Viele der Goldstandard-Methoden zur Beurteilung der Biokompatibilität von Medizinprodukten basierten traditionell auf der Verwendung lebender Tiere als Versuchsobjekte. Dies hat verständlicherweise Bedenken hinsichtlich des Tierschutzes aufgeworfen, aber auch hinsichtlich der Repräsentativität kleiner Tiere als Modelle für den Menschen.
Um diesen Anliegen Rechnung zu tragen, arbeiten Aufsichtsbehörden und Normungsgremien zunehmend darauf hin, Tierversuche dort, wo dies angemessen ist, schrittweise zu ersetzen, ohne die Patientensicherheit zu beeinträchtigen. Sowohl die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) als auch die Europäische Union haben ihre Unterstützung für das 3R-Prinzip (Replacement, Reduction, Refinement) zur Ersetzung, Reduktion und Verfeinerung von Tierversuchen ausgesprochen, wo immer dies machbar ist. Die International Organization for Standardization (ISO) hat zudem in die jüngsten Versionen von Normen, die zuvor ausschließlich Tiermethoden vorsahen, Informationen zu tierfreien Verfahren aufgenommen.1
Dieser Artikel gibt einen Überblick über aktuelle Entwicklungen bei alternativen Testmethoden, wie z. B. In-vitro-Assays, die zur Bewertung spezifischer biologischer Effekte eingesetzt werden können. Darüber hinaus werden Beispiele für Situationen erörtert, in denen Tierversuche bei der Markteinführung neuer Medizinprodukte minimiert oder gänzlich vermieden werden können.
Was sind die Alternativen?
Potenzielle Alternativen zu Tierversuchen (auch bekannt als In-vivo-Assays) bei der Bewertung der Biokompatibilität von Medizinprodukten umfassen Folgendes:
In chemico-Tests, die zur Untersuchung von Reaktionen zwischen Chemikalien aus Medizinprodukten und biologischen Molekülen eingesetzt werden.
In-vitro-Assays, die an isolierten Zellen oder Geweben außerhalb des lebenden Organismus durchgeführt werden, um die Auswirkungen von Medizinproduktmaterialien auf die Lebensfähigkeit biologischer Systeme zu bewerten.
In-silico-Assays, die computergestützte Modellierung verwenden, um die Reaktionen vorherzusagen, die medizinische Geräte wahrscheinlich auslösen, wenn sie mit menschlichem Gewebe in Kontakt kommen.
In-vitro-Methoden werden bereits häufig bei der Prüfung von Medizinprodukten eingesetzt, um bestimmte biologische Wirkungen wie Zytotoxizität und Genotoxizität zu bewerten. In Kombination mit chemischer Charakterisierung, In-silico-Methoden und vorhandenen Informationen über das geprüfte Material können sie auch zur Beurteilung von Wirkungen herangezogen werden, die häufiger durch In-vivo-Tests abgedeckt werden, wie etwa die Hautsensibilisierung.2
ISO-10993-Normen und Alternativen zu Tierversuchen
Die ISO-10993-Normen werden in zahlreichen Ländern, darunter den USA und der EU, zur Bewertung der Biokompatibilität von Medizinprodukten eingesetzt. Die meisten neuen Produkte erfordern unabhängig von Art und Dauer des Körperkontakts in der Regel die folgenden ISO-10993-Tests:
Es gibt mehrere alternative Methoden zur Durchführung dieser Tests. Gemäß der aktuellsten Version der Norm ISO 10993-1 sollten Tierversuche nur dann durchgeführt werden, wenn dies unbedingt erforderlich ist, um die Sicherheit des Geräts zu gewährleisten. Die Bewertung sollte schrittweise erfolgen, beginnend mit der physikalischen und chemischen Charakterisierung, gefolgt von In-vitro-Tests, wobei In-vivo-Tests nur dann einbezogen werden sollten, wenn nach den ersten beiden Schritten noch Lücken bestehen.3
Chemische Charakterisierung und Zytotoxizität – keine Tierversuche erforderlich
Aufgrund des schrittweisen Vorgehens beginnt die Biokompatibilitätsprüfung in der Regel mit der chemischen Charakterisierung und wird mit der Zytotoxizitätsprüfung fortgesetzt, die beide auf tierversuchsfreien Methoden basieren.
Die chemische Charakterisierung erfolgt mithilfe standardisierter chemischer Analysemethoden wie GC-MS, LC-MS und ICP-MS, abhängig von den Zielchemikalien. Die Zytotoxizität wird mittels In-vitro-Methoden bewertet, wie der Neutralrot-Aufnahmemethode (NRU) und der Elution in Minimal Essential Medium (MEM), die beide darauf beruhen, dass eine Zellkultur Extrakten aus Medizinproduktmaterialien ausgesetzt wird.
Hautsensibilisierung – verfügbare In-vitro-Methoden
Unter den am häufigsten geforderten Biokompatibilitätstests ist ISO 10993-10 zur Bewertung der Hautsensibilisierung derjenige, der am häufigsten Tierversuche erfordert. In der aktuellsten Version der Norm aus dem Jahr 2023 umfassen die vollständig validierten Testoptionen den murinen lokalen Lymphknotentest, den Meerschweinchen-Maximierungstest und den Buehler-Test, die alle an lebenden Tieren durchgeführt werden.
