）風險在不同的患者中可能有不同的臨床表現和結局。由于介入器械和血管之間的摩擦是導致涂層脫落的主要因素，血管直徑和器械尺寸不匹配可能在嬰兒、兒童、青少年人群中帶來更大風險。嬰兒和兒童器官更容易出現多灶性異物沉積、炎癥以及發(fā)育后遺癥。因此在用于兒科的血管介入器械應該有更嚴格的限制和明確的警戒。此外，對于血管儲備功能降低或昏迷的患者中更有可能出現栓塞癥狀，也應引起格外的關注。四、結語

毋庸置疑，潤滑涂層的引入使得血管介入器械應用有了長足的進展，極大地提高了血管介入手術的范圍及可操作性。然而涂層又是一把雙刃劍，如何在充分利用其潤滑優(yōu)勢的同時最大限度減少脫落，這個問題應該引起生產者、監(jiān)管者及醫(yī)療機構使用者的共同關注，而尋找HPE醫(yī)源性并發(fā)癥的解決方案也需要生產者、監(jiān)管者及醫(yī)療機構使用者的共同努力。

參考文獻：[1]SaitoS,TanakaS,HiroeY,etal.Usefulnessofhydrophiliccoatingonarterialsheathintroducerintransradialcoronaryintervention.CatheterCardiovascInterv.2002;56(3):328-32.[2]KiemeneijF,FraserD,SlagboomT,LaarmanG,vanderWiekenR.Hydrophiliccoatingaidsradialsheathwithdrawalandreducespatientdiscomfortfollowingtransradialcoronaryintervention:arandomizeddouble-blindcomparisonofcoatedanduncoatedsheaths.CatheterCardiovascInterv.2003;59(2):161-4.[3]StanleyJR,TzafririAR,ReganK,etal.ParticulatesfromHydrophilic-CoatedGuidingSheathsEmbolizetotheBrain.EuroIntervention.2016;11(12):1435–41.[4]FealeyME,EdwardsWD,GianniniC,etal.Complicationsofendovascularpolymersassociatedwithvascularintroducersheathsandmetalliccoilsin3patients,withliteraturereview.AmJSurgPathol.2008;32:1310–1316.[5]AllanRW,AlnuaimatH,EdwardsWD,etal.Embolizationofhydrophiliccathetercoatingtothelungs:reportofacasemimickinggranulomatousvasculitis.AmJClinPathol.2009;132:794–797.[PubMed:19846823][6]MehtaRI,MehtaRI,ChoiJM,MukherjeeA,CastellaniRJ.Hydrophilicpolymerembolismandassociatedvasculopathyofthelung:prevalenceinaretrospectiveautopsystudy.HumPathol.2015;46:191–201.[PubMed:25543660][7]JamesR.L.Stanley,AbrahamR,etal.ParticulatesfromHydrophilic-CoatedGuidingSheathsEmbolizetotheBrain.EuroIntervention.2016;20;11(12):1435–1441.[8]MehtaRI,MehtaRI,FishbeinMC,etal.Intravascularpolymermaterialfollowingcoilembolizationofagiantcerebralaneurysm.HumPathol.2009;40:1803–1807.[PubMed:19716159][9]BarnwellSL,D'AgostinoAN,ShapiroSL,etal.Foreignbodiesinsmallarteriesafteruseofaninfusionmicrocatheter.AmJNeuroradiol.1997;18:1886–1889.[PubMed:9403448][10]KozakM,AdamsDR,IoffredaMD,etal.Sterileinflammationassociatedwithtransradialcatheterizationandhydrophilicsheaths.CathetCardiovascIntervent.2003;59:207–213.[11]AAMITIR42:2010.Evaluationofparticulatesassociatedwithvascularmedicaldevices.Arlington,VA:AssociationfortheAdvancementofMedicalInstrumentation;2010.[12]U.S.FoodandDrugAdministration.CriticaltoQualityInformationforHydrophilicCoatedandHydrophobicCoatedVascularandNeurologicalDevices.FDA;SilverSpringMD:Aug,2015[13]U.S.FoodandDrug