概要

全7回シリーズで生物学的評価における化学的キャラクタリゼーション (ISO 10993-18) の概要を紹介いたします。本連載をご購読いただくことで、日本語での情報が非常に少ない化学的特性評価 (ISO 10993-18) の概要や規格の趣旨をご理解いただき、生物学的評価法の選択肢を広げる機会にお役立ていただけます。各回のテーマについては、下記を予定しております。

第1回: 生物学的評価と化学的キャラクタリゼーション
第2回: ISO 10993-18の主な用語とその定義について (前編)
第3回: ISO 10993-18の主な用語とその定義について (後編)
第4回: ISO 10993-18で求められる化学的キャラクタリゼーションのプロセス
第5回: Compositional Profiling
第6回: Extractable & Leachables
第7回: 化学的キャラクタリゼーションから毒性評価へ


第3回: ISO 10993-18の主な用語とその定義について (後編)

産業ラボにて働く化学者
 
本連載では全7シリーズにわたり、ISO 10993-18の化学的キャラクタリゼーションの概要について紹介しております。第3回目となる本稿では、前回に引き続き、ISO 10993-18で使用されている用語の中から、特に解釈がわかりにくい用語を幾つか解説します。

 
医療機器における生物学的安全性評価の1つは患者や使用者に対する医療機器材料からの毒性等の曝露を評価することです。「生物学的」とありますが、ISO 10993-18の中心となるのは材料の形状特性や含有/放出される化学物質の定性及び定量情報を求めるところにあります。つまり「生物学的」な情報を得るために、「化学的」そして「物理学的」な側面からの情報を活用することになります。

その「化学的」な情報を得るための1つの方法として、「抽出」があります。対象となる医療機器材料に含まれる物質を抽出し、どのような化学物質がどのくらいの濃度で含有しているかを分析します。ここで把握された情報が毒性リスク評価の対象となります。まずは「抽出」に関する3つの用語を解説します。(順不同、和訳は当社にて実施)

  • 3.14 exaggerated extraction: 誇張抽出
    臨床的使用条件下で生成される量と比較して、より多くの数または量の化学成分が放出されることを目的とした抽出。
    Note: 過剰な抽出により、材料または抽出される物質の化学変化が生じないようにすることが重要。
  • 3.15 exhaustive extraction: 徹底抽出
    後続の抽出ステップで抽出される化学物質の量が、重量分析によって (または他の手段によって) 達成されて最初のステップで抽出された量の 10 % 未満になるまで行われる複数ステップによる抽出。
  • 3.35 simulated-use extraction: 模擬使用抽出
    臨床使用を模擬した方法による抽出。
    Note: 模擬使用抽出は、臨床使用中に医療機器から浸出されると予想される物質の種類と量を推定するために実行される。模擬使用抽出は、浸出物プロファイルにおけるワーストケースを表すように設計される。すべての浸出物は抽出物に含まれ、すべての個々の抽出物のレベルがすべての個々の浸出物のレベルと少なくとも等しいことを意味している。

これら3つの用語の定義は実際の抽出方法を示しており、それらを表にすると下記のようになります。

(累積) 接触期間 推奨抽出 代替抽出
24時間以内 Simulated use (模擬使用抽出) Exaggerated (誇張抽出)
24時間超え30日以内 Exhaustive (徹底抽出) Exaggerated (誇張抽出)
30日以上の長期 Exhaustive (徹底抽出) Exaggerated (誇張抽出)

(ISO 10993-18 5.6 Table2に基づき当社にて作成)

推奨抽出においては、それぞれの抽出方法の違いは対象医療機器と人体への接触期間に基づいていると言えます。短期間や単回使用の機器については誇張抽出、長期のインプラント製品については徹底抽出による実施が望ましいとされています。また、実際の臨床使用環境を再現できる場合、Simulated Useによる抽出条件にて実施することも可能です。

Simulated Use
(模擬使用抽出)
Exaggerated
(誇張抽出)
Exhaustive
(徹底抽出)
37℃ 50℃以上 37℃ / 50℃以上
4時間~24時間 (72時間可) 24時間~72時間 3×24時間及び追加ステップ
臨床使用を模擬した抽出 臨床使用より誇張した抽出
(ワーストケース)
最初の抽出で検出された量の10%未満になるまで抽出

