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可降解高分子材料在醫療器械中的應用

日期:2016/08/22

  慧聰塑料網(wǎng)訊:生物材料在疾病治療和醫療保健中發(fā)揮了重要的作用,按材料性質(zhì),生物材料可分為惰性材料與可降解性材料兩種,目前生物材料的發(fā)展呈現出由惰性向可降解性(水解和酶降解)轉變的趨勢,這表明現在許多發(fā)揮臨時(shí)治療作用(幫助機體修復或再生受損組織)的生物惰性器械將被可降解材料器械替代。

  與惰性材料相比,可降解高分子材料是一種更為理想的醫療器械材料,惰性器械普遍存在長(cháng)期相容性差和需要二次手術(shù)的問(wèn)題,而可降解高分子材料器械不存在這些缺陷。最近20年生物醫學(xué)中出現了一些新的醫療技術(shù),包括組織工程,藥物控釋?zhuān)偕t學(xué),基因治療和生物納米技術(shù)等,這些新的醫療技術(shù)都需要可降解高分子材料作支撐,它們也相應地促進(jìn)了可降解高分子材料的發(fā)展。

  可降解高分子材料在整個(gè)降解過(guò)程中都需要具有良好的相容性,主要包括以下幾點(diǎn):

  植入人體后不引起持續的炎癥或毒性反應;

  合適的降解周期;

  在降解過(guò)程中,具有與治療或組織再生功能相對應的的力學(xué)性能;

  降解產(chǎn)物是無(wú)毒的,能夠通過(guò)代謝或滲透排出體外;

  可加工性。影響可降解高分子材料生物相容性的因素很多,材料本身的一些性能,如植入物的形狀與結構、親水親油性、吸水率、表面能、分子量和降解機理等都需要考慮。

  本文綜述了目前幾種常用可降解高分子材料的性能和降解特性,包括聚乙交酯、聚乳酸、(乙交酯?丙交酯)共聚物、聚己內酯、聚二惡烷酮、聚羥基脂肪酸酯、聚三亞甲基碳酸酯和聚氨酯與聚醚氨酯等,同時(shí)綜述了它們在醫療器械中的應用,包括植入物、組織工程支架、藥物控釋載體等。

  聚乙交酯(PGA)

  PGA是最早應用于臨床醫學(xué)的合成可降解高分子材料,其具有很高的結晶度(45%~55%),高結晶度使它具有很大的拉伸彈性模量。PGA難溶于有機溶劑,玻璃化轉變溫度(Tg)在35~40℃之間,熔點(diǎn)(Tm)高于200℃,可以通過(guò)擠出、注塑和模壓等方式加工成型、。由于具有良好的成纖性,PGA最早被開(kāi)發(fā)成可吸收的縫合線(xiàn)。

  1969年,美國FDA批準上市的第一款合成可降解縫合線(xiàn)DEXON®就是由PGA制成。因為PGA具有合適的降解性、優(yōu)良的初始力學(xué)性能和生物活性,PGA無(wú)紡布作為組織再生支架材料被廣泛研究,目前一種包含PGA無(wú)紡布的支架材料正用于臨床試驗。

  另外PGA硬腦膜替代品也在研究中,因為它具有幫助組織再生和在無(wú)縫合線(xiàn)下閉合皮膚的能力。PGA的高結晶度使它具有優(yōu)良的力學(xué)性能,在臨床上使用的可降解高分子材料中,自增強PGA是最硬的,它的模量接近12.5GPa。因為良好的初始力學(xué)性能,PGA也被開(kāi)發(fā)為內固定系統(Biofix®)。PGA通過(guò)鏈段中酯鍵的隨機斷裂(水解作用)實(shí)現降解。在水解作用下,PGA在1~2月內發(fā)生力學(xué)性能下降現象,6~12月內發(fā)生質(zhì)量損失現象。在體內,PGA降解成甘氨酸,甘氨酸可以通過(guò)尿液直接排出體外或代謝成二氧化碳和水。高降解速率、降解產(chǎn)物呈酸性和難溶性限制了PGA在生物醫學(xué)中的應用,不過(guò)這些缺點(diǎn)可以通過(guò)與其它單體共聚克服。

  聚乳酸(PLA)

