Biocompatibele materialen bij de productie van medische hulpmiddelen:normen en beste praktijken

Gepubliceerd op 24 februari 2023

De moderne geneeskunde is afhankelijk van een verscheidenheid aan verschillende hulpmiddelen en instrumenten. Deze apparaten variëren van flexibele slangen tot gaas tot duurzame metalen klemmen en prothetische ledematen, en nemen vele vormen aan. Net zoals de FDA reguleert welke materialen gebruikt mogen worden in onze voedsel- en geneesmiddelentoeleveringsketens, reguleert zij ook de ontwikkeling en productie van medische hulpmiddelen. Dit betekent dat bepaalde materialen die in industriële toepassingen worden gebruikt, niet acceptabel zijn voor gebruik in producten die een interactie aangaan met ons lichaam.

Beperkingen rond specifieke materialen variëren per regio. Dit betekent dat een apparaat dat is goedgekeurd voor gebruik in de Verenigde Staten mogelijk niet voldoet aan de normen van de Europese Unie.

Hoewel niet voor elk medisch apparaat biocompatibele materialen nodig zijn, is dat bij veel apparaten wel het geval. Als het apparaat bedoeld is voor inwendig gebruik, zal het aan strengere controles worden onderworpen dan apparaten die kunnen helpen bij een operatie of die tijdelijk in contact komen met de huid. Veel voorkomende voorbeelden van medische apparaten die bedoeld zijn voor intern gebruik zijn pacemakers, protheses, stents, kunstheupen en andere gewrichtsvervangingen.

Het is belangrijk dat productontwikkelingsteams weten welke biocompatibele materialen het meest geschikt zijn voor hun specifieke vereisten om de gezondheid en het welzijn van de patiënt te beschermen, voortdurende naleving van strenge regelgeving te bereiken en risico's en aansprakelijkheid te beperken. Hier volgen enkele belangrijke richtlijnen en basisprincipes voor de materiaalkeuze van medische hulpmiddelen.

Regulerende normen voor biocompatibele materialen voor medische hulpmiddelen

De materialen en componenten die door fabrikanten van medische apparatuur worden gebruikt, moeten voldoen aan de strenge kwaliteits- en prestatie-eisen van de internationale regelgeving ISO 10993, die specifiek gaat over biocompatibiliteit. ISO 10993 beschrijft een aanpak voor het op consistente en uniforme wijze uitvoeren van risicobeperkings- en prestatietests voor apparaatmaterialen.

ISO-richtlijnen hebben de steun van de FDA. In september 2020 bracht het bureau een begeleidend document uit met suggesties voor de implementatie van de ISO-regelgeving en hoe ervoor te zorgen dat door de FDA goedgekeurde materialen voor medische hulpmiddelen in overeenstemming zijn met internationale normen.

Biocompatibiliteit is een complex en evoluerend onderwerp met weinig eenvoudige definities, en de laatste update van de ISO 10993-richtlijnen (10993-1:2018; bijgewerkt van 10993-1:2009) weerspiegelt de nieuwste ontwikkelingen op dit gebied. Misschien wel de belangrijkste verandering in de nieuwste editie van ISO 10993 betreft de manier waarop biocompatibiliteit wordt getest.

Terwijl de vorige versie specifieke tests voorzag voor het beoordelen van de biocompatibiliteit van verschillende soorten apparaten, probeert de huidige standaard beter tegemoet te komen aan de vele variabelen die betrokken zijn bij de productie van medische hulpmiddelen door middel van een uitgebreid proces van risicobeoordeling, beperking en beheer. Hierdoor kan de standaard worden toegepast in een breder scala aan dynamische medische en productiecontexten.

De ISO 10993-update bevat ook aanvullende of bijgewerkte informatie over contact- en contactloze medische hulpmiddelen, evenals methoden voor het evalueren van de biocompatibiliteit van nanotechnologie, gasroutes en absorbeerbare materialen.

