Biohajoavat materiaalit ja niiden sovellukset biolääketieteessä

Biohajoavat materiaalit ja niiden sovellukset biolääketieteessä

Lääketieteellisen tekniikan jatkuvan kehityksen ja ihmisten elintason paranemisen myötä erityyppisiä lääketieteellisiä materiaaleja on alettu käyttää laajalti ihmiskudoksissa. Lääketieteellisten materiaalien ja ihmiskudosten yhteensopivuus, veren yhteensopivuus ja hajoavuus Ihmiset kiinnittävät yhä enemmän huomiota muihin asioihin. Seuraava on järjestelmällinen analyysi ja keskustelu biohajoavien materiaalien käytöstä biolääketieteen alalla. Ensinnäkin tehdään alustava analyysi biohajoavien materiaalien hajoamisperiaatteesta ja sitten analysoidaan biolääketieteen alalla yleisesti käytetyt biohajoavat materiaalit prosessin ja lähdestandardien mukaisesti. Luokitella ja esitellä joidenkin tyypillisten materiaalien käyttö biolääketieteessä.

1. Biohajoavien materiaalien hajoamisperiaate

Biohajoavat materiaalit ovat vuorovaikutuksessa useiden tekijöiden, kuten kehon nesteiden, orgaanisten makromolekyylien, entsyymien, vapaiden radikaalien, solujen jne., Biologisen ympäristön kanssa ja hajoavat vähitellen pienimolekyylisiksi yhdisteiksi useiden reaktioiden, kuten hydrolyysin, entsyymolyysin ja hapettumisen, kautta. monomeeri. Imeytymisen, ruuansulatuksen ja aineenvaihdunnan reaktioiden jälkeen hajoamistuotteet erittyvät kehosta tai osallistuvat kehon normaaliin aineenvaihduntaan, jonka keho absorboi hajoamisprosessin loppuun saattamiseksi. Jos kehon neste tulee biologiseen materiaaliin kudoksesta tai tietty biologisen materiaalin komponentti liukenee kehon nesteeseen, materiaali laajenee tilavuuden kasvun vuoksi ja erittää sen omaa ainetta. Tämä prosessi tuhoaa materiaalin vetysidoksen ja van der Waalsin voiman. , Aiheuttaa halkeamia tai tyhjiä materiaaleja, ja lopulta materiaali hajoaa vähitellen biologisessa ympäristössä. Kliinisessä käytännössä ihmiset toivovat, että istutetut biohajoavat materiaalit täydentävät myös erilaistumis- ja hajoamisreaktiot biologisen kudoshoidon aikana saman menettelyn mukaisesti, jotta vältetään kehon&# 39: n tulehdus tai stressivaste implantoidusta materiaaleja. Tiedämme, että ihokudoksen hoitoaika on yleensä 3-10 päivää, viskeraalisen kudoksen hoitoaika on yleensä 1-2 kuukautta ja suurten elinkudosten hoitoaika kestää usein 6 kuukautta tai enemmän. Kun biohajoavat biomateriaalit on istutettu ihmiskehoon, niiden hajoamisteholla ja hajoamistuotteilla on suuri vaikutus biologiseen ympäristöön, aineellisiin reaktioihin ja ihmiskehon reaktioihin. Hajoamistuotteiden hidas hajoamisnopeus tai pitkä viipymäaika voi helposti aiheuttaa tulehdusta ihmisen kudoksissa. , Tromboosi ja muut haittavaikutukset. Tutkimukset [6] ovat osoittaneet, että useimpien biohajoavien materiaalien hajoamisprosessi ja edistyminen ovat ristiriidassa parhaiden odotettujen tulosten kanssa. Siksi biohajoavien materiaalien tutkimuksessa ja kliinisessä sovelluksessa biohajoavien materiaalien hajoamiseen liittyviä kysymyksiä on käsiteltävä varoen, etenkin hajoamisnopeutta ja hajoamistuotteita.

2. Biohajoavien materiaalien perusluokitus ja käyttö

Biohajoavia materiaaleja käytetään ihmiskehossa, ja niiden on täytettävä tiukat ehdot itse materiaalista ja sen vaikutuksista ihmiskehoon: helppo käsitellä, alhainen hinta, helppo steriloida, selvä hajoamisaika, biologinen stabiilisuus ja mekaaniset ominaisuudet implantointikohdan tarpeet, hyvä histos yhteensopivuus, veren yhteensopivuus ja mekaaninen yhteensopivuus, ei pyrogeenireaktiota, geneettinen toksisuus, teratogeenisuus ja karsinogeenisuus, ei ärsytystä ja herkistymistä.

Tällä hetkellä biohajoavat materiaalit voidaan luokitella eri prosessien ja lähteiden mukaan, mukaan lukien luonnolliset polymeerin hajoavat materiaalit, mikrobien synteettiset hajoavat polymeerimateriaalit ja kemiallisesti syntetisoidut hajoavat polymeerimateriaalit [3,9]. Erityinen luokitus ja käyttö on esitetty yhteenvetona seuraavasti:

1. Luonnolliset polymeeri biohajoavat materiaalit

Tällä hetkellä biolääketieteen alalla yleisimmin käytettyjä luonnollisia polymeerejä sisältäviä biohajoavia materiaaleja ovat pääasiassa gelatiini, kollageeni, polysakkaridit ja silkkifibroiini.

(1) Gelatiinimateriaali

Liivate on pääosin peräisin nisäkkään ihosta, luusta, jänteestä, hännästä ja muista kudoksista. Sen merkittävin piirre on vesiliukoinen polymeeri, joka laajenee ja pehmenee hitaasti veden imemisen jälkeen ja jolla on biologista yhteensopivuutta, geeliytymistä ja biohajoavuutta. Hyödyntämällä gelatiinin ominaisuuksia, helppo muodostaa, hajoava entsyymien avulla ja helposti imeytyvä ihmiskehossa, sitä voidaan käyttää hitaasti vapautuvana materiaalina lääkeaineiden kantajissa, apuaineissa tai hitaasti vapautuvissa kuorissa; hyvän ilmanläpäisevyyden ja vedenläpäisevyyden vuoksi haavasidoksena ja keinotekoisena ihomateriaalina se voi estää nestettä haavasta tai toissijaisten infektio-oireiden esiintymisen; lisäksi plasman gelatiinikorvikkeet ovat hajoavia, myrkyttömiä ja ei-immunogeenisiä jne. Kliininen etu.

