采用細(xì)胞毒性試驗(yàn)對23個藥用包裝材料進(jìn)行生物安全性評價(jià)

黃雅理，孫會敏，林 飛，趙 霞，*，湯 龍，*

(1．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050；2．海關(guān)總署國際檢驗(yàn)檢疫標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)法規(guī)研究中心，北京 100013)

藥用包裝材料包括注射劑、輸液劑、儲血、輸血材料及其在體內(nèi)長期滯留的設(shè)備或替代品的包裝等，由于藥用包裝材料絕大部分是不溶物質(zhì)，可能對人體安全性危害的風(fēng)險(xiǎn)較大。其體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)如何設(shè)計(jì)，目前尚無明確的技術(shù)規(guī)范或國家標(biāo)準(zhǔn)。目前，藥用包裝材料的生物學(xué)評價(jià)多根據(jù)《國家藥包材標(biāo)準(zhǔn)》第7部分方法類藥包材標(biāo)準(zhǔn)[1]進(jìn)行。但該標(biāo)準(zhǔn)只頒布了包括細(xì)胞毒性檢查法等7個生物學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目，并未規(guī)定受試物前處理的詳細(xì)方法，檢測單位多參考《GB/T 16886.12-2017醫(yī)療器械生物學(xué)評價(jià)》第12部分樣品制備與參照樣品[2]的要求進(jìn)行，但可變條件多、針對性不強(qiáng)、檢測樣品不能最大限度的進(jìn)行加嚴(yán)和加速浸提，其毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)性評估受到限制。

本研究參考多個國家標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范)對受試物前處理的要求[3-5]，針對醫(yī)療器械和包裝材料的特殊性，選擇用于注射、體內(nèi)滯留等對人體風(fēng)險(xiǎn)性較高的23個包裝材料，用MEM培養(yǎng)液和水(氯化鈉注射液和超純?nèi)ルx子水)兩種前處理方法，制備檢測樣品浸提液作為溶劑，配制加胎牛血清的完全培養(yǎng)液，經(jīng)與培養(yǎng)細(xì)胞接觸之后，確認(rèn)各檢測樣品浸提液是否能引起細(xì)胞毒性反應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 檢測樣品藥用包裝材料來自16個企業(yè)共23個樣品，詳見表1。將圓粒樣品和橡膠樣品剪切成≤25 mm×10 mm×5 mm；薄膜樣品裁剪成25 mm×5 mm；如樣品規(guī)格≤上述體積，不做剪切。用常溫去離子水在2號標(biāo)準(zhǔn)篩中清洗2遍，置50℃恒溫干燥箱中烘干備用。

1.1.2 培養(yǎng)基MEM干粉培養(yǎng)基，每袋93.9 g，購于美國Gibco公司。

1.1.3 浸提介質(zhì)氯化鈉注射液，由石家莊四藥股份有限公司生產(chǎn)；自制超純?nèi)ルx子水和MEM培養(yǎng)液。

1.1.4 對照品細(xì)胞毒性陰性對照品為高密度聚乙烯膜(面積25 mm×5 mm)，由中國食品藥品檢定研究院提供。陽性對照品為二甲基亞砜(DMSO)，分析純，由天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

1.1.5 細(xì)胞株小鼠成纖維細(xì)胞L929，由中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所提供。

1.1.6 儀器及其他本研究使用的主要儀器和實(shí)驗(yàn)物品包括：CO2培養(yǎng)箱，倒置顯微鏡，酶標(biāo)儀，分度值(d)0.001 g的電子天平，超純水制備系統(tǒng)，pH計(jì)，滲透壓分析儀；2G砂芯抽濾漏斗，0.22μm濾膜除菌器，96孔培養(yǎng)板，25 mL細(xì)胞培養(yǎng)瓶等。

1.1.7 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境在100級潔凈度的超凈工作臺中操作。室溫20～25℃，相對濕度40%～70%。

1.2 方 法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)小鼠成纖維細(xì)胞L929采用含10%胎牛血清的MEM培養(yǎng)液(完全培養(yǎng)液)，置于CO2培養(yǎng)箱中37℃條件下培養(yǎng)48～72 h，取生長旺盛的細(xì)胞用于當(dāng)天試驗(yàn)[6]。

1.2.2 檢測樣品培養(yǎng)基浸提液制備分別稱取5.0 g高壓滅菌后的檢測樣品，按0.2 g/mL計(jì)算浸提液體積，加入無血清MEM培養(yǎng)液至25 mL。經(jīng)37℃振蕩浸提24 h，其浸提液用2G砂芯抽濾漏斗濾除浸提液粗沉淀物和檢測樣品后，加10%胎牛血清，經(jīng)0.22 μm濾膜除菌器濾除細(xì)菌后用于試驗(yàn)[2]。