Nicht-tierische Alternativmethoden werden in Anhang C der Norm beschrieben und diskutiert. Dazu gehören der DPRA (Direct Peptide Reactivity Assay) gemäß OECD-Testrichtlinie (TG) 442C und der KeratinoSens™-Assay gemäß OECD TG 442D. Obwohl insgesamt sechs OECD-Assays zur Identifizierung des Hautsensibilisierungspotenzials von Chemikalien validiert wurden, sind diese möglicherweise nicht direkt auf Medizinproduktmaterialien anwendbar, weshalb die ISO sie nicht gleichrangig mit In-vivo-Methoden aufführt.4
Nach unserer Erfahrung kann bei der Einreichung von Zulassungsanträgen in Europa für Produkte mit geringem Risiko eine Kombination aus Ergebnissen von In-vitro-Hautsensibilisierungstests und ergänzenden Informationen akzeptiert werden. Unter bestimmten Umständen kann auch auf Hautsensibilisierungstests für die FDA-Zulassung verzichtet werden. Voraussetzung hierfür ist, dass das Medizinprodukt ausschließlich mit intakter Haut in Kontakt kommt und aus bestimmten synthetischen Polymeren oder natürlichen Textilien besteht.5
Irritation – In-vitro-Methoden oft ausreichend für Medizinprodukte mit geringem Risiko
Die neueste Version des ISO 10993-23-Standards enthält In-vitro-Testoptionen, die an einem rekonstruierten menschlichen Epidermis-Modell (RhE) durchgeführt werden. Wenn Geräte ausschließlich mit intakter Haut in Kontakt kommen, sind In-vitro-Testergebnisse im Allgemeinen ausreichend für die Einreichung bei EU-Behörden. Der Kontakt mit anderen Geweben erfordert in der Regel Tierversuche.
Die FDA erkennt die Klauseln der ISO 10993-23, die In-vitro-Tests beschreiben, nicht an.6 Dennoch kann es möglich sein, Tierversuche für bestimmte Polymere und Gewebe ähnlich wie Hautsensibilisierungstests zu erlassen.
Tierversuchsfreie Methoden zur Bewertung weiterer biologischer Wirkungen
Umfangreichere Tests sind erforderlich, wenn Medizinprodukte in Kontakt mit anderen Geweben als intakter Haut verwendet werden. Im Folgenden sind einige Beispiele für In-vitro-Biokompatibilitätstests zur Untersuchung weiterer biologischer Effekte aufgeführt:
Monozyten-Aktivierungstest (MAT) für materialvermittelte Pyrogenitätsprüfung (ISO 10993-11)
Hämolyse- und Komplement-, Thrombozyten- sowie Gerinnungsaktivierungstests zur Beurteilung der Hämokompatibilität (ISO 10993-4)
Bakterielle Rückmutationstests (AMES) und Maus-Lymphom-Assays (MLA) zur Genotoxizitätsbewertung (ISO 10993-3)
Für einige Effekte werden in den entsprechenden ISO-10993-Normen derzeit keine In-vitro-Tests erwähnt. Dazu gehören Implantationseffekte und Toxizitätstests, die akute, subakute, subchronische und chronische systemische Toxizität umfassen.
Schritte zur Minimierung von Tierversuchen
Da Tiermethoden nach wie vor der Standard für die Bewertung mehrerer biologischer Wirkungen sind, müssen Hersteller, die Tierversuche vermeiden möchten, den Verzicht auf diese Tests oder die Verwendung alternativer Methoden begründen. Der Schlüssel dazu liegt in der Erstellung eines umfassenden Informationspakets über das Medizinprodukt, die verwendeten Materialien sowie dessen physikalische und mechanische Eigenschaften. Ein detaillierter Biologischer Bewertungsplan (BBP) ist ebenfalls erforderlich, um das Verfahren zur Bewertung der Biokompatibilität zu beschreiben und die Begründung für den Verzicht auf Tierversuche darzulegen.
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Quellenverzeichnis
1 Siehe Fußnote 22 auf Seite 9 des Leitfadens der FDA aus dem Jahr 2023 mit dem Titel „Anwendung der internationalen Norm ISO 10993-1: Biologische Bewertung von Medizinprodukten – Teil 1: Bewertung und Prüfung im Rahmen eines Risikomanagementprozesses“ sowie den Abschnitt „Tiere in der Wissenschaft“ auf der Website der Europäischen Kommission, um sich über deren Standpunkte zum 3R-Prinzip zu informieren.
2 Integrierte Ansätze für Prüfung und Bewertung werden als Alternativen zu Tierversuchen in Abschnitt C.1.3 der Norm ISO 10993-10:2023 erörtert.
3 Siehe Abschnitt 4.4 der ISO 10993-1:2025, wo es heißt: „Die Durchführung von In-vivo-biologischen Prüfungen ist auf das Maß zu beschränken, das zur Vervollständigung der biologischen Bewertung unbedingt erforderlich ist.
4 Siehe Anhang C der ISO 10993-10:2023 für eine Erörterung tierversuchsfreier Methoden zur Prüfung auf Hautsensibilisierung.
5 Die Polymere und Gewebe, für die möglicherweise keine Prüfung erforderlich ist, sind in Anhang G des FDA-Leitfadens aus dem Jahr 2023 mit dem Titel „Anwendung der internationalen Norm ISO 10993-1: Biologische Bewertung von Medizinprodukten – Teil 1: Bewertung und Prüfung im Rahmen eines Risikomanagementprozesses“ aufgeführt.
6 FDA-Datenbank zu anerkannten Konsensstandards für Medizinprodukte: ISO 10993-23 Erste Ausgabe 2021-01.