T/CSBM 0029—2022
用于關節軟骨組織修復或再生的植入性醫療器械體內評價
Standard guide for in vivo assessment of implantable devices intended to repair or regenerate articular cartilage
T/CSBM 0029—2022 發布歷史
1 基本要求 本文件使用者應按照GB/T 16886.1的要求，在做本文件所述的體內評價前，進行材料和/或器械的細胞毒性和生物相容性試驗。 注1∶對于特定的產品，本文件中所建議的某些方法可能不完全適用時，可根據技術發展現狀，結合國內外相關指南進行個案分析。 注2∶動物模型結果并不一定能完全預示人體使用結果，所以應謹慎解釋其在人體的適用性。 2 動物模型 2.1 概述 2.1.1 本章提供了在確定合適的動物模型、關節軟骨缺損大小和部位等方面的考慮點，詳見表1。 2.1.2 本文件中涉及的動物研究應符合倫理和福利的要求。 表1 軟骨組織修復評價的動物模型 種屬 常用品種 成年年齡 成年體重，kg 常用缺損部位 股骨髁關節軟骨厚度，mm 關鍵/臨界缺損大小（直徑），mm 兔 新西蘭白兔 9個月3~4 股骨髁、滑車溝、脛骨平臺、髕骨 0.25~0.75 5 犬 比格犬、混種犬 1年~2年 15~30 股骨髁、滑車溝、髕骨 1.3 6 豬 小型豬 10個月~12個月 20~40 股骨髁、滑車溝 - 6 山羊 山羊、西班牙山羊、奶山羊、波爾山羊 2年~3年 40~70 股骨髁、滑車溝、脛骨平臺、髕骨 1.5~2.0 6 綿羊 綿羊、薩福克羊、德克塞爾羊 2年~3年 35~80 股骨髁、滑車溝 1.7 7 注∶“-”指尚無相關數據。 2.2 關節大小和載荷選擇 2.2.1 人體透明關節軟骨損傷常發生在膝關節，主要在內側部分（如股骨內髁和脛骨平臺）。因此，宜在動物模型中選擇膝關節評價軟骨修復/再生。 2.2.2 不同種屬的動物在重量、關節解剖和步態方面有顯著差異，具有不同的關節力學。這些因素影響了關節軟骨的厚度和分布、關節基質的大分子物質含量、分布和膠原結構等。上述環節在關節軟骨疾病或損傷反應中起著重要作用。宜仔細考慮適于植入物階段的動物模型。 2.2.3 應選擇合適的動物和關節部位，尤其是關節面和關節軟骨厚度應選擇適于進行對預期在人體使用的配方、設計、尺寸和配套使用器械等的充分研究和優化，其中∶ ————較大的動物具有更大的關節軟骨表面積和厚度，更接近人體情況，更適于關節軟骨修復研究； ————較大的缺損通常需要某種方式的固定以保護植入物，減少植入物脫位。植入物的固定方法可能對缺損周圍宿主組織和修復有不利影響。小型動物通常不需要固定，通過小型動物試驗結果預測在需要固定的大型動物和人體試驗的結果時，需要注意試驗中植入物設計的不同之處。 2.2.4 對每種動物而言，關鍵大小的缺損定義為動物不經干預不能修復的最小尺寸（直徑）的缺損。每種動物的關鍵缺損的大小通常不同，應在設計植入物大小和固定方法時仔細考慮。 2.2.5 力學載荷影響關節軟骨修復。在力學生物學因素中，間歇性靜水壓力和剪切應力在調控軟骨發育、滋養以及關節退化等方面起著重要作用。力學載荷大小或作用時間對植入物、植入部位周圍原有關節軟骨及其下骨組織的影響隨解剖位置和關節部位而變化，因此，選擇用于評價植入物的缺損部位時應體現力學載荷對植入物的影響∶ ————當分析植入部位在站立和運動中的受力狀況時，應考慮每一種屬動物的步態和姿態； ————股骨髁、滑車溝和脛骨平臺，以及同一關節面不同解剖部位的受力狀態和強度顯著不同 ————由于動物跑動、跳躍、關節過度伸展或屈曲而使植入物受到過度和迅速變化的應力，會導致試驗結果變異性增加，應采取措施減少導致快速和/或過度關節運動的行為或其他因素。 2.3 動物性別與年齡 2.3.1 由于血液循環中類固醇對軟骨、骨代謝和再生的影響，應考慮試驗動物的性別。不應使用妊娠和哺乳期的動物。試驗動物性別宜一致。 2.3.2 在生長過程中，骨和關節處于代謝和重塑的動態變化中，由于存在這些生理過程對組織修復的影響，因此試驗中每種動物的年齡應超過骨骼成熟年齡。試驗動物應骨骺閉合。每種動物骨骼成熟情況有所不同，需要時可考慮放射顯影確定。 2.3.3 年齡較大的動物更有可能發生骨質減少和退行性關節病，如骨關節炎，關節軟骨修復能力下降。故除非這些情況對植入的預期目的具有重要意義，應避免使用過老的動物。 2.3.4 間充質干細胞池、生長因子反應性和細胞代謝活性通常隨年齡的增加而降低。因此，取決于宿主細胞數量和活性的修復過程在更老的動物可能會有一定影響。 2.4 研究周期 2.4.1 研究周期取決于植入物發展階段、動物種屬、缺損大小以及植入物組成和設計。 2.4.2 小型動物模型植入6周~12周的小缺損可提供植入物和固定器械的存留時間，以及修復類型等信息。 2.4.3 大型動物模型8周~12周的研究應僅限于提供生物相容性、早期細胞反應以及缺損內植入物的存留和狀況等方面的信息。 2.4.4 在形態學和組織生物化學檢測結果的基礎上判斷關節軟骨修復或再生程度通常需要6個月~12 個月的研究。 注∶形態學和組織生物化學檢測結果包括鄰近軟骨和軟骨缺損下骨界面，及相對的軟骨部位。 2.5 動物模型特點 2.5.1 免模型 2.5.1.1 與大型動物相比，兔模型通常更為經濟。 2.5.1.2 由于兔關節軟骨表面積小和厚度薄，缺損的大小受限，缺損內植入物的固定方法的評估較難實施。 