关于临床前体内评估临界尺寸段骨缺损的标准指南 ASTM F272

 

ASTM F2721-09 （2023）

关于临床前体内评估临界尺寸段骨缺损的标准指南

部分翻译：柚子西瓜

Intro:本标准为现行最新的组织工程医疗产品标准，针对骨科生物材料大体积骨缺损修复评价做了一个详细的阐述。

1. 范围

1.1 本指南涵盖了用于评估旨在修复或再生骨骼的组织工程医疗产品（TEMPs）的体内评估的一般指导原则。本指南包含的TEMPs可能由天然或合成生物材料（生物相容性和生物可降解性）或其复合物组成，并可能含有细胞或生物活性剂，如生长因子、合成肽、质粒或cDNA。本指南描述的模型是段骨缺损的临界尺寸，根据定义，如果不进行治疗，这些缺损将不会填充有活性组织。因此，这些模型代表了一种严格的测试，用于评估材料诱导或增强骨生长的能力。

1.2 指南包括对各种动物模型的描述和理由，包括大鼠（鼠类）、兔（兔类）、狗（犬类）、山羊（山羊类）和绵羊（绵羊类）。基于X射线、组织学和力学分析的结果测量方法简要描述并引用。用户应参考具体的测试方法以获取更多细节。

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5 动物模型

5.1.10 每项研究应包括一个空缺损对照组，以确认该模型是临界尺寸缺损。如果/一旦该模型被非常好地表征，应考虑使用历史数据代替实际的对照动物，以节省动物数量，除非这会损害研究的目标。例如，在关键的临床前概念证明研究中，同时对照可能是合适的。

5.1.11 一般推荐使用单侧缺损模型。这对于使用四肢承重的动物的承重部位尤其如此（尤其是山羊、绵羊和马）。

5.1 缺损尺寸：

5.1.1 人类的大部分骨折伤害发生在长骨上。因此，动物模型中常用在长骨上制造的缺损来评估骨修复/再生。

5.1.2 原则上，临界尺寸缺损可以在骺端和干骺端位置实现。为了本指南的目的，只描述在长骨干骺端部分制造的缺损。

5.1.3 动物种类之间存在显著的差异，包括动物的大小和重量、解剖结构和步态，从而影响缺损部位的动力学、活动范围和机械力。这些因素影响骨的结构和结构。这些因素在骨受伤或疾病时的反应中起着重要作用。用户应仔细考虑适合植入TEMP的研究阶段的动物模型。5.1.4 机械负荷已被证明会影响骨修复。在机械生物学因素中，间歇性静水压和负荷应力在调节骨发育和维持以及骨退化方面起着重要作用。机械负荷的程度或持续时间对植入TEMP和周围原生骨的影响因解剖部位而异。选择评估植入物的缺损部位时，应考虑机械负荷对植入物性能的影响。

5.1.5 建议选择适当的物种和解剖部位，其尺寸足够大，能够充分研究和优化预期用于人类使用的配方、设计、尺寸和相关仪器，特别是在开发后期。

5.1.6 较大的动物可能更适合研究在缺损和位置上的修复，这些缺损和位置更接近于人类。5.1.7 较大的缺损尺寸通常需要一种固定方法来固定植入物，从而减少植入物移位。植入物固定方法可能对周围宿主组织和修复组织产生负面影响。因此，在不需要固定的模型中测试TEMP的设计差异应考虑到结果的解释，以及需要固定的较大动物模型和人类的预期结果。

5.1.8 对于每个物种，临界尺寸缺损被定义为动物在没有干预的情况下无法修复的最小缺损尺寸。临界缺损的尺寸通常因物种而异，应在设计植入物尺寸和固定方法时仔细考虑。根据经验规则，缺损（通过截骨）的长度至少应等于所选骨骼直径的1.5倍（1, 2）。4 一些作者建议至少是所选骨骼直径的两倍（3）。

5.1.9 切除骨段的骨膜是否仍然存在可能影响骨缺损内的愈合。在大多数临界尺寸段骨缺损研究中，通常去除骨膜。是否去除骨膜应在报告结果时说明。

5.2 处理：

5.2.1 植入物由于跳跃和奔跑而暴露于极端和高度变化的机械力，可能导致结果测量的变异性增加。

5.2.2 使用负重与非负重模型时可能出现的结果差异应仔细考虑。

5.3 染色体性别：

5.3.1 由于循环类固醇对软骨和骨代谢和再生的影响，应考虑染色体性别的选择。不应使用哺乳期的动物。为了模拟骨质疏松的情况，有时可能需要使用老年或去卵巢的雌性动物（尤其是大鼠）。

5.3.2 建议染色体性别在队列内保持相同，并且需要报告。研究者应意识到性别之间可能存在差异，并且需要建立适当的统计功效。

5.4 年龄：

5.4.1 骨在生长过程中经历了代谢和重塑的动态变化。由于这些生理过程对组织修复的影响，应使用骨骼成熟的动物。队列应具有融合的骺端生长板。骨骼成熟度因物种而异，如有必要，可通过X射线确定。

5.4.2 老年动物更容易出现骨质疏松，并且修复骨缺损的能力降低。如果预期TEMP评估中特定条件很重要，则应使用适当的模型。

5.4.3 间充质干细胞库、生长因子反应性和细胞代谢活性通常随着年龄的增加而降低。因此，依赖原生细胞数量和活性的修复过程可能在老年动物中部分受损。

5.5 饮食或并发病：

5.5.1 一般情况下，研究是在正常饮食条件下用健康动物进行的。然而，氟化物、维生素D和/或钙的缺乏已被报道可以模拟特定的骨病状态。在考虑治疗可能影响骨修复的全身性疾病患者时，可能适合使用模拟所考虑的疾病或条件的非临床模型。

5.6 研究持续时间：

5.6.1 研究的长度取决于TEMP的开发阶段、使用的物种、缺损的大小以及植入物的组成和设计。

5.6.2 在大鼠和兔子中，小缺损植入八到十二周，可以提供有关植入物的驻留时间、TEMP的固定以及修复类型的信息。

5.6.3 使用较大的动物（狗、绵羊、山羊），八到十二周的研究期限仅限于提供有关生物相容性、早期细胞反应性以及植入物在缺损中的持续性和状态的信息。

5.6.4 通常需要超过三个月的时间，才能根据组织学结果测量对骨修复或再生程度的成功程度有信心。

5.6.5 根据研究目的，可能有必要在完全愈合之前评估研究中的一个或多个队列。当将一种新材料与标准材料（如自体移植）进行比较时，这可能是有兴趣的，因为治疗组之间的差异可能达到一个短暂的最大值，然后随着时间的推移而减小。一般来说，需要根据统计功效匹配索赔和研究结束。

5.7 动物数量：

5.7.1 每组需要使用统计显著的动物数量。所需数量取决于所使用动物之间的固有变异性、将要进行的手术程序的一致性、评估方法的准确性、动物在研究期间的预期消耗率以及用于分析数据的统计技术（3）。另一个重要因素可能是研究目标（例如，与空缺损相比的一般可行性/有效性，或不同结构之间的可比性），以及治疗的变异性（例如，细胞/因子负荷、植入物尺寸）。如果相应模型已经建立良好（文献或初步研究结果），则可以从现有数据中确定组大小。对于一个初步研究，如果将组织学和力学测试作为评估方法，那么每组六到八只可能是合适的（3）。关于文献中报告的组大小，请参见附录X1。