医療機器製造における生体適合性材料：規格とベストプラクティス

2023年2月24日公開

現代医学は多様なツールと器具に依存しています。フレキシブルチューブからガーゼ、耐久性のある金属クランプ、義肢まで、これらのデバイスは多くの形を取ります。FDAが食品と医薬品のサプライチェーンで使用できる材料を規制するように、医療機器の開発と製造も規制しています。これは、産業用途で使用される特定の材料が、私たちの身体と相互作用する製品には使用できないことを意味します。

特定材料への制限は地域によって異なります。これは、米国で使用承認されたデバイスが、欧州連合の基準を満たさない可能性があることを意味します。

すべての医療機器が生体適合性材料を必要とするわけではありませんが、多くが必要とします。デバイスが体内使用を意図している場合、手術を補助するデバイスや皮膚に一時的に接触するデバイスよりも厳しい審査に直面します。体内使用を意図した医療機器の一般的な例には、ペースメーカー、義肢、ステント、人工股関節、その他の関節置換があります。

製品開発チームが、特定の要件に最適な生体適合性材料を知り、患者の健康と福祉を守り、厳格な規制への継続的なコンプライアンスを達成し、リスクと責任を軽減することは重要です。医療機器材料選定の主要なガイドラインと基礎原則をいくつか紹介します。

医療機器用生体適合性材料の規制規格

医療機器メーカーが使用する材料と部品は、生体適合性を具体的に扱う国際規格ISO 10993の厳格な品質と性能要件を満たさなければなりません。ISO 10993は、デバイス材料のリスク軽減と性能テストを一貫した統一的な方法で実行するアプローチを定めています。

人工関節や体内に入る他のデバイスは、厳格な性能と安全要件に直面します。

ISOガイドラインはFDAの支援を受けています。2020年9月、同機関はISO規制の実装方法と、FDA承認医療機器材料が国際基準と整合することを保証する方法についてのガイダンス文書を公開しました。

生体適合性は、単純な定義が少ない複雑で進化するテーマであり、ISO 10993ガイドラインの最新更新（10993-1:2018；10993-1:2009から更新）は、この分野の最新動向を反映しています。おそらく最新版ISO 10993で最も重要な変更は、生体適合性のテスト方法に関わるものです。

前バージョンが異なるデバイスタイプの生体適合性評価のための特定テストを提供していたのに対し、現在の規格は、医療機器製造に関わる多くの変数を、リスク評価、軽減、管理の包括的プロセスを通じてより良く扱おうとします。これにより、より広範な動的な医療と製造の文脈で規格を適用できるようになります。

ISO 10993の更新には、接触および非接触医療機器、ナノテクノロジー、ガス経路、吸収性材料の生体適合性評価方法に関する追加または更新情報も含まれます。

生体適合性の実証は一般的に3段階のプロセスで行われます：

1. 製品チームが生物学的評価計画（BEP）を開発し、既知のリスクとそれらをテストまたは軽減する戦略を概説。この文書はISO 10993-1の初期リスク評価要件を満たします。
2. デバイスの材料と部品をテストし、概説されたリスクに対処。デバイスが時間とともにどう摩耗するか、材料毒性、流体と接触時のデバイス動作などの要因評価を含む可能性があります。多くの場合、多様なテストタイプと医療機器設計管理が必要で、デバイスが意図通りに機能することを保証します。
3. 製品チームがテスト結果とデータ分析を生物学的評価報告書（BER）に統合し、FDAに承認申請します。

追加の生体適合性課題

ISOとFDA規制へのコンプライアンス達成に加え、生体適合性医療機器設計は製品チームに追加の課題をもたらす可能性があります。医療機器製品開発チームは、従わなければならない特定の機能的または設計関連要件を持つことがよくあり、これらの要件を材料制約と調和させることは時間のかかる集中的なプロセスになり得ます。実際、顧客要件が矛盾する、または相互排他的な材料特性セットを必要とすることは珍しくなく、製品チームが受け入れ可能な妥協点に導く調査を行う必要があります。

もう一つの重要な課題は生産タイムラインです。毒性学と生体適合性評価に必要なテストは、単純な合否結果を生み出すものではなく、これらの評価が集合的にコンプライアンスの実証またはさらなる研究と評価の推奨を作り出します。これが徹底した十分な文書化されたアプローチを必要とするため、医療機器の認証と承認プロセスは急ぐことはできません。成功する製品チームは、ISOとFDA規制に従って操業しながら、顧客要件を満たすスキルと専門知識を持つチームです。

