血液透析器生產(chǎn)工藝對聚乙烯吡咯烷酮洗脫的影響研究

戴 鵬 劉炳榮 汪 毅 沈美蘭 鄢 杰 劉 峰

(1. 江西三鑫醫(yī)療科技股份有限公司,江西 南昌 330200;2. 南昌大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,江西 南昌 330031)

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一種具有內(nèi)酰胺鍵的乙烯類聚合物[1,2]。口服PVP被認(rèn)為是安全的,世界衛(wèi)生組織規(guī)定的最大口服量為3 g·d-1[3]。進(jìn)入人體血液中的大部分PVP通過腎臟排泄,其余小部分會(huì)在肝、腎、肺、胰腺和淋巴結(jié)等器官中永久性積聚,導(dǎo)致器官損傷或衰竭。第二次世界大戰(zhàn)時(shí),PVP曾經(jīng)作為血漿代用品,最大使用量為50 g·人-1;第二次世界大戰(zhàn)后,PVP被禁止作為血漿替代品使用[4]。

國內(nèi)醫(yī)療器械質(zhì)量檢測中心將透析器PVP致孔劑的殘留標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為<300 mg·支-1。按照可接受量標(biāo)準(zhǔn),假設(shè)成人體重為70 kg,按每周透析2～3次計(jì)算,每次透析最高可攝入量為8.17～12.25 g。

1983年,德國費(fèi)森尤斯(Fresenius)公司用聚砜(PSf)和PVP通過相轉(zhuǎn)化法制備了第一束中空纖維透析膜[5]。隨后,聚醚砜(PES)及聚酯-聚醚砜共聚物(PEPA)分別與PVP通過相轉(zhuǎn)化法制備了商用膜。這些含有PVP的聚合物體系易于紡絲,制備得到的膜絲由于具有良好的中低分子滲透性、蛋白質(zhì)等大分子高截留性、較好的生物相容性而被廣泛用于血液透析治療[6]。目前,PES膜透析器以其優(yōu)良的毒素清除能力和良好的性價(jià)比在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[7-10]。

透析膜的紡絲工藝過程中,PVP作為親水劑和致孔劑加入使用[11-13]。PVP的親水性可降低蛋白質(zhì)在膜表面的吸附,PVP的交聯(lián)溶脹結(jié)構(gòu)亦能有效地減少血小板的黏附,從而提高PES/PVP膜的生物相容性[14-16]。透析膜使用時(shí),PVP同時(shí)受到血液流動(dòng)引起的溶解效應(yīng)和剪切應(yīng)力的作用,有可能從PES透析膜上洗脫出來,進(jìn)入血液中。在血液透析期間,血壓突然下降(包括過敏性休克)、血小板減少和補(bǔ)體激活等不良反應(yīng)[17-19]常見于臨床,這些不良反應(yīng)的作用機(jī)制尚未完全闡明,但PVP的洗脫被認(rèn)為是一個(gè)可能的原因[20,21]。

眾所周知,存在于透析膜表面的氧化降解反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致PVP洗脫量增加。目前,國內(nèi)外多項(xiàng)研究闡述了生物降解、高能射線輻照、熱負(fù)荷等對PVP交聯(lián)和降解的影響。PVP在固態(tài)和水溶液中的光氧化和降解可能會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間儲存的透析器中PVP洗脫量的增加。PES/PVP透析膜的交聯(lián)和降解機(jī)制十分復(fù)雜,大部分研究結(jié)果只限于表觀闡述,并未進(jìn)行更加深入的探索。

在我國,血液透析治療一般一次需要4.0 h,每周進(jìn)行3～4次,患者的血液在透析治療期間長時(shí)間接觸透析膜[22]。由于終末期腎病(ESRD)透析患者排泄功能差,洗脫后PVP經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入人體后,更容易在體內(nèi)器官積聚,引起一些并發(fā)癥。此外,PVP的洗脫還可能改變膜的表面性質(zhì)和生物相容性。

基于上述背景,本研究旨在探討電子束滅菌、儲存時(shí)間等工藝過程參數(shù)對PES血液透析膜中PVP洗脫的影響,為優(yōu)化血液透析器生產(chǎn)工藝——既保證透析器具有合理的毒素清除率,又預(yù)防透析器材料本身對病患者血液產(chǎn)生異體侵入效應(yīng)——提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 測試樣品

我們按照有/無滅菌、存儲時(shí)間的不同,將實(shí)驗(yàn)樣品分為7組,分別進(jìn)行透析模擬實(shí)驗(yàn),并且測量其PVP溶出度。為了確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,除了變量因子的變化,其他條件均保持一致,具體樣品型號及測試條件見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)透析器樣品和測試條件具體數(shù)據(jù)Tab. 1 Specific data of dialyzer samples and test condition

1.2 PVP洗脫實(shí)驗(yàn)

室溫下,每支血液透析器用1.0 L無菌注射用水,以100 mL·min-1進(jìn)行預(yù)沖,預(yù)沖過程大約10 min,確保液體全部排除(如圖1A)。