(2) Kollageeni

Kollageeni on sidekudoksen pääkomponentti, jonka osuus eläinten proteiinipitoisuudesta on noin 1/3. Sitä esiintyy pääasiassa eläinten kudoksissa, ihossa, nivelsiteissä ja rustossa. Sen tehtävänä on tukea vartaloelimiä, ylläpitää mekaanista vakautta, kimmoisuutta ja voimaa. Luonnollisena biologisena resurssina sillä on hyvän biologisen yhteensopivuuden, heikon immunogeenisuuden ja biohajoavuuden ominaisuudet; kliininen käyttö on osoittanut, että kollageeni voi merkittävästi edistää viallisten kudosten korjaamista, uudistumista ja jälleenrakentamista; mutta siitä puuttuu riittävä mekaaninen lujuus voidaan parantaa silloittamalla modifikaatiota tai yhdistelmäkäyttöä muiden biologisten materiaalien kanssa]. Tällä hetkellä kollageenia on käytetty laajalti biologisesti hajoavien ompeleiden, hemostaattisten aineiden ja haavasidosten, biologisten laastareiden, luiden korjausmateriaalien, hemodialyysikalvojen, hemostaattisten aineiden, lääkeaineen vapautuskantajien valmistuksessa sekä kudostekniikan telineinä, erilaisissa oftalmisissa hoitolaitteissa ja muissa laitteissa näkökohtia. Ottaen huomioon kliinisten ongelmien monimutkaisuus ja tuotepäivitysten tarve kollageenin sovellustutkimuksessa on kuitenkin vielä ratkaistava monia ongelmia, kuten heterologisen kollageenin mahdollinen immuunivaste, jäännössilloitusten mahdollinen sytotoksisuus aine ja implantointi. Kollageenin kaltaisten tuotteiden mekaaninen lujuus ja hajoamisen hallittavuus.

(3) Polysakkaridimateriaalit

Polysakkaridimateriaalit ovat pääosin peräisin tärkkelyksestä, hyaluronihaposta, hepariinista, kitiinistä ja muista aineosista, ja niiden biologinen yhteensopivuus ja biohajoavuus ovat erittäin ihanteellisia. Luonnossa kitiini sisältää runsaasti sisältöä ja on suuri ryhmä tärkeitä polysakkarideja selluloosaa lukuun ottamatta. Se ei ole myrkyllistä eikä sillä ole sivuvaikutuksia. Sillä on hyvä affiniteetti ihmissoluihin, se ei aiheuta hylkimistä ja sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja hajoavuus. Lisäksi sillä on myös antibakteerisen, antiviraalisen, kasvainten vastaiset ominaisuudet, mikä edistää haavan paranemista ja vahvaa adsorptiokykyä. Koska kitiini sisältää monia polaarisia ryhmiä, kuten vetysidoksia, ja sillä on korkea kiteisyys, se on liukenematon happoon ja emäteen ja liukenematon veteen, joten kehon on vaikea käyttää sitä. Kitiini voidaan kuitenkin liuottaa laimeaan happoon ja kehon nesteisiin sen jälkeen, kun se on deasetyloitu kitosaaniksi, ja ihmiskeho voi käyttää sitä. Kitiinillä ja kitosaanilla on korkea kemiallinen reaktiivisuus, ja niiden johdannaisia ​​amidoinnin, karboksylaation, syanoinnin, happamoitumisen ja muiden modifikaatioiden jälkeen käytetään laajalti lääketieteen alalla, kuten hemostaattiset aineet, flokkulantit, imeytyvät kirurgiset ompeleet, tekonahka, haavasidokset, hitaasti vapautuvat syöpälääkkeiden tai kemoterapeuttisten aineiden aineet, immobilisoidut entsyymikantajat, erotuskalvomateriaalit jne.

(4) Silkki-fibroiini

Silkkifibroiini on pääosin peräisin silkistä ja sisältää sisällä hyvin rikkaita aminohappoja, joten sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja sen on osoitettu olevan allergiaa aiheuttamaton tai syöpää aiheuttava, erinomaisella läpinäkyvyydellä ja ilmanläpäisevyydellä sekä hyvällä kalvon muodostavalla vaikutuksella. Silkkifibroiinin molekyylirakenteesta johtuen silkkifibroiinin hydrofiilisyys ja mekaaniset ominaisuudet kalvon muodostumisen jälkeen eivät ole hyviä. Sekoitemodifikaatiomenetelmän avulla vetysidokset ja muut sekoitettujen makromolekyylien ja silkki-fibroiinin väliin muodostuvat voimat indusoivat silkki-fibroiinimolekyylejä rakenteen muuttamiseksi, mikä voi tehokkaasti parantaa silkkikoomamateriaalien mekaanisia ominaisuuksia, termisiä ominaisuuksia ja vesiliukoisuutta. Tällä hetkellä biolääketieteen alalla sitä käytetään laajalti haavan päällystemateriaaleissa, keinotekoisessa ihossa, keinotekoisissa jännesiteissä, piilolinsseissä, lääkeaineiden kantajissa, keinotekoisissa verisuonten kantajissa ja muilla aloilla.

2. Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi

Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi viittaa tiettyjen orgaanisten aineiden (kuten glukoosin tai tärkkelyksen) käyttöön ruoan lähteenä hiilen lähde-orgaanisen aineen syntetisoimiseksi polyesteriksi, jolla on erilaistuvat ominaisuudet joukossa monimutkaisia ​​reaktioita, kuten mikro-organismien käyminen Tai polysakkaridipolymeerit. Tällä hetkellä kliinisessä käytännössä laajalti käytetty mikrobien synteettinen polymeeri biohajoava materiaali sisältää pääasiassa kahta tyyppiä: biopolyesteri (PHA) ja polyhydroksibutyyliesteri (PHB). Otetaan esimerkiksi PHB. PHB on mikrobisolujen syntetisoima korkeamolekyylinen polymeeri. Sen rakenne ja suorituskyky eroavat luonnollisista makromolekyylin hajoavista materiaaleista, mutta muistuttavat enemmän alifaattisia polyesteripolymeerejä, luonnollisen ja kemiallisen synteesin kanssa hajoavat. Polymeerin etu, hajoamistuotteet erittyvät lopulta hiilidioksidiksi ja vedeksi aineenvaihdunnan kautta ilman myrkyllisiä aineita, jotka voidaan tuottaa synteesillä kemiallisia raaka-aineita. Lisäksi Tang Suyang ja muut tutkimukset ovat osoittaneet, että PHB: llä on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Tällä hetkellä sitä on käytetty laajalti imeytyvissä kirurgisissa ompeleissa, ortopedisissa materiaaleissa ja lääkkeenhallintajärjestelmissä.

