Die chemische Analyse untersucht, welche Substanzen sich aus einem Medizinprodukt herauslösen können. Details regelt die ISO 10993-18. Die chemische Analyse liefert die Datenbasis für die toxikologische Risikobewertung nach ISO 10993-17 und ist damit für jedes Medizinprodukt mit Patientenkontakt verpflichtend. Kernbegriffe sind Extractables (worst-case, was theoretisch herauslösbar ist) und Leachables (was in der klinischen Anwendung tatsächlich freigesetzt wird).
Einleitung
Ein Medizinprodukt besteht nie nur aus dem Material, das als Ausgangsmaterial eingesetzt wurde. Polymere enthalten Weichmacher, Metalle enthalten Legierungsbestandteile, Produktionsprozesse hinterlassen Rückstände von Reinigungs- oder Schmiermitteln. All diese Stoffe können sich unter bestimmten Bedingungen aus dem Produkt lösen und in Kontakt mit dem Patienten kommen. Genau hier setzt die chemische Analyse von Medizinprodukten an: Sie identifiziert und quantifiziert diese Substanzen, bevor ein Produkt in den klinischen Einsatz geht.
Die zentrale Frage lautet dabei nicht nur „Welche Stoffe sind enthalten?“, sondern auch „Welche Stoffe stellen unter realen Anwendungsbedingungen ein Risiko dar?“. Dieser Artikel bietet Ihnen einen Einstieg in die Thematik der chemischen Analyse.
Was ist die chemische Analyse und welche Norm regelt sie?
Die chemische Analyse untersucht, welche Substanzen sich aus einem Medizinprodukt unter definierten Bedingungen herauslösen.
Die ISO 10993-18 liefert die normative Grundlage und Details für die chemisch-analytischen Untersuchungen, die im Rahmen der biologischen Sicherheitsbewertung durchgeführt werden. Sie steht dabei nicht isoliert, sondern ist eng mit der ISO 10993-17 zur toxikologischen Risikobewertung verzahnt. Ohne belastbare chemische Daten lässt sich keine fundierte toxikologische Aussage treffen.
Warum brauchen alle Medizinprodukte eine chemische Analyse?
Jedes Medizinprodukt mit Patientenkontakt braucht eine chemische Analyse, weil sie die einzige Methode ist, um tatsächlich freigesetzte Substanzen zu identifizieren. Ohne diese Daten fehlt die Grundlage für die toxikologische Risikobewertung und damit für den Nachweis der biologischen Sicherheit.
Die chemische Analyse erfüllt dabei mehrere Funktionen gleichzeitig:
- Sie liefert allgemeine Informationen über die chemischen Eigenschaften eines Produkts und macht damit Materialentscheidungen nachvollziehbar.
- Sie deckt mögliche problematische Prozesseinflüsse auf, etwa wenn Schmier- oder Reinigungsmittel aus der Produktion im Endprodukt verbleiben und dort nichts zu suchen haben.
- Und sie liefert den analytischen Input für die toxikologische Risikoanalyse nach ISO 10993-17, die wiederum die Basis für die Bewertung relevanter biologischer Effekte und die Risikoabschätzung für Biological Hazards bildet.
Ohne diese Abfolge aus Analytik und Bewertung lässt sich die biologische Sicherheit eines Produkts für den klinischen Einsatz nicht regulatorisch begründen.
Was sind Extractables und Leachables und worin liegt der Unterschied?
Extractables sind alle Substanzen, die sich unter worst-case-Bedingungen aus einem Produkt extrahieren lassen. Leachables sind die Substanzen, die tatsächlich unter realen klinischen Anwendungsbedingungen freigesetzt werden. Leachables sind damit immer eine Teilmenge der Extractables.