Het aantonen van biocompatibiliteit gebeurt doorgaans via een proces in drie fasen:

1. Productteams ontwikkelen een Biologisch Evaluatie Plan (BEP), waarin bekende risico's en strategieën worden beschreven om deze zorgen te testen of te verminderen. Dit document voldoet aan de eis van ISO 10993-1 voor een initiële risicobeoordeling.
2. De materialen en componenten van het apparaat worden getest om deze geschetste risico's aan te pakken, waaronder evaluatie van factoren zoals hoe het apparaat in de loop van de tijd slijt, materiaaltoxiciteit of hoe het apparaat werkt als het in contact komt met vloeistoffen. Vaak zijn er verschillende testtypen en ontwerpcontroles voor medische apparaten nodig om ervoor te zorgen dat het apparaat naar behoren functioneert.
3. Productteams consolideren testresultaten en analyses van de gegevens in een Biologisch Evaluatierapport (BER), dat ze vervolgens ter goedkeuring indienen bij de FDA.

Aanvullende uitdagingen op het gebied van biocompatibiliteit

Naast het bereiken van naleving van de ISO- en FDA-regelgeving kan het ontwerp van biocompatibele medische hulpmiddelen tot extra uitdagingen voor productteams leiden. Productontwikkelingsteams voor medische hulpmiddelen hebben vaak specifieke functionele of ontwerpgerelateerde eisen waaraan zij moeten voldoen, en het in overeenstemming brengen van deze eisen met materiële beperkingen kan een tijdrovend en intensief proces zijn. In feite is het niet ongehoord dat de eisen van klanten een reeks tegenstrijdige of elkaar uitsluitende materiaaleigenschappen vereisen. Het is dan ook aan de productteams om het onderzoek te doen dat tot een aanvaardbaar compromis leidt.

Een andere belangrijke uitdaging betreft de productietijdlijnen. De tests die nodig zijn voor de beoordeling van de toxicologie en de biocompatibiliteit leveren geen eenvoudige resultaten op die wel of niet slagen; deze evaluaties creëren eerder gezamenlijk een demonstratie van naleving of een aanbeveling voor verder onderzoek en evaluatie. Omdat dit een grondige en goed gedocumenteerde aanpak vereist, kan het certificerings- en goedkeuringsproces voor medische hulpmiddelen niet worden overhaast. Succesvolle productteams zijn degenen met de vaardigheden en expertise om aan de eisen van klanten te voldoen en tegelijkertijd te werken in overeenstemming met de ISO- en FDA-regelgeving.

Belangrijke overwegingen bij het selecteren van het juiste biocompatibele materiaal

Er zijn talloze variabelen en factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen en vervaardigen van biocompatibele medische hulpmiddelen, en de specifieke details zullen uiteraard variëren afhankelijk van de toepassing. Het kiezen van het juiste materiaal is echter van cruciaal belang, aangezien onderzoekers hebben ontdekt dat 30-40% van de teruggeroepen apparaten wordt veroorzaakt door onjuiste materiaalkeuze. Hier volgen drie belangrijke overwegingen voor productteams:

• Beschikbaarheid van materiaal:  Als bij het ontwerp van een medisch hulpmiddel materialen worden gebruikt die schaars of moeilijk verkrijgbaar zijn, kan een alternatieve oplossing nodig zijn. Dit helpt om de kosten per eenheid laag te houden en ervoor te zorgen dat het apparaat op tijd op de markt kan komen.
• Fabricageproces :De materiaalvereisten van een medisch hulpmiddel of de componenten ervan helpen bij het bepalen van de optimale productiemethode of -methoden. Spuitgieten is bijvoorbeeld een snelle en kosteneffectieve manier om grote hoeveelheden precieze kunststofcomponenten met goede oppervlakteafwerkingen te creëren, maar kan extreem duur zijn bij productie in kleine volumes. CNC-bewerking heeft daarentegen zeer weinig materiële beperkingen, maar enkele belangrijke geometrische beperkingen. Op dezelfde manier maken ontwikkelingen op het gebied van additieve productietechnologieën een snellere productie en meer maatwerk mogelijk – een bijzonder waardevolle kwaliteit gezien de grootschalige verschuiving in de medische sector naar patiëntgerichte zorg – hoewel het de moeite waard is om op te merken dat zowel CNC-bewerking als additieve productie compatibel zijn met een relatief beperkt aantal materialen.
• Sterilisatiebehoeften :Sommige medische apparaten en hulpmiddelen, zoals injectienaalden en infuusslangen, moeten worden gesteriliseerd voordat ze weer in gebruik kunnen worden genomen. In ontwerptermen betekent dit dat het apparaat een materiële weerstand moet hebben tegen het sterilisatieproces. In een vroeg stadium weten of er voor een apparaat een sterilisatievereiste geldt – naast de sterilisatiemethode die zal worden gebruikt – is de sleutel tot het vermijden van dure revisies en tests.