2.5.1.3 兔模型適于評價生物相容性、材料配方及植入物基本設計篩選等。兔股骨髁和滑車溝是最常使用的植入物評價部位，髕骨的使用也有相關研究。 2.5.1.4 通常，兔關節軟骨的修復速率、類型和程度較大型動物更為顯著，這可能與其具有更高的新陳代謝活性及缺損部位旁多能干細胞的密度有關。 2.5.2 犬模型 犬膝關節表面為中等大小，介于兔和成年綿羊之間。犬滑車溝和股骨髁可作為植入物評價部位。 2.5.3 豬模型 豬脛骨關節角的解剖不同于其他許多四足動物，其活動范圍減小。豬股骨髁可用作植入物評價部位。 2.5.4 綿羊模型 2.5.4.1 綿羊股骨髁通常用作植入試驗部位。 2.5.4.2 在正常活動范圍內，股骨髁和脛骨平臺的接觸發生在脛骨平臺的尾側。脛股關節活動度為72°±3°（完全屈曲）到145°±5°（完全伸展）。 2.5.4.3 在使用綿羊模型的某些研究中觀察到手術后組織鈣化。 2.5.5 山羊模型 2.5.5.1 由于山羊后腿膝關節的尺寸、關節軟骨厚度，以及易于獲得和處理等特點，山羊代表了關節軟骨修復研究中一類良好的動物模型。山羊股骨髁和滑車溝最常用作植入試驗部位，也有報道使用脛骨平臺和髕骨等表面。 2.5.5.2 在正常活動范圍內，股骨髁和脛骨平臺的接觸發生在脛骨平臺的尾側，脛骨關節活動范圍與綿羊相似。與綿羊相比，通常認為山羊對人為手術干預耐受性好。在納入試驗組前，每只山羊應通過山羊腦炎的血液篩選。 3 缺損部位 3.1 股骨髁 植入物所用的缺損根據動物大小可在直徑2mm~15mm，深度1mm~10mm的范圍內變化。通常，缺損不應超過關節面積的15%~20%，或髁寬度的50%~60%。由于股骨髁的凸出形貌，缺損的深度從中心到邊緣可能有不同。要根據股骨髁上缺損的位置考慮關節連結，包括半月板和脛骨平臺的作用，特別在休息體位時。 3.2 滑車溝 可將滑車溝作為承受不同于股骨髁的載荷和剪切力的評價部位。為達到此部位，在制造缺損前可能需要髕骨脫位。滑車溝關節軟骨的厚度通常較同一動物股骨髁的薄，植入物原型設計應考慮這一因素。由于滑車溝的凹陷，缺損的深度可能隨缺損大小和在滑車溝內的位置（壁或底部）變化。應注意滑車溝關節表面的頭側和尾側（近端和遠端）力學載荷的差異，以及這些差異對修復的影響。 3.3 脛骨平臺 脛骨平臺在一些試驗中有應用。由于存在股骨髁、半月板和交叉韌帶帶來的手術入路困難，使其較少使用。 4 缺損類型、植入物固定和關節制動 4.1 軟骨缺損和骨軟骨缺損 4.1.1 通過使用合適的器械，可移除軟骨和骨組織，而不過多損傷周圍組織，形成全層或部分厚度的軟骨或全層和跨骨的骨軟骨缺損。 4.1.2 對于軟骨缺損，可使用環鉆或磨鉆，但應小心避免移除或損傷軟骨下骨組織。應小心選擇磨鉆的轉速和壓力，因為可能產生過多熱量引起周圍組織的熱壞死。另外，也可使用刮除術移除軟骨直至軟骨下骨組織，首先用活檢打孔器形成一致的缺損輪廓，然后用小的骨刮匙移除軟骨。 4.1.3 應注意軟骨厚度和軟骨下骨板厚度均存在變化。試驗者在決定深度時應考慮這一變化，以獲得一致的軟骨缺損或骨軟骨缺損。應形成垂直于關節表面的缺損。 4.1.4 在一個關節表面可形成多個缺損以評價一個以上的植入物。然而，應考慮多個缺損的大小和位置，以及對周圍組織的影響。試驗應包括陰性對照和其他對照。 4.1.5 過度的關節軟骨損傷可增加慢性滑膜炎的風險。同一關節軟骨上過大或過多的缺損而致的力學載荷不穩定分布可能會損害周圍軟骨組織，從而影響植入物性能評價。 4.2 微骨折 可利用缺損底部軟骨下骨板的微骨折，達到出血。應使用合適的器械產生一致的骨穿透部位，盡量減少對軟骨下骨板的過度損害。軟骨下骨組織對微骨折的反應包括不同程度的吸收（骨溶解）。影響骨溶解的因素包括骨損傷程度、力學載荷、滑膜液和植入材料的降解產物等。 4.3 植入物固定 根據缺損大小、部位、動物種屬等，選擇合適的植入物固定方法來防止過度運動和/或脫位。固定方法應能反映在站立和運動中的受力狀況。應考慮固定對周圍組織和植入物性能的短期和長期影響。 4.4 關節荷載和制動 應考慮動物的關節解剖、關節大小、動物的步態等確定合適的制動方法。可在術后使用夾板、外固定器械和石膏減少關節運動和載荷。在確定制動期限時，應考慮廢用性萎縮和可能的負面結果對關節軟骨的影響。在人體和動物關節軟骨損傷后，連續的主動活動對再生過程有一定益處。在動物模型試驗中相似的治療方式可行性低，未被廣泛接受。應考慮石膏和夾板帶來的相關術后護理問題。應有合格的獸醫日常檢查動物，以便發現任何大體畸形和關節制動帶來的動物過度不適癥狀。 5 試驗過程 5.1 植入物的制備 所有動物植入試驗的材料應按GB/T16886.1的要求進行生物相容性評價。植入物組分可經滅菌處理或無菌制備，或應用已知適于植入物組分和功能的方法進行終末期滅菌處理。 5.2 缺損的構建 應檢測關節和滑膜液是否有不可接受的病理學改變。缺損的大小應一致。應在鉆孔過程中和鉆孔后沖洗缺損，以降低熱量和在植入前除去存留的骨和軟骨微粒。為降低熱壞死所致的組織損傷，應使用速度不超過500 r/min的電動磨鉆。鉆頭的設計要能減少鉆孔中的可能移動。可使用穿透關節軟骨層的套管以使鉆孔居中，減少鉆孔過程中的偏心移動。移除軟骨直至軟骨下板產生軟骨缺損時不應引起出血。穿透軟骨下板產生骨軟骨缺損時一般將出現隨深度變化的骨性表面點狀出血。推薦在植入物植入前，用止血海綿控制嚴重出血。出血的程度在動物種屬和試驗組間會有明顯差異。