3. Hajoavien polymeerimateriaalien kemiallinen synteesi

Luonnollisiin polymeereihin verrattuna biohajoavat polymeerimateriaalit, jotka on syntetisoitu kemiallisilla menetelmillä, voidaan valita todellisten sovellusten tarpeiden mukaan, valitsemalla sopivat monomeerit tai säätämällä reaktio-olosuhteita synteesiprosessissa tai suorittamalla yksinkertaisia ​​ja edullisia fysikaalisia tai kemiallisia modifikaatioita. jne., suunnitella ja säätää sen rakenne ja suorituskyky kohdemateriaalin syntetisoinnin tarkoituksen saavuttamiseksi. Esimerkiksi kemiallisten kontrollimenetelmien avulla polymeerimateriaalien lujuutta, hajoamisnopeutta, mikrohuokoista rakennetta ja läpäisevyyttä voidaan parantaa käyttöalueen laajentamiseksi. Tällä hetkellä kehitetyissä ja tutkituissa kemiallisesti syntetisoiduissa biohajoavissa polymeereissä pääketju sisältää yleensä hydrolysoituvia esteriryhmiä, amidoryhmiä tai urearyhmiä. Seuraava on nykyisessä kliinisessä lääketieteellisessä käytännössä eniten tutkittu ja eniten käytetty kemiallisesti syntetisoitujen hajoavien polymeerimateriaalien tyyppi - alifaattiset polyesterimateriaalit, kuten polyglykolidi (PGA), polymaitohappo (PLA) ja polymaitohappo-glykolihappokopolymeeri (PLGA). ), polykaprolaktonia (PCL) jne.

(1) Polyglykolidi (PGA)

PGA on lineaarinen alifaattinen polyesteri, jolla on yksinkertaisin rakenne. Se käyttää glykolihappoa peruslähteenä ja sillä on laaja valikoima raaka-aineita, pääasiassa sokerijuurikkaita, kypsymättömiä rypälemehuja ja sokeriruokoisia. Olemassa olevien biohajoavien polymeerien joukossa PGA: n hajoamisnopeus on suhteellisen nopea, varsinkin vahvuus hajoaa nopeasti lyhyessä ajassa. PGA on ensimmäinen biologisesti hajoava polymeerimateriaali, jota levitetään kirurgisten ompeleiden imemiseen. Sen hajoamistuotteen glykolihapon metaboliitit voidaan lopulta erittää kokonaan kehosta aiheuttamatta haittaa ihmiskeholle. Jotkut kirjallisuudet osoittavat, että sen jälkeen kun PGA-ompeleita on jätetty kehoon 2 viikkoon, vetolujuus voidaan vähentää puoleen ja keho voi saavuttaa täydellisen hajoamisen ja imeytymisen noin 4 kuukaudessa. Glykolihapolla valmistetun PGA-materiaalin molekyylipaino on yli 10000 ja sitä voidaan käyttää kirurgisiin ompeleisiin. Suuren kiteisyytensä (46% - 50%) vuoksi sillä on kuitenkin haittoja: vaikea käsittely, alhainen lujuus ja nopea hajoamisnopeus, mutta se ei voi täyttää implantoitavien materiaalien suorituskykyvaatimuksia. Siksi ihmiset muokkaavat sitä erilaisilla menetelmillä optimoidakseen sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet laajentaakseen sen käyttöaluetta. Esimerkiksi modifioimalla kopolymerointi kopolymeerin muodostamiseksi, joka integroi molempien ominaisuudet parantamaan PGA: n hajoavuutta, biologista yhteensopivuutta, mekaanisia ominaisuuksia jne .; tai toteuttaa sekoitusmuunnos sekoituksen muodostamiseksi lisäämällä omia polymeerikuituja tai lisäaineita jne., PGA: n lujuuden ja muiden ominaisuuksien parantamiseksi. Tällä hetkellä modifioitua PGA: ta on käytetty laajalti imeytyvissä ompeleissa, kudostekniikassa, lääkeaineiden hallintajärjestelmissä, imeytyvissä luukynnissä, luulevyissä ja kirurgisissa korjausmateriaaleissa.

(2) polymaitohappo (PLA)