1.2.3 檢測樣品水浸提液制備分別稱取5.0 g檢測樣品，按0.2 g/mL計(jì)算浸提液體積，加氯化鈉注射液或超純?nèi)ルx子水至25 mL。在高壓滅菌鍋中121℃(壓力0.105 MPa)下浸提1 h，其浸提液用2G砂芯抽濾漏斗濾除浸提液粗沉淀物和檢測樣品后，作為溶劑配制MEM培養(yǎng)基，加10%胎牛血清，經(jīng)0.22μm濾膜除菌器濾除細(xì)菌后用于試驗(yàn)[2，7]。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)分組空白對照組為不加任何物質(zhì)的完全培養(yǎng)液。陰性對照組為高密度聚乙烯膜按3 cm2/mL制備的水浸提液(方法同1.2.3)。陽性對照組是在完全培養(yǎng)液中加入10%的DMSO。試驗(yàn)組分為MEM培養(yǎng)基浸提液、氯化鈉注射液浸提液和超純?nèi)ルx子水浸提液。

1.2.5 檢測浸提液制備條件對細(xì)胞毒性反應(yīng)的影響選擇2個細(xì)胞毒性反應(yīng)為4級的氯化鈉注射液浸提液檢測樣品，改變浸提溫度和時(shí)間，制備121℃、20 min，121℃、30 min，121℃、1 h，70℃、24 h，50℃、72 h共5個條件下的浸提液，比較細(xì)胞毒性反應(yīng)大小。

1.2.6 滲透壓和p H值的測定為了解不同條件下制備的浸提液滲透壓和PH值變化，制備121℃、20 min，121℃、30 min，121℃、1 h，70℃、24 h，50℃、72 h共5個條件下的氯化鈉注射液和超純?nèi)ルx子水浸提液，用滲透壓分析儀和pH計(jì)測定濃度和pH值，確定數(shù)值變化范圍[5]。

1.2.7 細(xì)胞毒性試驗(yàn)用完全培養(yǎng)液將L929細(xì)胞配制成濃度為1×104個/mL的細(xì)胞懸液接種于4個96孔培養(yǎng)板，每孔接種100μL。置于CO2培養(yǎng)箱(CO2體積分?jǐn)?shù)為5%)37℃靜置培養(yǎng)24 h，細(xì)胞貼壁生長后，棄除每孔中的上層液體。設(shè)空白對照、陰性對照、陽性對照、23個MEM培養(yǎng)基浸提液處理組和23個氯化鈉注射液浸提液處理組，每組各設(shè)6孔，每孔加入100μL完全培養(yǎng)液或由浸提液配制的完全培養(yǎng)液，置于CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)靜置培養(yǎng)。

細(xì)胞接觸檢測樣品48 h，取出96孔培養(yǎng)板，于倒置顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)。每孔加入20μL質(zhì)量濃度為0.5%的MTT溶液，混合均勻后，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，棄除每孔中的上層液體。加入150μL DMSO，于振蕩器上振蕩10 min，用酶標(biāo)儀在570和630 nm波長下測定吸光度值。

1.2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析用各試驗(yàn)組(包括陰性對照、陽性對照)和空白對照組測出的吸光度平均值計(jì)算細(xì)胞相對增殖率(relative growth rate，RGR)不進(jìn)行組間數(shù)值差異性分析。

1.2.9 結(jié)果判定與評價(jià)細(xì)胞毒性反應(yīng)分級標(biāo)準(zhǔn)[6]按：RGR≥100%為0級；RGR在80%(含)～100%為1級；RGR在50%(含)～80%為2級；RGR在30%(含)～50%為3級；RGR在0(含)～30%為4級?！?級為陰性，2級為可疑陽性，≥3級為陽性?？瞻讓φ战M細(xì)胞生長良好，陰性對照組的RGR＞80%，陽性對照組的RGR＜30%，本次試驗(yàn)結(jié)果成立。如果RGR不在此范圍，則應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 3種浸提液的細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果

陰性對照組的RGR＞91%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為0～1級；陽性對照組的RGR＜16%，細(xì)胞毒性反應(yīng)均為4級。檢測樣品MEM培養(yǎng)基浸提液的RGR為86%～109%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為0～1級；檢測樣品氯化鈉注射液浸提液的RGR為6%～92%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為1～4級；其中氯化鈉注射液浸提液≥2級的9個檢測樣品用超純?nèi)ルx子水浸提液復(fù)試其RGR為45%～105%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為1～3級。見表2。

2.2 改變浸提溫度和時(shí)間對細(xì)胞毒性試驗(yàn)的影響

氯化鈉注射液浸提液細(xì)胞毒性反應(yīng)為4級的2個檢測樣品，在低于121℃、30 min條件的浸提液，其RGR為72%～94%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為1～2級；而121℃、60 min浸提液RGR為15%～40%，細(xì)胞毒性反應(yīng)為3～4級。見表3。