手術操作期間，應以無菌生理鹽水保持關節面潤濕，防止脫水。 5.3 植入物的植入和固定 植入物應以標準的可重復操作的方式植入。應小心確保缺損周圍關節組織不被過度損傷。植入物應在周緣與缺損的垂直壁接觸，對于全厚缺損在底部與骨接觸。如果使用組織瓣（如骨膜），應以對鄰近和相對的關節軟骨損傷最小的方式固定在原有軟骨上。植入物放置的深度應使其關節面和周圍關節表面充分匹配（平齊）。滑膜腔的縫合應盡量降低關節表面的縫線摩擦。 5.4 恢復和管理 設計的恢復條件應減少應力和過度運動的可能性。對于山羊、綿羊，推薦使用可減少過度活動的恢復性圍欄2天至3天。應經常監測動物，并記錄觀察結果以確保合適的健康和生理狀態。在將試驗動物放歸更大的種群時，應有獸醫證實動物的健康狀況。 5.5 生存期 與標準的敷料相比，夾板能減少關節運動和載荷，然而在選擇治療時間的長短時應考慮廢用性萎縮和其可能的不利結果對關節軟骨的影響。在研究中推薦用影像學來評價植入物的放置。在恢復后，大型動物應繼續留在保護性圍欄至少9天。其后動物可在圍欄或種群中放養。針對任何大體畸形和不適表現，獸醫應常規檢查動物。 5.6 動物尸檢 5.6.1 動物應根據相應的管理辦法和條例的可行規范以人道方式實施安樂死。 5.6.2 應進行動物尸檢以確定關節是否有可能影響研究結果的任何大體畸形。大體評估應包括∶ a） 膜液顏色和數量，以及關節腔面外觀的描述； b） 原有關節軟骨的外觀（是否存在原纖維形成）； c） 周圍骨的外觀（是否存在骨贅）； d） 修復部位組織顏色和數量的描述（包括表面外觀和結構），植入物的整合程度。 注∶推薦按照ASTM F561的要求獲取活檢標本。 5.6.3 應沿著周圍的軟骨和骨組織取出植入物，也可收集與植入部位直接相對的關節面周圍軟骨和其下的骨組織（數量標準化）。 5.6.4 應將取材組織放置在符合形態學（脫鈣石蠟或不脫鈣塑料包埋）、組織生物化學或生物力學測試等檢測方法要求的溶液中。應獲取若干標準部位的滑膜組織以評估微粒攝取，以及微粒引起的細胞聚集等。 6 結果與分析 6.1 影像學檢查 6.1.1 方法選用依據 以下評價方法可根據需要選用。 6.1.2 MRI評價 6.1.2.1 建議進行術前及術后數據采集工作，以便于后續對比分析。同時可考慮進行M0CART評分評估或做橫向弛豫時間圖（T2 mapping）分析。 6.1.2.2 可應用MRI檢查顯示關節軟組織病變，以觀察關節腔內關節滑液、關節軟骨、及關節周圍軟組織層次。T2 mapping主要反應軟骨內膠原的含量、構象及水的含量的變化；磁共振軟骨延遲增強成像（dGEMRIC）根據軟骨內負電荷密度成像間接反映軟骨組織中的GAG含量。 6.1.2.3 關于動物軟骨磁共振成像多選擇以下幾種實驗動物∶ ————新西蘭兔軟骨厚度小于1 mm，雖然可在3.0 T成像，但成像時間長，對線圈要求較高，推薦采用專用動物實驗線圈成像； ————羊、豬與犬膝關節軟骨厚度尚可，可在3.0 T磁共振采用腕關節線圈或膝關節線圈成像。 6.1.2.4 不同動物的MRI掃描條件會不相同，不同場強MRI設備的評估參數也不盡相同。體內磁共振評價方法可參考YY/T 1636方法進行。以新西蘭兔膝關節的尺寸和其特定特征為例，使用特定設備、場強和特定新西蘭兔的前提下的MRI對軟骨和軟骨下骨的評估條件∶ a） 在使用3.0 T MRI 成像系統時，通過T1加權像、T2加權像和質子密度加權像評估軟骨或骨軟骨損傷區的組織修復、周邊組織反映、關節積液和關節內其他組織情況，掃描參考參數如表2； 表2 3.0 T MRI成像掃描參考參數 成像序列 圖像方向 重復時間，ms 回波時間，ms 視野，m 翻轉角，層厚，mm 距離因子，% 矩陣 帶寬，Hz/pixel 脂肪飽和T2加權TSE成像 矢狀面 2000 72 70 150 2 10 256×256 199 質子加權TSE 成像 矢狀面 2000 36 70 150 2 10 256×256 199 3D T1加權GRE 成像 矢狀面 26 4.6 60 25 1 20 512×256 200 注：不同設備的參數可視情況調整。 b） 使用9.4T高分辨率磁共振按3D-FLASH成像掃描序列進行檢測，掃描參考參數如表3。表3 9.4 T高分辨率磁共振掃描參考 成像序列 圖像方向 重復時間，ms 回波時間，ms 翻轉角，° 視野，mm 矩陣 帶寬，kHz 3D-FLASH成像 48 6.22 10 35×25.6×25.6 350×256×128 30 注：不同設備的參數可視情況調整。 6.1.3 X-射線評價 可用X-射線顯示關節的骨性結構。一般是通過觀察關節間隙有無狹窄及狹窄程度、骨贅形成情況、骨質表面是否光滑及修復區的軟骨下骨整體改變等來判斷關節軟骨是否有缺損，對早期關節疾病進行預測診斷。 6.1.4 高頻超聲評價 高頻超聲能用于檢測關節積液增多、滑膜增厚，以及軟骨損傷并判定其程度。 6.1.5 CT 關節造影 定量檢測關節軟骨內GAG含量的變化及分布，以此來判斷關節軟骨的損傷程度，此方法對軟骨完整性檢查的敏感性和特異性都較高。 6.1.6 Micro-CT評價 6.1.6.1 可對關節間隙、骨贅進行更準確的定量評估。尤其是對軟骨缺損修復模型的軟骨下骨反應性改變進行定量評估，對骨軟骨缺損模型的軟骨和軟骨下骨修復情況及對周邊軟骨下骨影響進行定量評估。 6.1.6.2 當軟骨損傷至軟骨下骨時，需進行骨重建評估。骨重建評估至少應包含表4所列參數。