Materiały polimerowe w medycynie: proces weryfikacji

Badania degradacji materiałów

Bez względu na czas trwania i rodzaj kontaktu, każdy materiał przechodzi podstawowe badania związane z jego odpornością i trwałością w warunkach, które są jak najbardziej zbliżone do tych występujących w organizmie człowieka. Zarówno metody badań, jak i podstawowe pojęcia zdefiniowane są w normie ISO 10993 arkusz 9 - Degradacja materiałów związanych z badaniami biologicznymi. Zgodnie z tą normą, badania degradacji należy przeprowadzić w przypadku, kiedy:

  • materiał pozostaje w organizmie powyżej 30 dni 
  • występuje uzasadnione podejrzenie uwalniania się substancji toksycznych do organizmu w warunkach pracy in vitro bądź in vivo
  • w momencie, gdy badany wyrób medyczny jest bioresorbowalny.

Oprócz określenia przypadków, w których należy przeprowadzić badania, w normie znajdują się także informacje dotyczące możliwości rezygnacji z ich wykonywania. Są one przede wszystkim związane z istniejącymi już wynikami analiz, dotyczącymi badanego materiału. Tylko po przeprowadzeniu badań degradacji w warunkach in vitro, możliwe jest przejście do kolejnego etapu, jakim są badania in vivo.

Przeprowadzając badania związane z degradacją tworzywa należy pamiętać, że ocenie poddawany jest zarówno sam materiał, jak i środowisko, w którym przebywał. Oznaczania produktów degradacji dokonuje się z wykorzystaniem metod z zakresu chemii analitycznej oraz inżynierii materiałowej. W momencie stwierdzenia zmian w materiale po badaniach degradacji należy ocenić go pod kątem zmian morfologii powierzchni, zmian biochemicznych oraz właściwości chemicznych i fizykochemicznych. 

Ważne jest, aby w raporcie końcowym opisać zastosowaną metodę, jak i wszelkie normy, z których korzystano. Ponadto, protokół powinien zawierać informacje dotyczące identyfikacji i charakterystyki badanego materiału oraz mechanizmu i produktów jego degradacji. 

W zależności od rodzaju tworzywa stosuje się konkretne normy: dla materiałów metalowych - ISO 10993-15, ceramicznych - ISO 10993-14 i polimerowych - ISO 10993-13. Dodatkowo korzysta się jeszcze z norm powiązanych z konkretną grupą użytkową - np. dla implantów okulistycznych jest to norma ISO 11979-6:2014. 

Degradacja polimerów 

Materiały polimerowe są obecnie wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym, budowlanym, samochodowym, papierniczym czy spożywczym, dlatego tak istotne jest określenie sposobu ich degradacji oraz oznaczenie jakościowe i ilościowe powstałych produktów. W przypadku materiałów polimerowych przeznaczonych do implantacji, norma podaje dwie metody badań - degradację w czasie rzeczywistym oraz w czasie przyspieszonym. Degradacja w czasie przyspieszonym - metoda skriningowa -wykorzystywana jest jako metoda przesiewowa, a degradacja w czasie rzeczywistym przeprowadzana jest w środowisku symulowanym. Proces degradacji może zachodzić pod wpływem wielu czynników, takich jak promieniowanie jonizujące, ultradźwięki, powietrze, enzymy czy bakterie. Wynikiem zaś jest utrata masy molowej, tworzenie się bądź sieciowanie nowych struktur, jak również utworzenie wolnych makrorodników. Zaleceń normy nie stosuje się jednak dla polimerów, które rozpadają się pod wpływem przyłożonego obciążenia bądź promieniowania elektromagnetycznego. 

Degradację w czasie rzeczywistym należy prowadzić w temperaturze 37 ± 1°C. Monitoring jej stopnia przeprowadza się po 1, 3, 6 i 12 miesiącach dla wyrobów, które mają pozostawać w organizmie powyżej 30 dni. Dla wyrobów pozostających w organizmie do tego czasu lub krócej, wymagana jest ocena czterokrotna. Osobnym przypadkiem są polimery resorbowalne, dla których kontrolę prowadzi się do momentu utraty spójności materiału.

Degradację w czasie przyspieszonym przeprowadza się w temperaturze wyższej niż 37°C, ale poniżej poziomu rozpuszczania bądź topienia się materiału, dlatego też temperatura ta jest ściśle powiązana z rodzajem badanego polimeru i wynosi średnio około 70 ± 2°C. Dla materiałów bądź wyrobów, które pozostawać mają w organizmie ludzkim powyżej 30 dni, kontrolę stopnia degradacji należy przeprowadzić po 2 i 60 dniach, a dla wyrobów, które pozostawać mają krócej - po 2 i 7 dniach. Przedstawione zakresy mają charakter informacyjny; właściwy czas ustalany jest w zależności od rodzaju materiału lub planowanego zużycia wyrobu.

W normie zawarto również informację o rodzaju medium, które zależy głównie od mechanizmu degradacji oraz minimalnej liczby próbek i materiałów odniesienia. Końcowy raport zawiera informację o ewentualnym ubytku masy oraz zmianach w masie cząsteczkowej. Wykonanie badań w środowisku symulowanym jest zależne od tego, czy wykryte zostaną zmiany w badaniu w czasie przyspieszonym. 

Norma PN - EN ISO 10993-13 jest normą podstawową. Jej uzupełnienie stanowią normy szczegółowe, w których przedstawiono bardziej precyzyjne badania powiązane z konkretnym implantem bądź wyrobem medycznym. Istotny jest zatem dokładny przegląd literaturowy, ponieważ to właśnie dzięki niemu określa się, jakie normy i badania związane z degradacją powinny zostać wykonane, przez co możliwe będzie rozpoczęcie badań w środowisku in vivo. 


Czytaj więcej:
Polimery 136
Medycyna 135
Badania 187
Nauka 80

Reportaże

Forum