Der Unterschied hat praktische Konsequenzen für die Bewertung. Extractables-Studien arbeiten mit aggressiven Extraktionsbedingungen, etwa erhöhter Temperatur oder aggressiven Lösungsmitteln, um das gesamte chemische Freisetzungspotenzial eines Materials abzubilden. Das Ergebnis dient der Materialcharakterisierung und zeigt, was im ungünstigsten Fall überhaupt möglich ist. Diese Substanzen würden in der klinischen Anwendung häufig gar nicht freigesetzt, sind aber prinzipiell herauslösbar.
Leachables-Studien orientieren sich dagegen an den tatsächlichen Anwendungsbedingungen des Produkts, also an Kontaktdauer, Temperatur und Anwendungsart, wie sie beim Patienten vorliegen. Diese Daten sind essentiell für die Bewertung der biologischen Sicherheit im konkreten klinischen Kontext, weil sie zeigen, womit ein Patient tatsächlich in Kontakt kommt.
Für die Praxis bedeutet das: Eine Extractables-Studie liefert das Worst-Case-Szenario und die Materialbasis, eine Leachables-Studie die klinisch relevante Risikoeinschätzung. Im Rahmen einer soliden Bewertungsstrategie sollte immer beides abgebildet sein.
Welche Charakteristika von Leachables und Extractables werden getestet?
Die zu prüfenden Charakteristika sind abhängig vom Produkt, seiner Anwendung und seinem Risikoprofil unterschiedliche Stoffklassen. Man unterscheidet organische Extractables, elementare Extractables sowie Anionen und Kationen.
Bei den organischen Extractables wird weiter differenziert nach flüchtigen organischen Verbindungen, den VOCs (Volatile Organic Compounds), halbflüchtigen Verbindungen, den SVOCs (Semi-Volatile Organic Compounds), und nicht-flüchtigen Verbindungen, den NVOCs (Non-Volatile Organic Compounds). Diese Einteilung folgt der physikalischen Flüchtigkeit der Substanzen und bestimmt, welche analytischen Methoden zum Einsatz kommen.
Elementare Extractables umfassen anorganische Bestandteile wie Metalle und Spurenelemente, die etwa aus Legierungen oder Katalysatorresten stammen können. Anionen und Kationen werden separat betrachtet, weil sie mit anderen analytischen Methoden erfasst werden und andere toxikologische Relevanz haben können als organische Verbindungen.
Welche dieser Kategorien im Einzelfall relevant sind, hängt vom verwendeten Material, dem Herstellungsprozess und der geplanten klinischen Anwendung ab. Ein pauschales Test-Set gibt es nicht, die Auswahl erfordert produktspezifisches Fachwissen und Erfahrung in der materialbezogenen Testplanung.
Welche Parameter sind für die Analytik entscheidend?
Die wichtigsten Parameter der Extraktion sind das Extraktionsmittel, das Oberflächen-Volumen-Verhältnis, die Extraktionsdauer und die Temperatur. Diese Parameter bestimmen, welche Substanzen in welcher Menge nachgewiesen werden können.
Alle vier Parameter werden nicht standardisiert für jedes Produkt gleich festgelegt, sondern in Abhängigkeit vom klinischen und regulatorischen Kontext definiert. Ein Produkt mit dauerhaftem Blutkontakt erfordert andere Extraktionsbedingungen als ein kurzzeitiger Hautkontakt. Ebenso spielt es eine Rolle, ob ein wässriges, polares oder unpolares Extraktionsmittel gewählt wird, da unterschiedliche Lösungsmittel unterschiedliche Substanzgruppen erfassen.
Die Parameterwahl ist einer der Punkte, an denen in der Praxis am häufigsten Fehler entstehen. Falsch gewählte Extraktionsbedingungen führen entweder zu einer Überschätzung des Risikos, weil zu aggressiv extrahiert wird, oder zu einer gefährlichen Unterschätzung, weil relevante Leachables gar nicht erfasst werden.
Wie sensitiv muss die Analyse sein?
Die Analyse muss so sensitiv sein, dass sie Substanzen oberhalb eines vorher festgelegten Schwellenwerts zuverlässig nachweist. Dieser Schwellenwert heißt Analytical Evaluation Threshold, kurz AET, und wird gemäß ISO 10993-18 vor der eigentlichen Testung berechnet.