表4 骨重建評估參數 參 數 單位 相對骨體積分數（BV/TV） % 骨小梁數量（Tb.N） 1/mm 骨小梁厚度（Tb.Th） μm 軟骨板厚度 μm 6.2 大體評價 6.2.1 觀察膝關節有無積液、積液顏色變化、透明度及粘稠度等表現；滑膜顏色及質地有無改變，有無水腫、充血及增生等表現；內外側髁關節面顏色、有無粗糙表現、增生、是否生產骨贅等變化。 6.2.2 應沿周圍的軟骨和骨組織取出植入物，以確定關節內是否存在任何可能影響研究結果的大體觀的異常。大體評價內容應參照本文件5.6動物尸檢要求進行，可按照軟骨大體觀評分系統進行評分（參見表A.1）。 6.2.3 也可收集與植入部位直接相對的關節面周圍軟骨和其下的骨組織。 6.3 組織學和免疫組織化學評價 6.3.1 一般要求 6.3.1.1 組織學和免疫組織化學評價用于評估缺損內組織再生或修復的程度和質量。 6.3.1.2 組織切片應連續切割和染色，以便評估組織質量和檢測GAG。 6.3.1.3 標準染色包括但不限于∶蘇木精和伊紅、番紅-0、甲苯胺藍、苯胺藍和/或改良三色染色、魏格特氏染色。 6.3.1.4 免疫組織化學分析如II型膠原染色、I型膠原染色、X型膠原染色、蛋白聚糖。 6.3.2 顯微鏡分析和評分 6.3.2.1 針對包含骨和軟骨組織的樣本，應通過脫鈣處理，用化學或物理方法去除組織內的磷酸鈣和碳酸鈣，再進行切片。 6.3.2.2 脫鈣有多種方法，為保證能順利切片，保持染色對比鮮明，并盡可能保存抗原，應根據處理組織的類型、要求以及允許脫鈣的時間進行選擇，其中∶ ————硝酸脫鈣∶速度很快，但細胞核不容易上色，對抗原也影響較大； ————EDTA、電解等方法染色鮮艷，對抗原保存好，但脫鈣時間較長。 6.3.2.3 組織切片制作方法主要有石蠟切片和冰凍切片兩種∶ ————石蠟切片可以保持組織細胞的形態結構，且容易存放在室溫； ————冰凍切片不經過脫水而快速冷凍，組織保持原有的韌性，切片順暢，對組織處理均勻一致性好，組織結構清晰，核質染色對比好，并且冰凍切片染色是在新鮮組織上進行，組織著色更鮮明。但需保存在-80℃ 的低溫冰箱中。 6.3.2.4 可采用恰當的如表A.1所列的軟骨大體觀評分系統評價軟骨的修復程度。為評價植入器械同時修復軟骨和軟骨下骨的性能，可使用Wakitani或0'Driscoll等組織學評分系統進行組織學評價來確定以下各項: a） 缺損部位內和周圍的透明軟骨與纖維軟骨質量； b） 表面外觀和與天然軟骨的連續性； c） 修復軟骨與天然骨和軟骨的結合程度； d） 軟骨下骨重建質量； e） 細胞形態； f） 固定裝置周圍組織質量。 6.3.2.5 組織形態學分析可用于測量組織學參數，如厚度、整合度、細胞數量和表面質量。 6.3.2.6 由于修復組織的生化成分和組織隨著時間的推移可能發生變化，因此低于6個月的時間點不一定能夠反映長期結果。 6.3.2.7 短期組織學評估可用于篩選和優化，而長期評估應基于組織學、生物化學和可能的力學檢測。 6.4 生物化學分析 6.4.1 正常的透明關節軟骨主要由II型膠原和蛋白多糖組成。修復組織中蛋白質和蛋白多糖的生化定量分析，與天然軟骨對比，可提供有關修復程度和質量的有用信息。 6.4.2 應使用已確立的方法來檢測膠原蛋白類型和蛋白聚糖含量。推薦將生物化學分析和形態學評價相結合來比較結果： a） 對新生的組織用GAG試劑盒對修復組織中的蛋白多糖進行定量； b） 對新生的組織中的羥脯氨酸含量進行定量檢測進一步檢測其膠原含量； c） 也可對新生組織的其它蛋白進行定量分析。 6.4.3 通常，如果缺乏良好的組織學結果，生物化學組分的測定不能保證評價的正確性。 6.5 修復組織的力學測試 6.5.1 在人體中，關節軟骨是一種具有各向異性、分層特性和非均一性的結構材料，其功能的實現高度取決于其粘彈性。當前的生化測定方法并不足以確定關節軟骨的力學性能。 6.5.2 建議經修復/再生軟骨的力學性能用固相特性∶聚集模量（HA）、泊松比（v）、滲透率（k）、動態剛度（1Hz）來表征。 6.5.3 進行限制性壓縮蠕變和周期性加載一卸載來測定組織的聚集模量（HA）、滲透性（k）和動態剛度（1 Hz）。可參考Mow所述方法進行。 注：周期性加載一卸載頻率為1Hz。 6.5.4 也可用有孔壓痕器的蠕變壓痕試驗來測定聚集模量（HA）、滲透性（k）和泊松比（v）。蠕變壓痕測試時，將試驗曲線與能體現相應天然軟骨壓痕蠕變特定的理論（模型）曲線相比較，組織工程軟骨的壓痕蠕變曲線應與理論（模型）曲線相似。 6.5.5 以新西蘭兔修復軟骨的壓縮模量測定為例，使用不同方法測得的數值不同，經以下兩種常用的方法評估后，需要達到的參考值如下 ————如果使用生物納米壓痕儀，軟骨有效彈性模量（壓縮）為1.8 MPa~2.5 MPa； ————如果使用納米原位測量儀，軟骨折合模量（壓縮）為10.0 MPa~15.0 MPa。 6.5.6 對于修復手術時所用植入物的力學特性要求，不一定要求植入物本身的力學性能達到周圍軟骨或骨軟骨的力學性能，因為修復完成以后，這些性能會改變。當然，如果剛剛植入時植入物的力學性能匹配性很好，會提供對再生軟骨的早期的支撐，對修復有利。 6.6 統計分析 統計分析應該計算各個類別的平均值和標準偏差以及每個分級樣本的總分。費舍爾精確檢驗（Fisherexact test）、卡方檢驗（chi-square test）或克魯斯卡爾-沃利斯檢驗（Kruskal-Wallis test）（一種單因素非參數方差分析）可用于組間差異比較。
