植入类医疗器械的重组人源化胶原蛋白原材料评价指导原则|公开征求意见

重组人源化胶原蛋白原材料评价指导原则

（征求意见稿）‍

本指导原则旨在指导注册申请人对植入类医疗器械所用重组人源化胶原蛋白原材料进行充分的研究，并整理形成产品注册申报资料，同时也为技术审评部门对重组人源化胶原蛋白制成的产品注册申报资料包括所引用主文档内容的技术审评提供参考。本指导原则主要针对植入类医疗器械的重组人源化胶原蛋白原材料的评价，其它医疗器械用重组胶原蛋白原材料的评价也可以参考本指导原则适用的部分。

本指导原则系对医疗器械用重组人源化胶原蛋白原材料的一般要求，适用于人胶原蛋白的所有型别，注册申请人需依据具体医疗器械产品的特性对产品注册申报资料涉及的原材料相关内容进行充实和细化，并依据产品的具体特性确定本指导原则相关内容的适用性。本指导原则不直接涉及重组人源化胶原蛋白材料制成的医疗器械终产品的安全性或有效性评价，具体产品的评价请参考相应的产品注册审查指导原则。

本指导原则是对注册申请人和技术审评人员的指导性文件，但不包括注册审批所涉及的行政事项，亦不作为法规强制执行，

如果有能够满足相关法规要求的其他方法，也可以采用

，但是需要提供详细的研究资料和验证资料；需在遵循相关法规和强制性标准的前提下使用本指导原则。

本指导原则是在现行法规和标准体系以及当前认知水平下制定的，随着法规和标准的不断完善，以及科学技术的不断发展，本指导原则相关内容也将进行适时的调整。

一、前言

近年来，随着基因重组、蛋白质组学等基础理论、技术手段和临床医疗探索研究的不断发展，重组胶原蛋白日益成为重要的生物材料，为相关医疗器械的研发提供了新的思路与方法。重组人源化胶原蛋白是由DNA重组技术制备的人胶原蛋白特定型别基因编码的全长或部分氨基酸序列片段，或是含人胶原蛋白功能片段的组合。

重组人源化胶原蛋白仅是重组胶原蛋白的一类，材料特性并不能完全决定最终产品的安全性和有效性。本指导原则中的“原材料”是指用于生产制造医疗器械用的重组人源化胶原蛋白材料。

重组人源化胶原蛋白是通过基因工程生产的蛋白，工程细胞构建过程、生产用细胞的质量控制及常规生产过程控制是该原材料生产工艺及风险评价的基础，此方面主要的验证资料，可参考本指导原则的资料性附录作为材料生物安全性研究资料的补充，但不作为产品注册申报资料或主文档的必要内容。结合重组人源化胶原蛋白的特点，该附录修改引用了国家药监局药审中心《重组制品生产用哺乳动物细胞质量控制技术评价一般原则》、《体外基因修饰系统药学研究与评价技术指导原则》等生物制品指导原则的相关内容。

二、评价要点

（一） 重组人源化胶原蛋白原材料性能研究

为了确保重组人源化胶原蛋白原材料质量可控，重组人源化胶原蛋白应参考相关行业标准进行必要的鉴别、纯度和杂质等分析，可采用不同的分析方法对材料的分子量、等电点、氨基酸序列、各种翻译后修饰（如脱酰胺化、氧化、糖谱/糖基化修饰、脯氨酸羟基化等）进行充分鉴定，并进行适当的检测，以确认终产物具有预期的构象、聚集状态、降解状态及胶原蛋白高级结构。

材料理化特性分析需按照医疗器械制备工艺和特点，结合其风险控制要求进行相关研究，建议对如下常规理化项目进行研究，例如氨基酸序列、蛋白空间结构、剂型（如溶液、冻干粉、凝胶、纤维、海绵等）、胶原蛋白型别等特异性性能，同时结合医疗器械特点，完善理化性能指标要求。

需根据不同的预期用途及使用部位、不同生产工艺、预期使用效果和最终医疗器械的状态，选择适用的指标；根据胶原蛋白材料是否经过交联或化学修饰，宜提供交联剂或修饰剂的残留量、降解周期等性能的检测指标，提供相应的检测报告。