Vuonna 1966 Kulkarni et ai. havaittiin, että pienen molekyylipainon ja suuren molekyylipainon PLA: lla on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Lopulliset hajoamistuotteet ovat H2O ja CO2. Maitohappotuote on myös normaali sokerimetaboliitti elimistössä, mikä ei aiheuta haitallisia vaikutuksia organismille. Tämä johti PLA: n tutkimukseen ja soveltamiseen biolääketieteellisenä materiaalina [29-30]. Vuonna 1997 FDA hyväksyi PLA: n kliiniseen käyttöön farmaseuttisina täyteaineina ja lääketieteellisinä ompeleina. PLA on maitohappomonomeerin homopolymeeri. Koska laktidi (LA) on kiraalinen molekyyli, on olemassa kahdenlaisia ​​optisesti aktiivisia aineita, joten PLA: ssa on myös L-polymaitohappoa (PLLA), oikeakätistä polymaitohappoa (PDLA), rasemisoitavaa polymaitohappoa (PDLLA). mittasuhteet. Niistä PLLA ja PDLA ovat puolikiteisiä polymeerejä, joilla on suuri vetolujuus ja hidas hajoamisnopeus. Ne ovat ihanteellisia materiaaleja kirurgisiin muovimateriaaleihin, kirurgisiin ompeleisiin ja implanttimateriaaleihin; kun taas PDLLA on amorfinen kopolymeeri, jolla on alhainen lujuus ja hajoamisnopeus. Nopea, käytetään usein lääkeaineen jakelun kantajissa ja matalan lujuuden kudosten regenerointitelineissä. PLA&# 39: n hajoamisnopeutta on kuitenkin vaikea hallita, hauras ja heikko iskunkestävyys, mikä rajoittaa vakavasti sen käyttöaluetta. Viime vuosina ihmiset ovat käyttäneet erilaisia ​​modifikaatiomenetelmiä, kuten kopolymerointimodifikaatiota, itsevahvistetun polymaitohapon valmistusta tai komposiittimateriaalien muodostamista muiden aineiden kanssa PLA: n hajoamisnopeuden hallitsemiseksi ja joustavuuden parantamiseksi, jotta sen käyttöä laajennettaisiin jatkuvasti. kentät. Esimerkiksi polymaitohappo on hydrofobinen polymeeri, joka rajoittaa sen käyttöä lääkeaineiden kantajissa. Siksi ihmiset parantavat sen hydrofiilisyyttä kopolymeroimalla polymaitohappo hydrofiilisten aineiden (kuten polyetyleeniglykolin, polyglykolihapon, polyeteenioksidin jne.) Kanssa. Tällä hetkellä PLA / PLGA-implantteja on käytetty laajalti tuumorilääkkeiden, polypeptidien, proteiinilääkkeiden ja kiinalaisten lääkkeiden hitaasti ja hallitusti vapauttavina kantajina. Lisäksi PLA: ta ja modifioitua PLA: ta käytetään laajalti oftalmologisissa materiaaleissa, kirurgisissa ompeleissa, murtumien sisäisissä kiinnitysmateriaaleissa ja kudostekniikan korjauksissa.

(3) Polykaprolaktoni (PCL)

PCL on puolikiteinen lineaarinen polyesteri, jolla on matala sulamispiste ja lasittumislämpötila, erittäin alhainen vetolujuus (23 MPa), suuri murtovenymä (700%) ja se liukenee helposti moniin orgaanisiin liuottimiin. Kopolymeroituna useiden polymeerien kanssa, sillä on hyvä termoplastisuus ja muovausprosessoitavuus; lisäksi PCL-raaka-aineita on helposti saatavilla, hajoamisnopeus on hidas ja sillä on erinomainen lääkeaineiden läpäisevyys ja biologinen yhteensopivuus. Siksi sitä käytetään laajalti kirurgisina ompeleina, sisäisen luusiirteen kiinnityslaitteina, lääketieteellisinä laitteina ja biohajoavina kontrolloidusti vapauttavina kantajina. Lisäksi muokkaamalla PLA: ta sen hydrofiilisyyden ja hajoamisnopeuden parantamiseksi sen käyttöaluetta voidaan edelleen laajentaa, kuten elinten korjausmateriaalit, tekonahka, kirurgiset tarttumisenestokalvot sekä kudos- ja solutekniikka.

3. Päätelmä

Biohajoavilla materiaaleilla on hyvät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, biologiset ominaisuudet ja biomekaaniset ominaisuudet, ja niitä voidaan säätää ja käsitellä todellisten olosuhteiden mukaan, mikä vastaa eniten biolääketieteen toiminnallisia tarpeita ja tekee niistä hyödyllisiä monilla biolääketieteen aloilla. Laajasti käytetty tässä vaiheessa biohajoavien materiaalien tutkimuskohde biolääketieteen alalla on alkanut siirtyä ompelusta ja kiinnittämisestä monimutkaisemmille aloille, kuten kudostekniikan telineisiin. Käytännön sovelluksissa biohajoavien materiaalien korkeilla kustannuksilla on kuitenkin tietty vaikutus niiden ruohonjuuritason edistämiseen. Erityisesti eri kohteille sopivan hajoamisnopeuden säätämisen ongelma on ratkaistava kiireellisesti. Esimerkiksi kuinka säätää PCL: n hajoamisnopeus vastaamaan lyhytaikaisten lääkeaineiden kantajien tarpeita ja kuinka säätää PLA: n hajoamisnopeus luukudostekniikan tarpeisiin. Mutta yleensä uskotaan, että liittyvien tieteenalojen ja tekniikoiden jatkuvan kehityksen ja edistymisen myötä biohajoavien materiaalien hajoamisnopeuden hallintaan ja materiaalikustannuksiin liittyvät ongelmat ratkaistaan ​​vähitellen. Biohajoavien materiaalien tutkimus ja kehittäminen biolääketieteen alalla Myös sovellusta kehitetään edelleen.

1. Biohajoavien materiaalien hajoamisperiaate

Biohajoavat materiaalit ovat vuorovaikutuksessa useiden tekijöiden, kuten kehon nesteiden, orgaanisten makromolekyylien, entsyymien, vapaiden radikaalien, solujen jne., Biologisen ympäristön kanssa ja hajoavat vähitellen pienimolekyylisiksi yhdisteiksi useiden reaktioiden, kuten hydrolyysin, entsyymolyysin ja hapettumisen, kautta. monomeeri. Imeytymisen, ruuansulatuksen ja aineenvaihdunnan reaktioiden jälkeen hajoamistuotteet erittyvät kehosta tai osallistuvat kehon normaaliin aineenvaihduntaan, jonka keho absorboi hajoamisprosessin loppuun saattamiseksi. Jos kehon neste tulee biologiseen materiaaliin kudoksesta tai tietty biologisen materiaalin komponentti liukenee kehon nesteeseen, materiaali laajenee tilavuuden kasvun vuoksi ja erittää sen omaa ainetta. Tämä prosessi tuhoaa materiaalin vetysidoksen ja van der Waalsin voiman. , Aiheuttaa halkeamia tai tyhjiä materiaaleja, ja lopulta materiaali hajoaa vähitellen biologisessa ympäristössä. Kliinisessä käytännössä ihmiset toivovat, että istutetut biohajoavat materiaalit täydentävät myös erilaistumis- ja hajoamisreaktiot biologisen kudoshoidon aikana saman menettelyn mukaisesti, jotta vältetään kehon&# 39: n tulehdus tai stressivaste implantoidusta materiaaleja. Tiedämme, että ihokudoksen hoitoaika on yleensä 3-10 päivää, viskeraalisen kudoksen hoitoaika on yleensä 1-2 kuukautta ja suurten elinkudosten hoitoaika kestää usein 6 kuukautta tai enemmän. Kun biohajoavat biomateriaalit on istutettu ihmiskehoon, niiden hajoamisteholla ja hajoamistuotteilla on suuri vaikutus biologiseen ympäristöön, aineellisiin reaktioihin ja ihmiskehon reaktioihin. Hajoamistuotteiden hidas hajoamisnopeus tai pitkä viipymäaika voi helposti aiheuttaa tulehdusta ihmisen kudoksissa. , Tromboosi ja muut haittavaikutukset. Tutkimukset [6] ovat osoittaneet, että useimpien biohajoavien materiaalien hajoamisprosessi ja edistyminen ovat ristiriidassa parhaiden odotettujen tulosten kanssa. Siksi biohajoavien materiaalien tutkimuksessa ja kliinisessä sovelluksessa biohajoavien materiaalien hajoamiseen liittyviä kysymyksiä on käsiteltävä varoen, etenkin hajoamisnopeutta ja hajoamistuotteita.