Der AET ist keine feste Zahl, sondern ein produktspezifischer Wert, der nach einer festgelegten Formel berechnet wird. Er berücksichtigt einen allgemeinen toxikologischen Grenzwert, die Anwendungsfrequenz und -dauer des Produkts, die Extraktionsbedingungen sowie methodische Unsicherheitsfaktoren der Analytik. Erst wenn dieser Wert feststeht, kann beurteilt werden, welche analytische Nachweisgrenze im Labor erforderlich ist.
Wie werden die Laborergebnisse bewertet?
Die Ergebnisse der chemischen Analyse werden sowohl quantitativ als auch qualitativ bewertet, mit direktem Blick auf die klinische Anwendung und mögliche Risiken für die Patientengesundheit. Zentrales Instrument dafür ist die toxikologische Risikobewertung nach ISO 10993-17.
Diese Bewertung ist mehr als das Abgleichen von Zahlen mit Grenzwerten. Sie berücksichtigt die Kombination mehrerer nachgewiesener Substanzen, die Anwendungsdauer und -häufigkeit des Produkts sowie die Patientenpopulation, für die das Produkt vorgesehen ist. Ein Grenzwert, der für einen kurzzeitigen Hautkontakt unproblematisch ist, kann bei dauerhaftem Blutkontakt eine völlig andere Risikoeinschätzung erfordern.
Aus diesem Grund sollte diese Bewertung immer von einer Person mit toxikologischer Expertise durchgeführt werden. Analytische Rohdaten allein sagen nichts über das tatsächliche Risiko aus, die Interpretation im klinischen Kontext entscheidet über die biologische Risikobewertung eines Produkts.
FAQ
Was ist der Unterschied zwischen Extractables und Leachables?
Extractables sind alle Substanzen, die sich unter worst-case-Bedingungen aus einem Produkt herauslösen lassen. Leachables sind die Substanzen, die tatsächlich unter realen klinischen Anwendungsbedingungen freigesetzt werden. Leachables sind eine Teilmenge der Extractables.
Welche Norm regelt die chemische Analyse von Medizinprodukten?
Die ISO 10993-18 liefert die methodischen Details zur chemischen Charakterisierung von Medizinprodukten und ist Teil der ISO-10993-Reihe zur biologischen Beurteilung.
Was bedeutet AET bei der chemischen Analyse?
AET steht für Analytical Evaluation Threshold. Es ist der Schwellenwert, oberhalb dessen freigesetzte Substanzen als klinisch relevant und toxikologisch zu bewerten gelten. Er wird vor der Testung berechnet und berücksichtigt u. a. toxikologische Grenzwerte, Anwendungsdauer und methodische Unsicherheiten.
Warum reicht eine chemische Analyse allein nicht aus?
Die chemische Analyse liefert nur die Rohdaten zu freigesetzten Substanzen. Erst die toxikologische Risikobewertung nach ISO 10993-17 durch eine Expertin übersetzt diese Daten in eine belastbare Aussage über die Patientensicherheit.
Welche Substanzklassen werden bei der chemischen Analyse untersucht?
Untersucht werden organische Extractables, unterteilt in VOCs, SVOCs und NVOCs, elementare Extractables wie Metalle sowie Anionen und Kationen. Die konkrete Auswahl hängt vom Produkt und seiner Anwendung ab.
Fazit
Die chemische Analyse nach ISO 10993-18 ist der analytische Ausgangspunkt jeder biologischen Sicherheitsbewertung. Sie unterscheidet zwischen dem theoretischen Freisetzungspotenzial eines Materials (Extractables) und den unter realen Bedingungen tatsächlich freigesetzten Substanzen (Leachables). Entscheidend sind dabei die richtige Wahl der Analytik, der Extraktionsparameter, ein korrekt berechneter AET und vor allem die toxikologische Einordnung der Ergebnisse durch Experten nach ISO 10993-17.
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