检测的必要性和纯度等指标要求取决于胶原蛋白材料性质和用途、生产和纯化工艺及生产工艺的经验等多种因素。新的分析技术及对现有技术的改进正在不断进行，适当时应使用这些新的技术。

1.鉴别

1.1氨基酸序列及覆盖度

首先需明确氨基酸序列的选择依据，如为特定氨基酸序列片段组成的，还需明确片段重复次数及依据。需采用综合的方法测定目标胶原蛋白材料的氨基酸序列，并与其基因序列对应的理论氨基酸序列进行比较验证。肽段覆盖率的检测结果应为100%覆盖，末端氨基酸序列检测结果应与理论序列完全一致。

如适用，目标胶原蛋白材料的理论氨基酸序列应包括二硫键连接方式。氨基酸序列测定还应考虑可能存在的N端甲硫氨酸(如大肠杆菌来源的胶原蛋白材料），信号肽或前导序列和其他可能的N端、C端修饰（如乙酰化、酰胺化或者由于外肽酶导致的部分降解以及C端加工、N端焦谷氨酸等），以及各种其他异质性（如脱酰胺化、氧化、异构化、碎片化、二硫键错配、N-连接和O-连接的寡糖、糖基化、聚集等）。

1.1.1氨基酸组成

使用各种水解法和分析手段测定氨基酸的组成，并与目的蛋白基因序列推导的氨基酸组成或天然异构体比较。如需要时应考虑分子量的大小。多数情况下，氨基酸组成分析对肽段和小蛋白可提供有价值的结构资料，但对大蛋白一般意义较小。在多数情况下，氨基酸定量分析数据可用于确定蛋白含量。

1.1.2氨基酸末端序列

氨基酸末端分析用于鉴别N-端和C-端氨基酸的性质和同质性。若发现目的胶原蛋白材料的末端氨基酸发生改变时，应使用适当的分析手段判定变异体的相应变异数量。应将这些氨基酸末端序列与来自目的胶原蛋白基因序列推导的氨基酸末端序列进行比较。用氨基酸序列分析仪或质谱法测定N端和/或C端氨基酸序列，其结果应符合理论预测（每年应至少做一次）。

1.2 肽图

按照《中华人民共和国药典》 四部 通则 肽图检查法 第一法 胰蛋白酶裂解-反相高效液相色谱法进行测定，建立胶原蛋白材料标准肽图。

推荐利用四极杆飞行时间串联质谱仪（Q-TOF MS）建立标准肽图，作为胶原蛋白材料的指纹图谱，用于材料的批间一致性和稳定性评价，以及材料特异性的鉴别。

应用合适的酶或化学试剂使所选的材料片段产生不连续多肽，应用HPLC或其他适当的方法分析该多肽片段。应尽量应用氨基酸组成分析技术，N-末端测序或质谱法鉴别多肽片段。对材料成品放行来说,经验证的肽谱分析经常是确证目的材料结构/鉴别的适当方法。

1.3 分子量

对申报医疗器械所用胶原蛋白材料可参照《中华人民共和国药典》高效液相色谱法、电泳法第五法SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳法，以及具有Marker的SDS-PAGE方法、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱方法建立分子量及分布检测方法，也可以运用其他适当技术测定分子量，如分子筛层析法等。

高分辨质谱法分子量应与参比品一致；SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法分子量电泳条带位置应与参比品一致。

1.4 等电点

按照《中华人民共和国药典》 四部通则 电泳法第六法（等电聚焦电泳法）或0542毛细管电泳法进行检测，等电点应在标示范围内，也可以运用其他适当的方法测定。

1.5 巯基和二硫键

如果目的胶原蛋白材料的基因序列存在半胱氨酸残基时，应尽可能确定巯基和/或二硫键的数量和位置。使用方法包括肽谱分析（还原和非还原条件下）、质谱测定法或其他适当的方法。