2. Biohajoavien materiaalien perusluokitus ja käyttö

Biohajoavia materiaaleja käytetään ihmiskehossa, ja niiden on täytettävä tiukat ehdot itse materiaalista ja sen vaikutuksista ihmiskehoon: helppo käsitellä, alhainen hinta, helppo steriloida, selvä hajoamisaika, biologinen stabiilisuus ja mekaaniset ominaisuudet implantointikohdan tarpeet, hyvä histos yhteensopivuus, veren yhteensopivuus ja mekaaninen yhteensopivuus, ei pyrogeenireaktiota, geneettinen toksisuus, teratogeenisuus ja karsinogeenisuus, ei ärsytystä ja herkistymistä.

Tällä hetkellä biohajoavat materiaalit voidaan luokitella eri prosessien ja lähteiden mukaan, mukaan lukien luonnolliset polymeerin hajoavat materiaalit, mikrobien synteettiset hajoavat polymeerimateriaalit ja kemiallisesti syntetisoidut hajoavat polymeerimateriaalit [3,9]. Erityinen luokitus ja käyttö on esitetty yhteenvetona seuraavasti:

1. Luonnolliset polymeeri biohajoavat materiaalit

Tällä hetkellä biolääketieteen alalla yleisimmin käytettyjä luonnollisia polymeerejä sisältäviä biohajoavia materiaaleja ovat pääasiassa gelatiini, kollageeni, polysakkaridit ja silkkifibroiini.

(1) Gelatiinimateriaali

Liivate on pääosin peräisin nisäkkään ihosta, luusta, jänteestä, hännästä ja muista kudoksista. Sen merkittävin piirre on vesiliukoinen polymeeri, joka laajenee ja pehmenee hitaasti veden imemisen jälkeen ja jolla on biologista yhteensopivuutta, geeliytymistä ja biohajoavuutta. Hyödyntämällä gelatiinin ominaisuuksia, helppo muodostaa, hajoava entsyymien avulla ja helposti imeytyvä ihmiskehossa, sitä voidaan käyttää hitaasti vapautuvana materiaalina lääkeaineiden kantajissa, apuaineissa tai hitaasti vapautuvissa kuorissa; hyvän ilmanläpäisevyyden ja vedenläpäisevyyden vuoksi haavasidoksena ja keinotekoisena ihomateriaalina se voi estää nestettä haavasta tai toissijaisten infektio-oireiden esiintymisen; lisäksi plasman gelatiinikorvikkeet ovat hajoavia, myrkyttömiä ja ei-immunogeenisiä jne. Kliininen etu.

(2) Kollageeni

Kollageeni on sidekudoksen pääkomponentti, jonka osuus eläinten proteiinipitoisuudesta on noin 1/3. Sitä esiintyy pääasiassa eläinten kudoksissa, ihossa, nivelsiteissä ja rustossa. Sen tehtävänä on tukea vartaloelimiä, ylläpitää mekaanista vakautta, kimmoisuutta ja voimaa. Luonnollisena biologisena resurssina sillä on hyvän biologisen yhteensopivuuden, heikon immunogeenisuuden ja biohajoavuuden ominaisuudet; kliininen käyttö on osoittanut, että kollageeni voi merkittävästi edistää viallisten kudosten korjaamista, uudistumista ja jälleenrakentamista; mutta siitä puuttuu riittävä mekaaninen lujuus voidaan parantaa silloittamalla modifikaatiota tai yhdistelmäkäyttöä muiden biologisten materiaalien kanssa]. Tällä hetkellä kollageenia on käytetty laajalti biologisesti hajoavien ompeleiden, hemostaattisten aineiden ja haavasidosten, biologisten laastareiden, luiden korjausmateriaalien, hemodialyysikalvojen, hemostaattisten aineiden, lääkeaineen vapautuskantajien valmistuksessa sekä kudostekniikan telineinä, erilaisissa oftalmisissa hoitolaitteissa ja muissa laitteissa näkökohtia. Ottaen huomioon kliinisten ongelmien monimutkaisuus ja tuotepäivitysten tarve kollageenin sovellustutkimuksessa on kuitenkin vielä ratkaistava monia ongelmia, kuten heterologisen kollageenin mahdollinen immuunivaste, jäännössilloitusten mahdollinen sytotoksisuus aine ja implantointi. Kollageenin kaltaisten tuotteiden mekaaninen lujuus ja hajoamisen hallittavuus.