T/CSBM 0029—2022由中國團體標準 CN-TUANTI 發布于 2022-04-12，并于 2022-09-30 實施。
T/CSBM 0029—2022在國際標準分類中歸屬于: 11.040.40 外科植入物、假體和矯形。
- 適用范圍
- 1 基本要求 本文件使用者應按照GB/T 16886.1的要求，在做本文件所述的體內評價前，進行材料和/或器械的細胞毒性和生物相容性試驗。 注1∶對于特定的產品，本文件中所建議的某些方法可能不完全適用時，可根據技術發展現狀，結合國內外相關指南進行個案分析。 注2∶動物模型結果并不一定能完全預示人體使用結果，所以應謹慎解釋其在人體的適用性。 2 動物模型 2.1 概述 2.1.1 本章提供了在確定合適的動物模型、關節軟骨缺損大小和部位等方面的考慮點，詳見表1。 2.1.2 本文件中涉及的動物研究應符合倫理和福利的要求。 表1 軟骨組織修復評價的動物模型 種屬 常用品種 成年年齡 成年體重，kg 常用缺損部位 股骨髁關節軟骨厚度，mm 關鍵/臨界缺損大小（直徑），mm 兔 新西蘭白兔 9個月3~4 股骨髁、滑車溝、脛骨平臺、髕骨 0.25~0.75 5 犬 比格犬、混種犬 1年~2年 15~30 股骨髁、滑車溝、髕骨 1.3 6 豬 小型豬 10個月~12個月 20~40 股骨髁、滑車溝 - 6 山羊 山羊、西班牙山羊、奶山羊、波爾山羊 2年~3年 40~70 股骨髁、滑車溝、脛骨平臺、髕骨 1.5~2.0 6 綿羊 綿羊、薩福克羊、德克塞爾羊 2年~3年 35~80 股骨髁、滑車溝 1.7 7 注∶“-”指尚無相關數據。 2.2 關節大小和載荷選擇 2.2.1 人體透明關節軟骨損傷常發生在膝關節，主要在內側部分（如股骨內髁和脛骨平臺）。因此，宜在動物模型中選擇膝關節評價軟骨修復/再生。 2.2.2 不同種屬的動物在重量、關節解剖和步態方面有顯著差異，具有不同的關節力學。這些因素影響了關節軟骨的厚度和分布、關節基質的大分子物質含量、分布和膠原結構等。上述環節在關節軟骨疾病或損傷反應中起著重要作用。宜仔細考慮適于植入物階段的動物模型。 2.2.3 應選擇合適的動物和關節部位，尤其是關節面和關節軟骨厚度應選擇適于進行對預期在人體使用的配方、設計、尺寸和配套使用器械等的充分研究和優化，其中∶ ————較大的動物具有更大的關節軟骨表面積和厚度，更接近人體情況，更適于關節軟骨修復研究； ————較大的缺損通常需要某種方式的固定以保護植入物，減少植入物脫位。植入物的固定方法可能對缺損周圍宿主組織和修復有不利影響。小型動物通常不需要固定，通過小型動物試驗結果預測在需要固定的大型動物和人體試驗的結果時，需要注意試驗中植入物設計的不同之處。 2.2.4 對每種動物而言，關鍵大小的缺損定義為動物不經干預不能修復的最小尺寸（直徑）的缺損。每種動物的關鍵缺損的大小通常不同，應在設計植入物大小和固定方法時仔細考慮。 2.2.5 力學載荷影響關節軟骨修復。在力學生物學因素中，間歇性靜水壓力和剪切應力在調控軟骨發育、滋養以及關節退化等方面起著重要作用。力學載荷大小或作用時間對植入物、植入部位周圍原有關節軟骨及其下骨組織的影響隨解剖位置和關節部位而變化，因此，選擇用于評價植入物的缺損部位時應體現力學載荷對植入物的影響∶ ————當分析植入部位在站立和運動中的受力狀況時，應考慮每一種屬動物的步態和姿態； ————股骨髁、滑車溝和脛骨平臺，以及同一關節面不同解剖部位的受力狀態和強度顯著不同 ————由于動物跑動、跳躍、關節過度伸展或屈曲而使植入物受到過度和迅速變化的應力，會導致試驗結果變異性增加，應采取措施減少導致快速和/或過度關節運動的行為或其他因素。 2.3 動物性別與年齡 2.3.1 由于血液循環中類固醇對軟骨、骨代謝和再生的影響，應考慮試驗動物的性別。不應使用妊娠和哺乳期的動物。試驗動物性別宜一致。 2.3.2 在生長過程中，骨和關節處于代謝和重塑的動態變化中，由于存在這些生理過程對組織修復的影響，因此試驗中每種動物的年齡應超過骨骼成熟年齡。試驗動物應骨骺閉合。每種動物骨骼成熟情況有所不同，需要時可考慮放射顯影確定。 2.3.3 年齡較大的動物更有可能發生骨質減少和退行性關節病，如骨關節炎，關節軟骨修復能力下降。故除非這些情況對植入的預期目的具有重要意義，應避免使用過老的動物。 2.3.4 間充質干細胞池、生長因子反應性和細胞代謝活性通常隨年齡的增加而降低。因此，取決于宿主細胞數量和活性的修復過程在更老的動物可能會有一定影響。 2.4 研究周期 2.4.1 研究周期取決于植入物發展階段、動物種屬、缺損大小以及植入物組成和設計。 2.4.2 小型動物模型植入6周~12周的小缺損可提供植入物和固定器械的存留時間，以及修復類型等信息。 2.4.3 大型動物模型8周~12周的研究應僅限于提供生物相容性、早期細胞反應以及缺損內植入物的存留和狀況等方面的信息。 2.4.4 在形態學和組織生物化學檢測結果的基礎上判斷關節軟骨修復或再生程度通常需要6個月~12 個月的研究。 注∶形態學和組織生物化學檢測結果包括鄰近軟骨和軟骨缺損下骨界面，及相對的軟骨部位。 2.5 動物模型特點 2.5.1 免模型 2.5.1.1 與大型動物相比，兔模型通常更為經濟。 2.5.1.2 由于兔關節軟骨表面積小和厚度薄，缺損的大小受限，缺損內植入物的固定方法的評估較難實施。 