1.6 碳水化合物结构

应测定糖蛋白中碳水化合物含量（中性糖、氨基糖、唾液酸）。此外，尽可能分析碳水化合物的结构、寡糖形态（长链状）和多肽的糖基化位点。

1.7消光系数（或克分子吸光度）

多数情况下，可取目的胶原蛋白材料于UV/可见光波长处测定消光系数（或克分子吸光度）。消光系数的测定为使用UV/可见光或分光光度计检测已知蛋白含量的溶液，蛋白含量应用氨基酸组成分析技术或定氮法等方法测定。

1.8电泳图型

应用PAGE电泳、等电聚焦、SDS－PAGE电泳、免疫印迹、毛细管电泳法或其他适当的方法,获得目的胶原蛋白材料的一致性,同一性和纯度的电泳图谱和数据。

1.9液相层析图谱

应用分子筛层析、反相液相层析、离子交换液相层析、亲和层析或其他适当方法，获得目的胶原蛋白材料的一致性、同一性和纯度的层析图谱和数据。

2.结构表征

2.1 氨基酸异质性分析

2.1.1 脱酰胺化、氧化、糖谱/糖基化修饰等

适用时，应按YY/T 1849《重组胶原蛋白》中的要求进行分析。

2.1.2 脯氨酸羟基化

若在设计是进行脯氨酸羟基化，应按YY/T 1849《重组胶原蛋白》中的规定进行分析，并规定标示值。

2.2 高级结构分析

鉴于高级结构与重组人源化胶原蛋白表现出的性能和功能密切相关，鼓励采用多种方法对高级结构进行研究分析，包括以下列举的方法及其他结构表征方法，如冷冻电镜、蛋白质晶体结构等方法。

2.2.1三螺旋结构

可采用圆二色谱在特定实验条件下的检测结果反映胶原蛋白材料在该条件下可（否）具有形成三螺旋结构能力；可采用X射线晶体学技术或冷冻电镜技术在原子结构水平考证胶原蛋白材料或其包含的特定氨基酸序列的三螺旋结构特性，计算有结构信息的序列占整个蛋白序列的百分比X%；可采用差示扫描量热谱检测胶原蛋白材料结构变化的热效应辅助说明胶原蛋白的高级结构特征；可采用红外光谱进行结构分析，其非特征区（如：酰胺a、b）和特征区（如:酰胺I、酰胺II、酰胺III）的特征峰位置应与参比品一致；可采用拉曼光谱，其拉曼光谱图应与参比品一致；也可应用其它紫外或可见光吸收光谱法、核磁共振（NMR）等适当的方法检测。

2.2.2纤维质量/多孔网状结构

适用时，使用TEM 或AFM观察胶原蛋白材形成胶原纤维束/多孔网状结构等，须明确两种方法具体的制样和观察测定过程。

3.纯度

关于纯度的要求可视医疗器械终产品的用途和用法而确定，作为原材料，建议一般应≥95%。

4.含量

应建立重组人源化胶原蛋白含量检测方法，含量以质量/重量或质量/体积表示。含量检测可通过液相色谱法（HPLC）、凯氏定氮法、特征多肽法等，应在标示量的90%～110%之间。

5.杂质、污染物和添加剂

对胶原蛋白材料工艺相关杂质以及外源污染物等进行研究，如：细胞基质来源、细胞培养来源和下游工艺。应对潜在的工艺相关杂质（如宿主细胞蛋白质、宿主细胞DNA、细胞培养残留物、下游工艺的残留物等）进行鉴别、评估，并进行定性和/或定量分析，并采用适宜的方法评价其对生物学功能的影响。工艺相关杂质来源于生产工艺，可分三大类：来源于细胞基质、培养基和下游工艺。细菌内毒素、微生物限度和无菌性，是常规的污染物控制要求。

5.1源于细胞基质的杂质

来源于细胞基质的杂质包括源于宿主生物体的蛋白/多肽；核酸（宿主细胞/载体/总DNA）；多糖及病毒。对于宿主细胞蛋白，一般应用能检测出较宽范围蛋白杂质的灵敏的免疫检测方法。应用不含目的基因的生物体粗提物，即不含胶原蛋白编码基因的生产用细胞，制备上述试验使用的多克隆抗体。可通过对胶原蛋白材料的直接分析方法（如杂交技术法）检测宿主细胞的DNA水平，和/或通过标记实验（实验室规模）检测证实通过纯化工艺能去除核酸。对于有意导入的病毒，应验证生产工艺中去除/灭活病毒的能力。