  丙交酯(LA)是手性分子,存在兩種立體異構體:左旋LA(L?LA)和右旋LA(D?LA),它們的均聚物都是半結晶的。外消旋LA(DL?LA)則是L?LA和D?LA的混合物,其聚合物是無(wú)規的。聚L?LA(PLLA)的結晶度(0%~37%)由分子量和加工參數決定,其Tg為60~65℃,Tm約為175℃。因為它的親水性比PGA差,所以它的降解速率比PGA低。

  PLLA具有高拉伸強度、低斷裂伸長(cháng)率和高拉伸彈性模量(接近4.8GPa),是理想的醫用承重材料,如骨固定器械?,F在市場(chǎng)上的PLLA骨固定器械有BioScrew®,Bio-Anchor®,MeniscalStinger®等。另外,PLLA也可制成高強度的手術(shù)縫合線(xiàn)。1971年,PLLA手術(shù)縫合線(xiàn)經(jīng)美國FDA批準上市,它具有比DEXON®更加優(yōu)良的性能。PLLA也可用于其它一些醫療領(lǐng)域,如韌帶修復與重建、藥物洗脫支架、靶向藥物運輸等。2007年,美國FDA批準了一種可注射的PLLA制品(Sculptra®),用于治療人類(lèi)免疫缺陷病毒(HIV)引起的面部脂肪損失或萎縮。PLLA的降解速率緩慢,高分子量的PLLA在體內完全降解需要2~5.6a的時(shí)間,結晶度和孔隙度等因素可以影響它的降解速率。

  在水解作用下,PLLA在6個(gè)月內出現力學(xué)性能下降現象,但要經(jīng)過(guò)很長(cháng)的時(shí)間后才會(huì )出現質(zhì)量損失現象。因此,為了獲得更好的降解性能,研究者將L?LA與GA或DL?LA共聚。Resomer®LR708便是一種由L?LA與DL?LA(質(zhì)量比70∶30)共聚得到的無(wú)規共聚物。PDLLA因為L(cháng)?LA和D?LA的隨機分布形成了無(wú)規共聚物,Tg在55~60℃之間,強度大幅下降,這是由分子鏈的無(wú)規排列造成的。在水解作用下,PDLLA在1~2個(gè)月內出現力學(xué)性能下降現象,在12~16個(gè)月內出現質(zhì)量損失現象。與PLLA相比,PDLLA具有低強度和高降解速率的特點(diǎn),是藥物運輸載體和組織再生支架(低強度)的理想材料。PLA通過(guò)鏈段中酯鍵的隨機斷裂(水解作用)實(shí)現降解,初級降解產(chǎn)物為乳酸,乳酸為人體正常代謝的副產(chǎn)物,通過(guò)檸檬酸循環(huán),乳酸可進(jìn)一步降解為二氧化碳和水。

  共聚物(PLGA)

  研究發(fā)現,LA與GA的質(zhì)量比在25/75~75/25時(shí),PLGA為無(wú)規共聚物,R.A.Miller等的研究表明,LA與GA的質(zhì)量比為50/50的PLGA具有最快的降解速度。

  不同單體質(zhì)量比的PLGA已經(jīng)廣泛應用于臨床。商品名為Purasorb®PLG的PLGA便是一種半結晶共聚物,其中LA與GA質(zhì)量比為80/20;多股縫合線(xiàn)Vicryl®中L?LA與GA的質(zhì)量比為10/90,它的升級版VicrylRapid®也已經(jīng)上市,經(jīng)過(guò)輻照后的升級版降解速度更快;

  PANACRYL®是另一種商業(yè)化的PLGA縫合線(xiàn)。另外PLGA也應用于其它醫療方面,如網(wǎng)絲(VicrylMesh®)、植皮材料和硬腦膜替代品等,組織工程植皮便是使用了VicrylMesh®作為支架材料。PLGA中的酯鍵因水解作用斷裂,其降解速率受很多因素影響,如:LA與GA質(zhì)量比、分子量、材料的形狀和結構等。PLGA具有易于加工和降解速率可控的特點(diǎn),被美國FDA批準可應用于人體,在可控藥物/蛋白運輸系統、組織工程支架等領(lǐng)域得到廣泛研究。


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