(3) Polysakkaridimateriaalit

Polysakkaridimateriaalit ovat pääosin peräisin tärkkelyksestä, hyaluronihaposta, hepariinista, kitiinistä ja muista aineosista, ja niiden biologinen yhteensopivuus ja biohajoavuus ovat erittäin ihanteellisia. Luonnossa kitiini sisältää runsaasti sisältöä ja on suuri ryhmä tärkeitä polysakkarideja selluloosaa lukuun ottamatta. Se ei ole myrkyllistä eikä sillä ole sivuvaikutuksia. Sillä on hyvä affiniteetti ihmissoluihin, se ei aiheuta hylkimistä ja sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja hajoavuus. Lisäksi sillä on myös antibakteerisen, antiviraalisen, kasvainten vastaiset ominaisuudet, mikä edistää haavan paranemista ja vahvaa adsorptiokykyä. Koska kitiini sisältää monia polaarisia ryhmiä, kuten vetysidoksia, ja sillä on korkea kiteisyys, se on liukenematon happoon ja emäteen ja liukenematon veteen, joten kehon on vaikea käyttää sitä. Kitiini voidaan kuitenkin liuottaa laimeaan happoon ja kehon nesteisiin sen jälkeen, kun se on deasetyloitu kitosaaniksi, ja ihmiskeho voi käyttää sitä. Kitiinillä ja kitosaanilla on korkea kemiallinen reaktiivisuus, ja niiden johdannaisia ​​amidoinnin, karboksylaation, syanoinnin, happamoitumisen ja muiden modifikaatioiden jälkeen käytetään laajalti lääketieteen alalla, kuten hemostaattiset aineet, flokkulantit, imeytyvät kirurgiset ompeleet, tekonahka, haavasidokset, hitaasti vapautuvat syöpälääkkeiden tai kemoterapeuttisten aineiden aineet, immobilisoidut entsyymikantajat, erotuskalvomateriaalit jne.

(4) Silkki-fibroiini

Silkkifibroiini on pääosin peräisin silkistä ja sisältää sisällä hyvin rikkaita aminohappoja, joten sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja sen on osoitettu olevan allergiaa aiheuttamaton tai syöpää aiheuttava, erinomaisella läpinäkyvyydellä ja ilmanläpäisevyydellä sekä hyvällä kalvon muodostavalla vaikutuksella. Silkkifibroiinin molekyylirakenteesta johtuen silkkifibroiinin hydrofiilisyys ja mekaaniset ominaisuudet kalvon muodostumisen jälkeen eivät ole hyviä. Sekoitemodifikaatiomenetelmän avulla vetysidokset ja muut sekoitettujen makromolekyylien ja silkki-fibroiinin väliin muodostuvat voimat indusoivat silkki-fibroiinimolekyylejä rakenteen muuttamiseksi, mikä voi tehokkaasti parantaa silkkikoomamateriaalien mekaanisia ominaisuuksia, termisiä ominaisuuksia ja vesiliukoisuutta. Tällä hetkellä biolääketieteen alalla sitä käytetään laajalti haavan päällystemateriaaleissa, keinotekoisessa ihossa, keinotekoisissa jännesiteissä, piilolinsseissä, lääkeaineiden kantajissa, keinotekoisissa verisuonten kantajissa ja muilla aloilla.

2. Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi

Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi viittaa tiettyjen orgaanisten aineiden (kuten glukoosin tai tärkkelyksen) käyttöön ruoan lähteenä hiilen lähde-orgaanisen aineen syntetisoimiseksi polyesteriksi, jolla on erilaistuvat ominaisuudet joukossa monimutkaisia ​​reaktioita, kuten mikro-organismien käyminen Tai polysakkaridipolymeerit. Tällä hetkellä kliinisessä käytännössä laajalti käytetty mikrobien synteettinen polymeeri biohajoava materiaali sisältää pääasiassa kahta tyyppiä: biopolyesteri (PHA) ja polyhydroksibutyyliesteri (PHB). Otetaan esimerkiksi PHB. PHB on mikrobisolujen syntetisoima korkeamolekyylinen polymeeri. Sen rakenne ja suorituskyky eroavat luonnollisista makromolekyylin hajoavista materiaaleista, mutta muistuttavat enemmän alifaattisia polyesteripolymeerejä, luonnollisen ja kemiallisen synteesin kanssa hajoavat. Polymeerin etu, hajoamistuotteet erittyvät lopulta hiilidioksidiksi ja vedeksi aineenvaihdunnan kautta ilman myrkyllisiä aineita, jotka voidaan tuottaa synteesillä kemiallisia raaka-aineita. Lisäksi Tang Suyang ja muut tutkimukset ovat osoittaneet, että PHB: llä on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Tällä hetkellä sitä on käytetty laajalti imeytyvissä kirurgisissa ompeleissa, ortopedisissa materiaaleissa ja lääkkeenhallintajärjestelmissä.

3. Hajoavien polymeerimateriaalien kemiallinen synteesi

Luonnollisiin polymeereihin verrattuna biohajoavat polymeerimateriaalit, jotka on syntetisoitu kemiallisilla menetelmillä, voidaan valita todellisten sovellusten tarpeiden mukaan, valitsemalla sopivat monomeerit tai säätämällä reaktio-olosuhteita synteesiprosessissa tai suorittamalla yksinkertaisia ​​ja edullisia fysikaalisia tai kemiallisia modifikaatioita. jne., suunnitella ja säätää sen rakenne ja suorituskyky kohdemateriaalin syntetisoinnin tarkoituksen saavuttamiseksi. Esimerkiksi kemiallisten kontrollimenetelmien avulla polymeerimateriaalien lujuutta, hajoamisnopeutta, mikrohuokoista rakennetta ja läpäisevyyttä voidaan parantaa käyttöalueen laajentamiseksi. Tällä hetkellä kehitetyissä ja tutkituissa kemiallisesti syntetisoiduissa biohajoavissa polymeereissä pääketju sisältää yleensä hydrolysoituvia esteriryhmiä, amidoryhmiä tai urearyhmiä. Seuraava on nykyisessä kliinisessä lääketieteellisessä käytännössä eniten tutkittu ja eniten käytetty kemiallisesti syntetisoitujen hajoavien polymeerimateriaalien tyyppi - alifaattiset polyesterimateriaalit, kuten polyglykolidi (PGA), polymaitohappo (PLA) ja polymaitohappo-glykolihappokopolymeeri (PLGA). ), polykaprolaktonia (PCL) jne.