5.1.1外源性DNA残留量

按照《中华人民共和国药典》“外源性DNA残留量测定法”的“荧光染色法”或“定量PCR法”进行测定，“荧光染色法”的样品加标回收率应满足70%～130%；“定量PCR法”的样品加标回收率应满足50%～150%，应规定残留限量。如果样品中外源性DNA残留量低于“荧光染色法”的检测限，则应采用“定量PCR法”进行测定。

宜根据医疗器械产品的预期临床用途（作为植人物在体内使用，还是作为敷料等在体表、粘膜使用）、使用量等，确定含重组胶原蛋白的材料临床最大使用量的外源性DNA残留量限值。如果重组胶原蛋白产品预期为体内植人剂，推荐参考生物制品外源性DNA残留限量要求，结合残留DNA宿主类型及其风险程度设定每人每次最大使用量限值。

建议参考生物制品中大肠杆菌或酵母菌表达的基因工程重组生物制品的外源性DNA残留量限度，如注射用生物制品≤10ng/剂，CHO细胞表达的基因工程重组产品外源性DNA残留量≤100pg/剂(10000IU）等。

5.1.2宿主细胞蛋白质残留量

5.1.2.1大肠杆菌蛋白质残留量

按照《中华人民共和国药典》“大肠埃希菌菌体蛋白质残留量测定法”或采用经验证的酶联免疫试剂盒进行测定，其结果应在总蛋白的0.05%以下（体内植人）。

5.1.2.2酵母蛋白质残留量

按照《中华人民共和国药典》“酵母工程茵茵体蛋白质残留量测定法” 或采用经验证的酶联免疫试剂盒进行测定，其结果应在总蛋白的0.05%以下（体内植入）。

5.1.2.3 CHO细胞蛋白质残留量

采用经验证的酶联免疫试剂盒进行测定，CHO细胞蛋白质残留量应在总蛋白的0.05%以下（体内植入）。

5.1.3促炎性污染物（肽聚糖）

采用经验证的方法或经验证的市售细菌肽聚糖检测试剂盒（ELISA）检测残留肽聚糖，应根据其致热反应风险规定可接受的限量要求。

5.2 源于培养基的杂质

来源于培养基的杂质包括诱导剂（多核苷酸,病毒）、抗生素、血清及其他培养基组分。应根据工艺中采用的表达体系和使用的抗生素类型，采用经验证的方法测定残余抗生素含量/活性，残余抗生素含量应≤50ng/mg，不应有残余抗生素活性。

残余抗生素含量的测定按照YY/T 1849《重组胶原蛋白》中描述的方法或其他经验证的方法进行检测，残余抗生素活性按照《中华人民共和国药典》 四部通则 生物活性测定法中抗生素微生物检定法或《中华人民共和国药典》 四部通则 抗生素残留量检查法进行检测。

5.3 源于下游工艺产生的杂质

来源于下游工艺产生的杂质一般包括酶、化学/生化处理试剂（如溴化氰、胍、氧化剂和还原剂）、无机盐（如重金属、砷、非有色金属离子）、溶剂、载体/配体（如单克隆抗体），及其他可滤过的物质。需结合实际情况制定相关理化指标。

5.3.1 添加剂

如果使用了防腐剂、冻干保护剂等添加剂，应给出其限量要求和检测方法。

5.3.2 重金属及微量元素含量应符合以下规定。

5.3.2.1重金属元素

对工艺中添加的重金属元素，应符合规定限值。

5.3.2.2重金属含量

重金属总量（以Pb计）应≤10μg/g。

5.3.2.3微量元素含量

微量元素含量：砷（As）≤1 μg/g，汞（Hg）≤4 μg/g，铅（Pb）≤10μg/g，铬（Cr）、镉（Cd）、铜（Cu）、钼（Mo）、铁（Fe）、镍（Ni）总量应≤50μg/g。