適切な生体適合性材料選定の主要考慮事項

一部の医療機器は、滅菌に耐えられる材料で作られる必要があります。

生体適合性医療機器の設計と製造では、多数の変数と要因を考慮する必要があり、具体的な詳細はもちろんアプリケーションによって異なります。しかし、適切な材料を選ぶことは極めて重要で、研究者らはデバイスリコールの30-40%が不適切な材料選択によって引き起こされることを発見しています。製品チームのための3つの主要考慮事項を紹介します：

• 材料入手性： 医療機器の設計に希少または入手困難な材料が含まれる場合、代替ソリューションが必要かもしれません。これは単位コストを低く抑え、デバイスがスケジュール通りに市場に到達することを保証します。
• 製造プロセス： 医療機器またはその部品の材料要件が、最適な生産方法を決定するのに役立ちます。射出成形は、例えば、良好な表面仕上げを持つ精密プラスチック部品の大量生産に迅速かつコスト効率の良い手段ですが、少量生産では極めて高価になる可能性があります。一方、CNC加工は材料制約が非常に少ないですが、いくつかの重要な幾何学的制約があります。同様に、積層造形技術の発展により、より高速な生産とより多くのカスタマイゼーションが可能になります。これは、医療セクターの患者中心ケアへの大規模なシフトを考慮すると特に価値のある品質ですが、CNC加工と積層造形の両方が、比較的限られた材料範囲と互換性があることは留意すべきです。
• 滅菌ニーズ： 注射針やIVチューブなど、一部の医療機器とツールは、再び使用に回される前に滅菌される必要があります。設計用語では、これはデバイスが滅菌プロセスへの材料耐性を持たなければならないことを意味します。デバイスに滅菌要件があるかどうか、さらに使用される滅菌方法が何かを早期に知ることは、高価な改修とテストを回避する鍵です。

医療機器製品開発中の効率的な設計プロセスの維持

生体適合性テストと承認が継続的な評価を必要とすることを考えると、製品開発チームは発見に基づいて設計プロセスを適応または再考する必要があるでしょう。

チームが設計プロセスを合理化する構造的な方法がいくつかあります。テスト結果、材料毒性または発癌性、ISO 10993で定められたその他の特性を含む正確な材料データベースを維持することは、将来の設計努力で参照できる履歴データのアーカイブを作成する第一歩です。そうすることは、設計プロセス中の修正効率を改善するだけでなく、設計チームがデバイスの生体適合性と機能性要件に関連するさまざまな材料に精通し続けるのにも役立ちます。

部品材料が選定済みだがパーツ形状がまだ確定していない場合、プレークテストはチームが生産的で効率的であり続ける技術です。この技術は、最終製品の作成に使用される製造方法で複数の小さなプレークを生産することを含みます。その後、プレークは生体適合性テスト（化学テストと材料が時間とともにどう分解するかの決定を含む）を受け、製品開発者がパーツ設計を最終化します。これにより、後続評価の基盤を確立し、規制承認プロセスを加速できます。

仕事に適した製造パートナーの選択

最新ISO 10993に含まれる更新プロセスは、製品チームがデバイス設計、デバイス材料の物理的・化学的特性、さらには製造プロセスがデバイス品質と患者ニーズへの対応能力にどう影響するかを説明できることを保証しながら、不必要なテストを最小限に抑えることを目指しています。効果的な医療機器製造に必要な厳格な設計、開発、規制プロセスは製品チームに重大な課題を提示する可能性があり、そのためSyBridgeのような実績あるメーカーと提携することが有益です。

SyBridgeは、医療機器設計チームと協力して安全で信頼性の高い製品を市場に投入する豊富な経験を持つ、革新的なオンデマンドデジタル製造プラットフォームです。私たちのスキルと技術は、最先端義肢、高精度手術モデルなどの作成に使用されてきました。私たちのチームは、設計とプロトタイピング段階から生産と納品まで、360度のアドバイザリーとサポートサービスを提供する準備ができています。始める準備はできましたか？今すぐチームにご連絡ください。