抽出における最終目的は臨床使用環境で人体への浸出が想定される「浸出物」(本シリーズの第2回目参照) を把握することにあります。上記いずれの方法においても「浸出物」は含まれていると考えられるため、当該医療機器の意図する使用 (Intended Use) にあわせ、抽出条件を決めていくと考えておけばよいでしょう。

さらに抽出作業に必要な「溶媒」について補足すると、前述の3つの用語は抽出方法に関するものですが、溶媒がなくては抽出することができません。溶媒とは物質を溶かす性質を持ち、ここでは医療機器材料から化学物質の成分を溶出するという役割を果たします。この溶媒には電気陰性度をもつ極性と安定している非極性、その中間である半極性の3種類があり、対象製品の材料にあわせて選定します。溶出した液体、つまり溶液を化学分析機器であるクロマトグラフィーや質量分析器にて分析し、溶出された化学物質の定性、定量情報を把握しますので、この「抽出」は化学的キャラクタリゼーションにおいて重要なプロセスの一つです。

3つの用語にある抽出方法のどれを選択するのかは、製品の材料を踏まえ、専門家 (化学者、毒物学者) や試験機関とよく相談することが重要だと考えられます。
 
続いて、「分析」に関する用語を解説します。(順不同)

  • 3.33 quantitative analysis: 定量分析
    分析対象化合物の標準品 (スタンダード) を入手し、その化合物に特化した検量線を作成することにより、分析対象化合物の濃度を最も正確に定量するアプローチです。
  • 3.32 semi-quantitative analysis: 半定量分析
    分析対象化合物と代用物質の感度係数の違いを補正したスタンダードレス分析です。分析対象化合物の標準品 (スタンダード) を入手しにくい場合、入手可能な代用物質の検量線に基づき、且つ分析対象化合物と代用物質の感度係数の違いを補正し、分析対象化合物の濃度を定量するアプローチです。
  • 3.31 estimated quantitative analysis: 推定定量分析
    分析対象化合物と代用物質の感度係数の違いを補正しないスタンダードレス分析です。分析対象化合物の標準品 (スタンダード) を入手しにくい場合、入手可能な代用物質の検量線に基づき、分析対象化合物と代用物質の感度係数の違いは補正せずに、分析対象化合物の濃度を定量するアプローチです。
    Note: 一般に、半定量分析は推定定量分析よりも精度が高く、定量分析は半定量分析よりも正確になります。

これら3つの用語を理解する上で重要なことの一つに「検量線」(Calibration Curve) があります。この検量線を活用するおかげで、検出した化学物質の濃度を知ることができます。検量線を引く際には各試験所が保有する標準品を用いて既知濃度の標準液を作製します。濃度違いの標準液を分析し、濃度と分析データ (ピーク面積) の関係性をグラフにしたものが「検量線」です。この検量線に基づいて、未知濃度の分析対象化合物で得られた分析データ (ピーク面積) から濃度を決定することを定量分析と呼びます。試験所が保有する標準品の種類が多ければ、多くの化学物質の濃度を定量分析で決定することができます。

しかしながら、試験所が保有する標準品の種類は費用や管理の面で制限されます。そのため、半定量分析や推定定量分析も多く活用されています。半定量分析と推定定量分析では、分析対象化合物と同一ではない代用物質 (Surrogate) の検量線に基づいて分析対象化合物の濃度を定量します。

半定量分析と推定定量分析の違いは、分析対象化合物と代用物質の感度係数の違いを補正するかどうかです。感度係数の違いを補正する半定量分析は、補正しない推定定量分析よりも精度が高くなります。推定定量分析は、三つの中では最も精度が低いですが、標準品や情報が限定される中でおおよその濃度を推定したい場合に役立ちます。

医療機器の材料に含まれる化学物質を把握するために規格であるISO 10993-18について、分析に使用される用語を通じて、そこで使用される方法を簡単に紹介しました。分子の情報は簡単に手に取って確認できる世界の話ではないため、そこで使われる用語の違いや手法そのものを理解することは簡単ではありません。ここではISO 10993-18を理解していただくために、そこで活用されている化学分析の概要を紹介しました。

ISO10993-18には、他にも多くの用語がありますが、第2回と本稿で重要な用語を確認しました。次回からは規格の具体的な内容を紹介していきます。


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