5.4 细菌内毒素

关于细菌内毒素相关限值需结合医疗器械终产品的用途及用法进行设定。

5.5 微生物限度

若胶原蛋白材料以微生物限度控制状态提供，按照《中华人民共和国药典》 四部通则 非无菌产品微生物限度检查：微生物计数法和、非无菌产品微生物限度检查：控制菌检查法进行检测，结果应符合相关要求。

5.6 无菌性

若胶原蛋白材料以无菌状态提供，按照《中华人民共和国药典》 四部通则 无菌检查法进行检测，结果应无菌。

6.分子变异体

建议对胶原蛋白材料的各种分子变异体进行分离、鉴别和分析。如变异体的功能与目标产物一致时可不做杂质考虑。应考虑在生产和/或贮存期间胶原蛋白材料降解产物是否显著增加及其与免疫原性的相关性。以下为最常见的目的胶原蛋白材料的分子变异体，并列出了相应的检测方法：

6.1 化学修饰类型

应考虑脱酰胺、异构化、错配S-S连接和氧化形式的分离和鉴别。对这些变异体的分离和鉴别，可应用层析法和/或电泳法（如HPLC、毛细管电泳、质谱法、圆二色谱）。

6.2 降解物和聚合体

降解物和聚合体：聚合体包括二聚体和多聚体，可用分子筛层析法（如SE-HPLC）进行定量；应建立降解物的判定标准，并对稳定性试验产生的降解产物进行监测。

7.热稳定性

如果重组胶原蛋白是多聚体，可采用差示扫描量热分析（DSC）进行解聚温度分析。可参考《中华人民共和国药典》 四部。

如果是单链的蛋白肽，可参考《中华人民共和国药典》 四部,人免疫球蛋白3.3.2.4热稳定性试验，将供试品置（57±0.5）℃水浴中保温4 h后，用可见异物检查装置，肉眼观察应无凝胶化或絮状物。

8.降解特性及产物

应对胶原蛋白材料降解特性进行研究，可采用GPC测定降解产物的分子量分布及分子量，水解/酶解产物可使用氨基酸分析仪、高效液相色谱或其他适宜的方法测定。

9.其它理化指标

胶原蛋白材料其它性能指标宜根据医疗器械终产品特性及相关通用要求制定，在适用时，需对相关性能指标检测方法使用的对照品进行性能研究，对照品技术参数应明确且性能稳定。用于理化测定等方面的对照品，应进行必要的分析鉴定，包括但不限于：

9.1 外观（如性状、颜色）

用肉眼直接观测，应为白色/淡黄色/无色透明液体或凝胶，或白色/类白色冻干粉或海绵状固体。

注：随着行业发展，可能存在其他外观要求，应根据原材料具体形态规定外观要求。

9.2 可见异物

按照《中华人民共和国药典》 四部通则 可见异物检查法第一法（灯检法）进行检测，应无明显异物。

9.3 溶解性

应根据供试品的溶解特性，对供试品在水、稀酸或中性盐溶液中的溶解程度进行表征和阐述。称取适量样品，于25℃±2℃一定体积的溶剂中，每隔5min强力振摇30s；观察30min内的溶解情况，如无目视可见的溶质颗粒或液滴时，即视为完全溶解。

表7 水溶解性/盐溶解性

9.4 水分

适用时（如冻干样品），水分含量应≤10%。除另有规定外，取供试品约1 g～2 g，按照《中华人民共和国药典》“水分测定法”第二法（烘干法）测定，或取供试品约10 mg 按照《中华人民共和国药典》“热分析法”热重法（TG）测定，升温程序：从室温以10 ℃/min 速率升温至105 ℃，保持60 min。减失重量应符合所标示范围。规定仲裁方法为水分测定法。

9.5 炽灼残渣

除另有规定外，取1.0-2.0g，按照《中华人民共和国药典》 四部通则 炽灼残渣检查法进行检测，结果应≤2%。

9.6 酸碱度

液体和凝胶样品直接取样，固体样品用生理盐水稀释为1mg/mL，按照《中华人民共和国药典》 四部通则“pH值测定法”进行检测，应符合所标示值的±1.0，一般应在5.5-8.0之间。