2.5.1.3 兔模型適于評價生物相容性、材料配方及植入物基本設計篩選等。兔股骨髁和滑車溝是最常使用的植入物評價部位，髕骨的使用也有相關研究。 2.5.1.4 通常，兔關節軟骨的修復速率、類型和程度較大型動物更為顯著，這可能與其具有更高的新陳代謝活性及缺損部位旁多能干細胞的密度有關。 2.5.2 犬模型 犬膝關節表面為中等大小，介于兔和成年綿羊之間。犬滑車溝和股骨髁可作為植入物評價部位。 2.5.3 豬模型 豬脛骨關節角的解剖不同于其他許多四足動物，其活動范圍減小。豬股骨髁可用作植入物評價部位。 2.5.4 綿羊模型 2.5.4.1 綿羊股骨髁通常用作植入試驗部位。 2.5.4.2 在正常活動范圍內，股骨髁和脛骨平臺的接觸發生在脛骨平臺的尾側。脛股關節活動度為72°±3°（完全屈曲）到145°±5°（完全伸展）。 2.5.4.3 在使用綿羊模型的某些研究中觀察到手術后組織鈣化。 2.5.5 山羊模型 2.5.5.1 由于山羊后腿膝關節的尺寸、關節軟骨厚度，以及易于獲得和處理等特點，山羊代表了關節軟骨修復研究中一類良好的動物模型。山羊股骨髁和滑車溝最常用作植入試驗部位，也有報道使用脛骨平臺和髕骨等表面。 2.5.5.2 在正常活動范圍內，股骨髁和脛骨平臺的接觸發生在脛骨平臺的尾側，脛骨關節活動范圍與綿羊相似。與綿羊相比，通常認為山羊對人為手術干預耐受性好。在納入試驗組前，每只山羊應通過山羊腦炎的血液篩選。 3 缺損部位 3.1 股骨髁 植入物所用的缺損根據動物大小可在直徑2mm~15mm，深度1mm~10mm的范圍內變化。通常，缺損不應超過關節面積的15%~20%，或髁寬度的50%~60%。由于股骨髁的凸出形貌，缺損的深度從中心到邊緣可能有不同。要根據股骨髁上缺損的位置考慮關節連結，包括半月板和脛骨平臺的作用，特別在休息體位時。 3.2 滑車溝 可將滑車溝作為承受不同于股骨髁的載荷和剪切力的評價部位。為達到此部位，在制造缺損前可能需要髕骨脫位。滑車溝關節軟骨的厚度通常較同一動物股骨髁的薄，植入物原型設計應考慮這一因素。由于滑車溝的凹陷，缺損的深度可能隨缺損大小和在滑車溝內的位置（壁或底部）變化。應注意滑車溝關節表面的頭側和尾側（近端和遠端）力學載荷的差異，以及這些差異對修復的影響。 3.3 脛骨平臺 脛骨平臺在一些試驗中有應用。由于存在股骨髁、半月板和交叉韌帶帶來的手術入路困難，使其較少使用。 4 缺損類型、植入物固定和關節制動 4.1 軟骨缺損和骨軟骨缺損 4.1.1 通過使用合適的器械，可移除軟骨和骨組織，而不過多損傷周圍組織，形成全層或部分厚度的軟骨或全層和跨骨的骨軟骨缺損。 4.1.2 對于軟骨缺損，可使用環鉆或磨鉆，但應小心避免移除或損傷軟骨下骨組織。應小心選擇磨鉆的轉速和壓力，因為可能產生過多熱量引起周圍組織的熱壞死。另外，也可使用刮除術移除軟骨直至軟骨下骨組織，首先用活檢打孔器形成一致的缺損輪廓，然后用小的骨刮匙移除軟骨。 4.1.3 應注意軟骨厚度和軟骨下骨板厚度均存在變化。試驗者在決定深度時應考慮這一變化，以獲得一致的軟骨缺損或骨軟骨缺損。應形成垂直于關節表面的缺損。 4.1.4 在一個關節表面可形成多個缺損以評價一個以上的植入物。然而，應考慮多個缺損的大小和位置，以及對周圍組織的影響。試驗應包括陰性對照和其他對照。 4.1.5 過度的關節軟骨損傷可增加慢性滑膜炎的風險。同一關節軟骨上過大或過多的缺損而致的力學載荷不穩定分布可能會損害周圍軟骨組織，從而影響植入物性能評價。 4.2 微骨折 可利用缺損底部軟骨下骨板的微骨折，達到出血。應使用合適的器械產生一致的骨穿透部位，盡量減少對軟骨下骨板的過度損害。軟骨下骨組織對微骨折的反應包括不同程度的吸收（骨溶解）。影響骨溶解的因素包括骨損傷程度、力學載荷、滑膜液和植入材料的降解產物等。 4.3 植入物固定 根據缺損大小、部位、動物種屬等，選擇合適的植入物固定方法來防止過度運動和/或脫位。固定方法應能反映在站立和運動中的受力狀況。應考慮固定對周圍組織和植入物性能的短期和長期影響。 4.4 關節荷載和制動 應考慮動物的關節解剖、關節大小、動物的步態等確定合適的制動方法。可在術后使用夾板、外固定器械和石膏減少關節運動和載荷。在確定制動期限時，應考慮廢用性萎縮和可能的負面結果對關節軟骨的影響。在人體和動物關節軟骨損傷后，連續的主動活動對再生過程有一定益處。在動物模型試驗中相似的治療方式可行性低，未被廣泛接受。應考慮石膏和夾板帶來的相關術后護理問題。應有合格的獸醫日常檢查動物，以便發現任何大體畸形和關節制動帶來的動物過度不適癥狀。 5 試驗過程 5.1 植入物的制備 所有動物植入試驗的材料應按GB/T16886.1的要求進行生物相容性評價。植入物組分可經滅菌處理或無菌制備，或應用已知適于植入物組分和功能的方法進行終末期滅菌處理。 5.2 缺損的構建 應檢測關節和滑膜液是否有不可接受的病理學改變。缺損的大小應一致。應在鉆孔過程中和鉆孔后沖洗缺損，以降低熱量和在植入前除去存留的骨和軟骨微粒。為降低熱壞死所致的組織損傷，應使用速度不超過500 r/min的電動磨鉆。鉆頭的設計要能減少鉆孔中的可能移動。可使用穿透關節軟骨層的套管以使鉆孔居中，減少鉆孔過程中的偏心移動。移除軟骨直至軟骨下板產生軟骨缺損時不應引起出血。穿透軟骨下板產生骨軟骨缺損時一般將出現隨深度變化的骨性表面點狀出血。推薦在植入物植入前，用止血海綿控制嚴重出血。出血的程度在動物種屬和試驗組間會有明顯差異。手術操作期間，應以無菌生理鹽水保持關節面潤濕，防止脫水。 