Het handhaven van een efficiënt ontwerpproces tijdens de productontwikkeling van medische hulpmiddelen

Aangezien het testen en goedkeuren van biocompatibiliteit voortdurende evaluatie vereisen, zullen productontwikkelingsteams waarschijnlijk hun ontwerpprocessen moeten aanpassen of heroverwegen op basis van hun bevindingen.

Er zijn een aantal structurele manieren waarop teams hun ontwerpprocessen kunnen stroomlijnen. Het bijhouden van een nauwkeurige database van materialen die informatie bevat met betrekking tot testresultaten, materiaaltoxicologie of carcinogeniteit en andere kenmerken die zijn vastgelegd in ISO 10993, is de eerste stap naar het creëren van een archief van historische gegevens waarnaar kan worden verwezen bij toekomstige ontwerpinspanningen. Dit helpt niet alleen om de efficiëntie van wijzigingen tijdens het ontwerpproces te verbeteren, maar helpt ook om het ontwerpteam op de hoogte te houden van de verschillende materialen die relevant zijn voor de biocompatibiliteit en functionaliteitsvereisten van een apparaat.

Als de componentmaterialen zijn geselecteerd, maar de geometrie van de onderdelen nog moet worden afgerond, is het testen van plaques een techniek waarmee teams productief en efficiënt kunnen blijven. Deze techniek omvat het produceren van meerdere kleine plaquettes via de productiemethode die zal worden gebruikt om het eindproduct te maken. De plaques worden vervolgens onderworpen aan biocompatibiliteitstests – inclusief chemische tests en het bepalen hoe het materiaal in de loop van de tijd afbreekt – terwijl productontwikkelaars het ontwerp van de onderdelen finaliseren. Dit helpt bij het leggen van de basis voor daaropvolgende evaluatie en kan het goedkeuringsproces van de regelgevende instanties versnellen.

De juiste productiepartner voor de taak kiezen

De bijgewerkte processen in de nieuwste ISO 10993 proberen onnodig testen tot een minimum te beperken en tegelijkertijd te garanderen dat productteams rekening kunnen houden met de manier waarop relevante factoren zoals het ontwerp van het apparaat, de fysische en chemische kenmerken van de materialen van het apparaat en zelfs het productieproces de kwaliteit van apparaten kunnen beïnvloeden en hoe goed ze in staat zijn om aan de behoeften van patiënten te voldoen. De inspannende ontwerp-, ontwikkelings- en regelgevingsprocessen die nodig zijn voor een effectieve productie van medische apparatuur kunnen aanzienlijke uitdagingen opleveren voor productteams. Daarom is het nuttig om samen te werken met een beproefde fabrikant als SyBridge.

SyBridge is een innovatief, on-demand digitaal productieplatform met aanzienlijke ervaring in het samenwerken met ontwerpteams voor medische apparatuur om veilige, betrouwbare producten op de markt te brengen. Onze vaardigheden en technieken zijn gebruikt om geavanceerde protheses, zeer nauwkeurige chirurgische modellen en meer te creëren, en ons team is bereid om 360-graden advies- en ondersteuningsdiensten te bieden, vanaf de ontwerp- en prototypefase tot productie en uitvoering. Klaar om aan de slag te gaan? Neem vandaag nog contact op met ons team.