(1) Polyglykolidi (PGA)

PGA on lineaarinen alifaattinen polyesteri, jolla on yksinkertaisin rakenne. Se käyttää glykolihappoa peruslähteenä ja sillä on laaja valikoima raaka-aineita, pääasiassa sokerijuurikkaita, kypsymättömiä rypälemehuja ja sokeriruokoisia. Olemassa olevien biohajoavien polymeerien joukossa PGA: n hajoamisnopeus on suhteellisen nopea, varsinkin vahvuus hajoaa nopeasti lyhyessä ajassa. PGA on ensimmäinen biologisesti hajoava polymeerimateriaali, jota levitetään kirurgisten ompeleiden imemiseen. Sen hajoamistuotteen glykolihapon metaboliitit voidaan lopulta erittää kokonaan kehosta aiheuttamatta haittaa ihmiskeholle. Jotkut kirjallisuudet osoittavat, että sen jälkeen kun PGA-ompeleita on jätetty kehoon 2 viikkoon, vetolujuus voidaan vähentää puoleen ja keho voi saavuttaa täydellisen hajoamisen ja imeytymisen noin 4 kuukaudessa. Glykolihapolla valmistetun PGA-materiaalin molekyylipaino on yli 10000 ja sitä voidaan käyttää kirurgisiin ompeleisiin. Suuren kiteisyytensä (46% - 50%) vuoksi sillä on kuitenkin haittoja: vaikea käsittely, alhainen lujuus ja nopea hajoamisnopeus, mutta se ei voi täyttää implantoitavien materiaalien suorituskykyvaatimuksia. Siksi ihmiset muokkaavat sitä erilaisilla menetelmillä optimoidakseen sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet laajentaakseen sen käyttöaluetta. Esimerkiksi modifioimalla kopolymerointi kopolymeerin muodostamiseksi, joka integroi molempien ominaisuudet parantamaan PGA: n hajoavuutta, biologista yhteensopivuutta, mekaanisia ominaisuuksia jne .; tai toteuttaa sekoitusmuunnos sekoituksen muodostamiseksi lisäämällä omia polymeerikuituja tai lisäaineita jne., PGA: n lujuuden ja muiden ominaisuuksien parantamiseksi. Tällä hetkellä modifioitua PGA: ta on käytetty laajalti imeytyvissä ompeleissa, kudostekniikassa, lääkeaineiden hallintajärjestelmissä, imeytyvissä luukynnissä, luulevyissä ja kirurgisissa korjausmateriaaleissa.

(2) polymaitohappo (PLA)

Vuonna 1966 Kulkarni et ai. havaittiin, että pienen molekyylipainon ja suuren molekyylipainon PLA: lla on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Lopulliset hajoamistuotteet ovat H2O ja CO2. Maitohappotuote on myös normaali sokerimetaboliitti elimistössä, mikä ei aiheuta haitallisia vaikutuksia organismille. Tämä johti PLA: n tutkimukseen ja soveltamiseen biolääketieteellisenä materiaalina [29-30]. Vuonna 1997 FDA hyväksyi PLA: n kliiniseen käyttöön farmaseuttisina täyteaineina ja lääketieteellisinä ompeleina. PLA on maitohappomonomeerin homopolymeeri. Koska laktidi (LA) on kiraalinen molekyyli, on olemassa kahdenlaisia ​​optisesti aktiivisia aineita, joten PLA: ssa on myös L-polymaitohappoa (PLLA), oikeakätistä polymaitohappoa (PDLA), rasemisoitavaa polymaitohappoa (PDLLA). mittasuhteet. Niistä PLLA ja PDLA ovat puolikiteisiä polymeerejä, joilla on suuri vetolujuus ja hidas hajoamisnopeus. Ne ovat ihanteellisia materiaaleja kirurgisiin muovimateriaaleihin, kirurgisiin ompeleisiin ja implanttimateriaaleihin; kun taas PDLLA on amorfinen kopolymeeri, jolla on alhainen lujuus ja hajoamisnopeus. Nopea, käytetään usein lääkeaineen jakelun kantajissa ja matalan lujuuden kudosten regenerointitelineissä. PLA&# 39: n hajoamisnopeutta on kuitenkin vaikea hallita, hauras ja heikko iskunkestävyys, mikä rajoittaa vakavasti sen käyttöaluetta. Viime vuosina ihmiset ovat käyttäneet erilaisia ​​modifikaatiomenetelmiä, kuten kopolymerointimodifikaatiota, itsevahvistetun polymaitohapon valmistusta tai komposiittimateriaalien muodostamista muiden aineiden kanssa PLA: n hajoamisnopeuden hallitsemiseksi ja joustavuuden parantamiseksi, jotta sen käyttöä laajennettaisiin jatkuvasti. kentät. Esimerkiksi polymaitohappo on hydrofobinen polymeeri, joka rajoittaa sen käyttöä lääkeaineiden kantajissa. Siksi ihmiset parantavat sen hydrofiilisyyttä kopolymeroimalla polymaitohappo hydrofiilisten aineiden (kuten polyetyleeniglykolin, polyglykolihapon, polyeteenioksidin jne.) Kanssa. Tällä hetkellä PLA / PLGA-implantteja on käytetty laajalti tuumorilääkkeiden, polypeptidien, proteiinilääkkeiden ja kiinalaisten lääkkeiden hitaasti ja hallitusti vapauttavina kantajina. Lisäksi PLA: ta ja modifioitua PLA: ta käytetään laajalti oftalmologisissa materiaaleissa, kirurgisissa ompeleissa, murtumien sisäisissä kiinnitysmateriaaleissa ja kudostekniikan korjauksissa.

(3) Polykaprolaktoni (PCL)

PCL on puolikiteinen lineaarinen polyesteri, jolla on matala sulamispiste ja lasittumislämpötila, erittäin alhainen vetolujuus (23 MPa), suuri murtovenymä (700%) ja se liukenee helposti moniin orgaanisiin liuottimiin. Kopolymeroituna useiden polymeerien kanssa, sillä on hyvä termoplastisuus ja muovausprosessoitavuus; lisäksi PCL-raaka-aineita on helposti saatavilla, hajoamisnopeus on hidas ja sillä on erinomainen lääkeaineiden läpäisevyys ja biologinen yhteensopivuus. Siksi sitä käytetään laajalti kirurgisina ompeleina, sisäisen luusiirteen kiinnityslaitteina, lääketieteellisinä laitteina ja biohajoavina kontrolloidusti vapauttavina kantajina. Lisäksi muokkaamalla PLA: ta sen hydrofiilisyyden ja hajoamisnopeuden parantamiseksi sen käyttöaluetta voidaan edelleen laajentaa, kuten elinten korjausmateriaalit, tekonahka, kirurgiset tarttumisenestokalvot sekä kudos- ja solutekniikka.