9.7 渗透压摩尔浓度

液体和凝胶样品直接取样，固体样品用生理盐水稀释为1mg/mL按照《中华人民共和国药典》 四部通则 渗透压摩尔浓度测定法进行检测，渗透压摩尔浓度范围应280-360 mOsmol/kg之间。

9.8 动力黏度（凝胶）

取供试品按照《中华人民共和国药典》“黏度测定法”的“旋转黏度计测定法”测定，需要详细描述试验条件，动力黏度值应符合所标示范围。

9.9 装量及差异

根据供试品性状（溶液、凝胶、冻干海绵或冻干粉末等）和装量的不同确定装量的允差要求。单个装量不低于标示装量的93%,平均装量不低于标示装量。

9.10 扫描电镜观察

适用时，重组人源化胶原蛋白固体在扫描电镜下观察，图像整体应与参比品保持一致。

10.生物学功能评价

重组胶原蛋白的生物学功能是指以重组胶原蛋白生物学特性相关属性为基础的生物学作用，对声称的生物学功能宜进行定性定量分析。胶原是细胞外基质的主要成分，重组胶原蛋白的主要生物学功能是为细胞提供支架和良好的微环境，如促进细胞黏附、增殖、生长、分化等。因此，可通过评价细胞-胶原蛋白相互作用来评价重组胶原蛋白的生物学功能。细胞增殖、分化、黏附性、迁移或移行评价方法可参考YY/T 1849《重组胶原蛋白》。

细胞在体内对基于胶原蛋白-细胞相互作用通过生物化学和生物物理两个方面进行调控。胶原蛋白固有的细胞信号传导能力在很大程度上受以下三个方面驱动：支持整合素介导的细胞粘附；通过结构和材料特性施加物理和机械的作用；参与细胞诱导的动态重建过程（如生物降解，结合生长因子，和微结构的变形）。

由于胶原类材料在分子组成、微结构、物理性能方面可能差异显著，应检测材料与细胞之间相互作用及其引导细胞基础响应的性能。细胞响应的参数包括：细胞形态、面积和体积，均可通过二维（2D）或三维（3D）图像技术可视化评价。细胞骨架成分（如肌动蛋白）的协同作用被用来评价细胞与基质间的粘附与收缩解离。

测试过程中，在胶原聚合之前通过把细胞混悬在胶原溶液中，细胞很容易进入自组装胶原网内，或者将细胞接种到自组装后的胶原材料表面。抗体阻断试验可用来确定细胞表面的何种受体参与了与胶原的作用，如整合素或盘状结构域受体（DDRs）。

在单个细胞或多细胞水平上评价细胞引导的收缩解离的方法有多种。自由漂浮组织构建物的尺寸随时间的变化、施加在培养-力学监测系统上力的大小、以及单个细胞在胶原网络的应力和形变。

常规检测的细胞响应参数还包括：存活率，增殖率，程序化凋亡以及迁移。

其它适用于干细胞和祖细胞类型的细胞-胶原相互作用的功能性检测包括细胞株的定向分化，特定干细胞或祖细胞的增殖，或组织形态发生（始于内皮祖细胞的血管形成）。

按照《中华人民共和国药典》 四部 进行成纤维细胞生长因子生物学活性测定，对胶原蛋白肽-细胞相互作用评价，反映胶原蛋白肽与成纤维细胞增殖的构效关系。按照《中华人民共和国药典》 四部 生物活性测定法对试验结果进行统计学分析，包括对验证指标结果的绘图和统计学分析，以及判断其是否符合可接受标准等。常规的统计学方法一般要求数据之间相互独立，并呈近似正态分布和方差齐性，通常采用相对效价的对数转换值进行数据分析。当无法满足上述统计学要求时，也可考虑采用其他适宜的替代方法进行数据分析。

上述关于胶原—细胞相互作用的功能性测定也可作为医疗器械产品标准化和质量控制的方法。三维支架材料中细胞活性评价方法可参考YY/T 1562《组织工程医疗器械产品 生物材料支架 细胞活性试验指南》。