表3 氯化鈉注射液不同浸提條件對細(xì)胞毒性試驗(yàn)的影響

2.3 改變浸提條件對浸提液滲透壓和p H值的影響

隨著溫度和時(shí)間的增加，浸提液的滲透壓有一定升高。在121℃、60 min條件下，氯化鈉注射液浸提液配制的培養(yǎng)液溶出值最高為534.00 mol/L，超純?nèi)ルx子水浸提液配制的培養(yǎng)液次之為352.33 mol/L；用兩種浸提介質(zhì)配制的完全培養(yǎng)液其濃度相差181.67 mol/L。其滲透壓數(shù)值增加對表2試驗(yàn)結(jié)果存在一定影響，而上述條件的改變對pH值影響不大，其范圍在0.25～0.37之間波動。見表4、5。

表2 3種浸提液的細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果

表4 雙向拉伸聚酯薄膜不同浸提條件對滲透壓的影響

3 討論

小鼠成纖維細(xì)胞L929的細(xì)胞毒性試驗(yàn)是一種體外檢測方法，與體內(nèi)試驗(yàn)方法相比具有簡便、快速、重復(fù)性好、干擾少、敏感性高、可避免倫理問題等優(yōu)點(diǎn)[7]，已納入國內(nèi)、外生物材料臨床前常規(guī)檢測項(xiàng)目，在評價(jià)生物安全性方面發(fā)揮著重要作用。

隨著現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料的不斷涌現(xiàn)[8]，用于臨床的藥用包裝材料的風(fēng)險(xiǎn)性在提高[9]。由于絕大多數(shù)藥用包裝材料不易溶解，用前處理方法制備浸提液，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均未明確說明。實(shí)際工作中，同樣材料進(jìn)行的細(xì)胞毒性試驗(yàn)，由于前處理方法不得當(dāng)[10]，很可能出現(xiàn)不同的試驗(yàn)結(jié)果。所用浸提介質(zhì)和浸提條件應(yīng)結(jié)合受試樣品的特性和臨床應(yīng)用情況，在不改變材料物理和化學(xué)性能同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍，使用能溶出物質(zhì)更多的高濃度、高溫度、長時(shí)間、攪拌等加嚴(yán)和加速浸提條件[2]，能準(zhǔn)確評估受試樣品的風(fēng)險(xiǎn)。

表5 雙向拉伸聚酯薄膜不同浸提條件對p H值的影響＊

體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)受外界因素影響較大，樣品浸提方式及浸提介質(zhì)的合理性，浸提液中浸提物質(zhì)粒子大小、數(shù)量、pH值、滲透壓、無菌性、穩(wěn)定性、儲存時(shí)間和溫度的變化等存在多項(xiàng)不確定性，建議上述理化指標(biāo)經(jīng)預(yù)試驗(yàn)滿足基本要求[11]后，再開始進(jìn)行正式試驗(yàn)。

在本實(shí)驗(yàn)室條件下，小鼠成纖維細(xì)胞對23個原料樣品用氯化鈉注射液作為浸提介質(zhì)在121℃、60 min浸提后進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒性反應(yīng)1級的14個；2級的6個；3級的1個；4級的2個。顯示藥品包裝材料通過體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)，能夠發(fā)現(xiàn)存在毒性反應(yīng)的受試樣品。

用培養(yǎng)基浸提液作為浸提介質(zhì)經(jīng)37℃、24 h浸提后進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒性反應(yīng)全部是0級和1級；50℃和70℃所制備出的浸提液雖然延長了浸提時(shí)間，但溶出物質(zhì)仍然有限，對濃度、滲透壓比值、pH值等影響很小。證實(shí)該浸提條件不能最大限度的浸提出受試樣品中的物質(zhì)，容易漏判可檢出陽性的醫(yī)用材料，如不是對高溫有影響的受試樣品建議不作為首選。

用超純?nèi)ルx子水作為浸提介質(zhì)在121℃、60 min浸提后進(jìn)行細(xì)胞毒性檢測，是對溶出度較高、滲透壓值增加，對試驗(yàn)結(jié)果存在一定影響的補(bǔ)充試驗(yàn)，前期需經(jīng)過對濃度、滲透壓比值、pH值以及粒子數(shù)量、大小等檢測，如能符合試驗(yàn)要求，其結(jié)果能排除外來因素的影響，較準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)存在毒性反應(yīng)的物質(zhì)。

綜合以上結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)在不改變檢測樣品物理和化學(xué)性能同時(shí)，使用最大可溶出物質(zhì)的檢測樣品浸提液作為溶劑配制MEM培養(yǎng)基，發(fā)現(xiàn)3個檢測樣品的細(xì)胞毒性反應(yīng)結(jié)果陽性。因此，臨床如在高溫、高濕、高壓下滅菌使用這些樣品，須進(jìn)行毒理學(xué)安全性風(fēng)險(xiǎn)評估。