5.3 植入物的植入和固定 植入物應以標準的可重復操作的方式植入。應小心確保缺損周圍關節組織不被過度損傷。植入物應在周緣與缺損的垂直壁接觸，對于全厚缺損在底部與骨接觸。如果使用組織瓣（如骨膜），應以對鄰近和相對的關節軟骨損傷最小的方式固定在原有軟骨上。植入物放置的深度應使其關節面和周圍關節表面充分匹配（平齊）。滑膜腔的縫合應盡量降低關節表面的縫線摩擦。 5.4 恢復和管理 設計的恢復條件應減少應力和過度運動的可能性。對于山羊、綿羊，推薦使用可減少過度活動的恢復性圍欄2天至3天。應經常監測動物，并記錄觀察結果以確保合適的健康和生理狀態。在將試驗動物放歸更大的種群時，應有獸醫證實動物的健康狀況。 5.5 生存期 與標準的敷料相比，夾板能減少關節運動和載荷，然而在選擇治療時間的長短時應考慮廢用性萎縮和其可能的不利結果對關節軟骨的影響。在研究中推薦用影像學來評價植入物的放置。在恢復后，大型動物應繼續留在保護性圍欄至少9天。其后動物可在圍欄或種群中放養。針對任何大體畸形和不適表現，獸醫應常規檢查動物。 5.6 動物尸檢 5.6.1 動物應根據相應的管理辦法和條例的可行規范以人道方式實施安樂死。 5.6.2 應進行動物尸檢以確定關節是否有可能影響研究結果的任何大體畸形。大體評估應包括∶ a） 膜液顏色和數量，以及關節腔面外觀的描述； b） 原有關節軟骨的外觀（是否存在原纖維形成）； c） 周圍骨的外觀（是否存在骨贅）； d） 修復部位組織顏色和數量的描述（包括表面外觀和結構），植入物的整合程度。 注∶推薦按照ASTM F561的要求獲取活檢標本。 5.6.3 應沿著周圍的軟骨和骨組織取出植入物，也可收集與植入部位直接相對的關節面周圍軟骨和其下的骨組織（數量標準化）。 5.6.4 應將取材組織放置在符合形態學（脫鈣石蠟或不脫鈣塑料包埋）、組織生物化學或生物力學測試等檢測方法要求的溶液中。應獲取若干標準部位的滑膜組織以評估微粒攝取，以及微粒引起的細胞聚集等。 6 結果與分析 6.1 影像學檢查 6.1.1 方法選用依據 以下評價方法可根據需要選用。 6.1.2 MRI評價 6.1.2.1 建議進行術前及術后數據采集工作，以便于后續對比分析。同時可考慮進行M0CART評分評估或做橫向弛豫時間圖（T2 mapping）分析。 6.1.2.2 可應用MRI檢查顯示關節軟組織病變，以觀察關節腔內關節滑液、關節軟骨、及關節周圍軟組織層次。T2 mapping主要反應軟骨內膠原的含量、構象及水的含量的變化；磁共振軟骨延遲增強成像（dGEMRIC）根據軟骨內負電荷密度成像間接反映軟骨組織中的GAG含量。 6.1.2.3 關于動物軟骨磁共振成像多選擇以下幾種實驗動物∶ ————新西蘭兔軟骨厚度小于1 mm，雖然可在3.0 T成像，但成像時間長，對線圈要求較高，推薦采用專用動物實驗線圈成像； ————羊、豬與犬膝關節軟骨厚度尚可，可在3.0 T磁共振采用腕關節線圈或膝關節線圈成像。 6.1.2.4 不同動物的MRI掃描條件會不相同，不同場強MRI設備的評估參數也不盡相同。體內磁共振評價方法可參考YY/T 1636方法進行。以新西蘭兔膝關節的尺寸和其特定特征為例，使用特定設備、場強和特定新西蘭兔的前提下的MRI對軟骨和軟骨下骨的評估條件∶ a） 在使用3.0 T MRI 成像系統時，通過T1加權像、T2加權像和質子密度加權像評估軟骨或骨軟骨損傷區的組織修復、周邊組織反映、關節積液和關節內其他組織情況，掃描參考參數如表2； 表2 3.0 T MRI成像掃描參考參數 成像序列 圖像方向 重復時間，ms 回波時間，ms 視野，m 翻轉角，層厚，mm 距離因子，% 矩陣 帶寬，Hz/pixel 脂肪飽和T2加權TSE成像 矢狀面 2000 72 70 150 2 10 256×256 199 質子加權TSE 成像 矢狀面 2000 36 70 150 2 10 256×256 199 3D T1加權GRE 成像 矢狀面 26 4.6 60 25 1 20 512×256 200 注：不同設備的參數可視情況調整。 b） 使用9.4T高分辨率磁共振按3D-FLASH成像掃描序列進行檢測，掃描參考參數如表3。表3 9.4 T高分辨率磁共振掃描參考 成像序列 圖像方向 重復時間，ms 回波時間，ms 翻轉角，° 視野，mm 矩陣 帶寬，kHz 3D-FLASH成像 48 6.22 10 35×25.6×25.6 350×256×128 30 注：不同設備的參數可視情況調整。 6.1.3 X-射線評價 可用X-射線顯示關節的骨性結構。一般是通過觀察關節間隙有無狹窄及狹窄程度、骨贅形成情況、骨質表面是否光滑及修復區的軟骨下骨整體改變等來判斷關節軟骨是否有缺損，對早期關節疾病進行預測診斷。 6.1.4 高頻超聲評價 高頻超聲能用于檢測關節積液增多、滑膜增厚，以及軟骨損傷并判定其程度。 6.1.5 CT 關節造影 定量檢測關節軟骨內GAG含量的變化及分布，以此來判斷關節軟骨的損傷程度，此方法對軟骨完整性檢查的敏感性和特異性都較高。 6.1.6 Micro-CT評價 6.1.6.1 可對關節間隙、骨贅進行更準確的定量評估。尤其是對軟骨缺損修復模型的軟骨下骨反應性改變進行定量評估，對骨軟骨缺損模型的軟骨和軟骨下骨修復情況及對周邊軟骨下骨影響進行定量評估。 6.1.6.2 當軟骨損傷至軟骨下骨時，需進行骨重建評估。骨重建評估至少應包含表4所列參數。