圖1 實(shí)驗(yàn)示意圖:透析器預(yù)沖(A)、透析器模擬循環(huán)測試(B)Fig. 1 Schematic diagram of the experimental processes pre-flushing of the dialyzer(A), simulated clinical test of the dialyzer(B)

透析器預(yù)沖結(jié)束后,立即用500 mL無菌注射用水,以200 mL·min-1流速,37 ℃循環(huán)5.5 h。使用高效液相色譜法測定循環(huán)液體中PVP的含量(如圖1B)。每支透析器中PVP的洗脫量計(jì)算公式為:PVP的洗脫量(mg·支-1)=循環(huán)液中PVP的含量(μg·mL-1)× 循環(huán)液體積(500 mL)÷1 000。

1.3 PVP濃度測試

本研究采用了高效液相色譜法進(jìn)行循環(huán)液中PVP含量的測試,此方法不僅可以將目標(biāo)物質(zhì)PVP與其他聚合物分離,且具有優(yōu)良的精密度及準(zhǔn)確度。該分析方法使用日本SHIMADZU公司LC-20AT型高效液相色譜儀(配有紫外檢測器),Inertsil ODS-SP C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),乙腈與水的混合液為流動(dòng)相(10∶90,體積比),流速為1.0 mL·min-1,檢測波長為205 nm。運(yùn)用所建立的方法對液體樣品進(jìn)行測定,將PVP解析為單峰,出峰時(shí)間tR=5.705±0.005 min,整個(gè)研究過程中,色譜柱性能保持不變,峰形保持良好。在5.0～100.0 μg·mL-1濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(R2=0.998 8,n=5),線性方程為Y=75.786 5X+377.790。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 電子束滅菌對PVP洗脫的影響

取表1中的A組、B組透析器樣品各5支,按照血液凈化標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(SOP 2020版)[23]進(jìn)行規(guī)范操作,分別進(jìn)行預(yù)沖、循環(huán)、取樣等過程,采用高效液相色譜法測定循環(huán)液中PVP的濃度,并計(jì)算得到每支血液透析器中PVP的被洗脫量。其具體結(jié)果如表2所示。

表2 電子束滅菌對PVP洗脫的影響Tab. 2 Influence of electron beam sterilization on the elution of PVP

2.2 儲存時(shí)間對PVP洗脫的影響

電子束滅菌會(huì)增加透析器PVP使用時(shí)的洗脫量,同樣,儲存時(shí)間也會(huì)影響。實(shí)驗(yàn)選取表1中B組(電子束滅菌、儲存2 d)、C組(電子束滅菌、儲存60 d)、D組(電子束滅菌、儲存120 d)、E組(電子束滅菌、儲存180 d)、F組(電子束滅菌、儲存360 d)、G組(電子束滅菌、儲存720 d)各5支,按照標(biāo)準(zhǔn)操作進(jìn)行預(yù)沖、循環(huán)、取樣等過程,最后測定循環(huán)液中PVP的含量,并計(jì)算得到每組透析器中PVP的洗脫量平均值。具體數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 儲存時(shí)間對PVP洗脫的影響Fig. 2 The effect of storage time on the elution of PVP

由圖2可知,透析器在滅菌后不久(2 d)進(jìn)行PVP洗脫實(shí)驗(yàn)時(shí),PVP洗脫量還是停留在較低水平。然而,經(jīng)過1年儲存時(shí)間的透析器,PVP洗脫量增長約76.31%;儲存時(shí)間為2年的透析器,PVP洗脫量增長約99.14%。數(shù)據(jù)顯示,隨著儲存時(shí)間的延長,PVP洗脫量也呈現(xiàn)相應(yīng)的增長趨勢,但年增長速率變緩。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了電子束滅菌和儲存時(shí)間對PES膜透析器中PVP洗脫的影響。實(shí)驗(yàn)采用的5組透析器都是同一批次原材料組裝生產(chǎn)的,尤其是PES膜的生產(chǎn)工藝完全相同,即每支透析器所含的原始PVP添加量相同,這在以往的研究實(shí)驗(yàn)中很難達(dá)到。本研究證明電子束滅菌會(huì)增加透析器使用中PVP的洗脫量,同樣,隨著儲存時(shí)間的延長,透析器中PVP的洗脫量也會(huì)相應(yīng)增加。滅菌過程是醫(yī)療器械生產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)工序,是透析器生產(chǎn)、銷售的必備工序。在達(dá)到醫(yī)療器械無菌的情況下,適當(dāng)調(diào)整滅菌劑量對產(chǎn)品質(zhì)量十分關(guān)鍵。運(yùn)輸儲存過程對于醫(yī)療器械質(zhì)量控制也是十分關(guān)鍵,長時(shí)間儲存會(huì)增加透析器PVP溶出,合理地設(shè)定透析器產(chǎn)品有效期,將提升產(chǎn)品質(zhì)量,規(guī)避醫(yī)療器械上市后的一些非必要風(fēng)險(xiǎn)。