表4 骨重建評估參數 參 數 單位 相對骨體積分數（BV/TV） % 骨小梁數量（Tb.N） 1/mm 骨小梁厚度（Tb.Th） μm 軟骨板厚度 μm 6.2 大體評價 6.2.1 觀察膝關節有無積液、積液顏色變化、透明度及粘稠度等表現；滑膜顏色及質地有無改變，有無水腫、充血及增生等表現；內外側髁關節面顏色、有無粗糙表現、增生、是否生產骨贅等變化。 6.2.2 應沿周圍的軟骨和骨組織取出植入物，以確定關節內是否存在任何可能影響研究結果的大體觀的異常。大體評價內容應參照本文件5.6動物尸檢要求進行，可按照軟骨大體觀評分系統進行評分（參見表A.1）。 6.2.3 也可收集與植入部位直接相對的關節面周圍軟骨和其下的骨組織。 6.3 組織學和免疫組織化學評價 6.3.1 一般要求 6.3.1.1 組織學和免疫組織化學評價用于評估缺損內組織再生或修復的程度和質量。 6.3.1.2 組織切片應連續切割和染色，以便評估組織質量和檢測GAG。 6.3.1.3 標準染色包括但不限于∶蘇木精和伊紅、番紅-0、甲苯胺藍、苯胺藍和/或改良三色染色、魏格特氏染色。 6.3.1.4 免疫組織化學分析如II型膠原染色、I型膠原染色、X型膠原染色、蛋白聚糖。 6.3.2 顯微鏡分析和評分 6.3.2.1 針對包含骨和軟骨組織的樣本，應通過脫鈣處理，用化學或物理方法去除組織內的磷酸鈣和碳酸鈣，再進行切片。 6.3.2.2 脫鈣有多種方法，為保證能順利切片，保持染色對比鮮明，并盡可能保存抗原，應根據處理組織的類型、要求以及允許脫鈣的時間進行選擇，其中∶ ————硝酸脫鈣∶速度很快，但細胞核不容易上色，對抗原也影響較大； ————EDTA、電解等方法染色鮮艷，對抗原保存好，但脫鈣時間較長。 6.3.2.3 組織切片制作方法主要有石蠟切片和冰凍切片兩種∶ ————石蠟切片可以保持組織細胞的形態結構，且容易存放在室溫； ————冰凍切片不經過脫水而快速冷凍，組織保持原有的韌性，切片順暢，對組織處理均勻一致性好，組織結構清晰，核質染色對比好，并且冰凍切片染色是在新鮮組織上進行，組織著色更鮮明。但需保存在-80℃ 的低溫冰箱中。 6.3.2.4 可采用恰當的如表A.1所列的軟骨大體觀評分系統評價軟骨的修復程度。為評價植入器械同時修復軟骨和軟骨下骨的性能，可使用Wakitani或0'Driscoll等組織學評分系統進行組織學評價來確定以下各項: a） 缺損部位內和周圍的透明軟骨與纖維軟骨質量； b） 表面外觀和與天然軟骨的連續性； c） 修復軟骨與天然骨和軟骨的結合程度； d） 軟骨下骨重建質量； e） 細胞形態； f） 固定裝置周圍組織質量。 6.3.2.5 組織形態學分析可用于測量組織學參數，如厚度、整合度、細胞數量和表面質量。 6.3.2.6 由于修復組織的生化成分和組織隨著時間的推移可能發生變化，因此低于6個月的時間點不一定能夠反映長期結果。 6.3.2.7 短期組織學評估可用于篩選和優化，而長期評估應基于組織學、生物化學和可能的力學檢測。 6.4 生物化學分析 6.4.1 正常的透明關節軟骨主要由II型膠原和蛋白多糖組成。修復組織中蛋白質和蛋白多糖的生化定量分析，與天然軟骨對比，可提供有關修復程度和質量的有用信息。 6.4.2 應使用已確立的方法來檢測膠原蛋白類型和蛋白聚糖含量。推薦將生物化學分析和形態學評價相結合來比較結果： a） 對新生的組織用GAG試劑盒對修復組織中的蛋白多糖進行定量； b） 對新生的組織中的羥脯氨酸含量進行定量檢測進一步檢測其膠原含量； c） 也可對新生組織的其它蛋白進行定量分析。 6.4.3 通常，如果缺乏良好的組織學結果，生物化學組分的測定不能保證評價的正確性。 6.5 修復組織的力學測試 6.5.1 在人體中，關節軟骨是一種具有各向異性、分層特性和非均一性的結構材料，其功能的實現高度取決于其粘彈性。當前的生化測定方法并不足以確定關節軟骨的力學性能。 6.5.2 建議經修復/再生軟骨的力學性能用固相特性∶聚集模量（HA）、泊松比（v）、滲透率（k）、動態剛度（1Hz）來表征。 6.5.3 進行限制性壓縮蠕變和周期性加載一卸載來測定組織的聚集模量（HA）、滲透性（k）和動態剛度（1 Hz）。可參考Mow所述方法進行。 注：周期性加載一卸載頻率為1Hz。 6.5.4 也可用有孔壓痕器的蠕變壓痕試驗來測定聚集模量（HA）、滲透性（k）和泊松比（v）。蠕變壓痕測試時，將試驗曲線與能體現相應天然軟骨壓痕蠕變特定的理論（模型）曲線相比較，組織工程軟骨的壓痕蠕變曲線應與理論（模型）曲線相似。 6.5.5 以新西蘭兔修復軟骨的壓縮模量測定為例，使用不同方法測得的數值不同，經以下兩種常用的方法評估后，需要達到的參考值如下 ————如果使用生物納米壓痕儀，軟骨有效彈性模量（壓縮）為1.8 MPa~2.5 MPa； ————如果使用納米原位測量儀，軟骨折合模量（壓縮）為10.0 MPa~15.0 MPa。 6.5.6 對于修復手術時所用植入物的力學特性要求，不一定要求植入物本身的力學性能達到周圍軟骨或骨軟骨的力學性能，因為修復完成以后，這些性能會改變。當然，如果剛剛植入時植入物的力學性能匹配性很好，會提供對再生軟骨的早期的支撐，對修復有利。 6.6 統計分析 統計分析應該計算各個類別的平均值和標準偏差以及每個分級樣本的總分。費舍爾精確檢驗（Fisherexact test）、卡方檢驗（chi-square test）或克魯斯卡爾-沃利斯檢驗（Kruskal-Wallis test）（一種單因素非參數方差分析）可用于組間差異比較。