3. Päätelmä

Biohajoavilla materiaaleilla on hyvät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, biologiset ominaisuudet ja biomekaaniset ominaisuudet, ja niitä voidaan säätää ja käsitellä todellisten olosuhteiden mukaan, mikä vastaa eniten biolääketieteen toiminnallisia tarpeita ja tekee niistä hyödyllisiä monilla biolääketieteen aloilla. Laajasti käytetty tässä vaiheessa biohajoavien materiaalien tutkimuskohde biolääketieteen alalla on alkanut siirtyä ompelusta ja kiinnittämisestä monimutkaisemmille aloille, kuten kudostekniikan telineisiin. Käytännön sovelluksissa biohajoavien materiaalien korkeilla kustannuksilla on kuitenkin tietty vaikutus niiden ruohonjuuritason edistämiseen. Erityisesti eri kohteille sopivan hajoamisnopeuden säätämisen ongelma on ratkaistava kiireellisesti. Esimerkiksi kuinka säätää PCL: n hajoamisnopeus vastaamaan lyhytaikaisten lääkeaineiden kantajien tarpeita ja kuinka säätää PLA: n hajoamisnopeus luukudostekniikan tarpeisiin. Mutta yleensä uskotaan, että liittyvien tieteenalojen ja tekniikoiden jatkuvan kehityksen ja edistymisen myötä biohajoavien materiaalien hajoamisnopeuden hallintaan ja materiaalikustannuksiin liittyvät ongelmat ratkaistaan ​​vähitellen. Biohajoavien materiaalien tutkimus ja kehittäminen biolääketieteen alalla Myös sovellusta kehitetään edelleen.

1. Biohajoavien materiaalien hajoamisperiaate

Biohajoavat materiaalit ovat vuorovaikutuksessa useiden tekijöiden, kuten kehon nesteiden, orgaanisten makromolekyylien, entsyymien, vapaiden radikaalien, solujen jne., Biologisen ympäristön kanssa ja hajoavat vähitellen pienimolekyylisiksi yhdisteiksi useiden reaktioiden, kuten hydrolyysin, entsyymolyysin ja hapettumisen, kautta. monomeeri. Imeytymisen, ruuansulatuksen ja aineenvaihdunnan reaktioiden jälkeen hajoamistuotteet erittyvät kehosta tai osallistuvat kehon normaaliin aineenvaihduntaan, jonka keho absorboi hajoamisprosessin loppuun saattamiseksi. Jos kehon neste tulee biologiseen materiaaliin kudoksesta tai tietty biologisen materiaalin komponentti liukenee kehon nesteeseen, materiaali laajenee tilavuuden kasvun vuoksi ja erittää sen omaa ainetta. Tämä prosessi tuhoaa materiaalin vetysidoksen ja van der Waalsin voiman. , Aiheuttaa halkeamia tai tyhjiä materiaaleja, ja lopulta materiaali hajoaa vähitellen biologisessa ympäristössä. Kliinisessä käytännössä ihmiset toivovat, että istutetut biohajoavat materiaalit täydentävät myös erilaistumis- ja hajoamisreaktiot biologisen kudoshoidon aikana saman menettelyn mukaisesti, jotta vältetään kehon&# 39: n tulehdus tai stressivaste implantoidusta materiaaleja. Tiedämme, että ihokudoksen hoitoaika on yleensä 3-10 päivää, viskeraalisen kudoksen hoitoaika on yleensä 1-2 kuukautta ja suurten elinkudosten hoitoaika kestää usein 6 kuukautta tai enemmän. Kun biohajoavat biomateriaalit on istutettu ihmiskehoon, niiden hajoamisteholla ja hajoamistuotteilla on suuri vaikutus biologiseen ympäristöön, aineellisiin reaktioihin ja ihmiskehon reaktioihin. Hajoamistuotteiden hidas hajoamisnopeus tai pitkä viipymäaika voi helposti aiheuttaa tulehdusta ihmisen kudoksissa. , Tromboosi ja muut haittavaikutukset. Tutkimukset [6] ovat osoittaneet, että useimpien biohajoavien materiaalien hajoamisprosessi ja edistyminen ovat ristiriidassa parhaiden odotettujen tulosten kanssa. Siksi biohajoavien materiaalien tutkimuksessa ja kliinisessä sovelluksessa biohajoavien materiaalien hajoamiseen liittyviä kysymyksiä on käsiteltävä varoen, etenkin hajoamisnopeutta ja hajoamistuotteita.

2. Biohajoavien materiaalien perusluokitus ja käyttö

Biohajoavia materiaaleja käytetään ihmiskehossa, ja niiden on täytettävä tiukat ehdot itse materiaalista ja sen vaikutuksista ihmiskehoon: helppo käsitellä, alhainen hinta, helppo steriloida, selvä hajoamisaika, biologinen stabiilisuus ja mekaaniset ominaisuudet implantointikohdan tarpeet, hyvä histos yhteensopivuus, veren yhteensopivuus ja mekaaninen yhteensopivuus, ei pyrogeenireaktiota, geneettinen toksisuus, teratogeenisuus ja karsinogeenisuus, ei ärsytystä ja herkistymistä.

Tällä hetkellä biohajoavat materiaalit voidaan luokitella eri prosessien ja lähteiden mukaan, mukaan lukien luonnolliset polymeerin hajoavat materiaalit, mikrobien synteettiset hajoavat polymeerimateriaalit ja kemiallisesti syntetisoidut hajoavat polymeerimateriaalit [3,9]. Erityinen luokitus ja käyttö on esitetty yhteenvetona seuraavasti:

1. Luonnolliset polymeeri biohajoavat materiaalit

Tällä hetkellä biolääketieteen alalla yleisimmin käytettyjä luonnollisia polymeerejä sisältäviä biohajoavia materiaaleja ovat pääasiassa gelatiini, kollageeni, polysakkaridit ja silkkifibroiini.

(1) Gelatiinimateriaali

Liivate on pääosin peräisin nisäkkään ihosta, luusta, jänteestä, hännästä ja muista kudoksista. Sen merkittävin piirre on vesiliukoinen polymeeri, joka laajenee ja pehmenee hitaasti veden imemisen jälkeen ja jolla on biologista yhteensopivuutta, geeliytymistä ja biohajoavuutta. Hyödyntämällä gelatiinin ominaisuuksia, helppo muodostaa, hajoava entsyymien avulla ja helposti imeytyvä ihmiskehossa, sitä voidaan käyttää hitaasti vapautuvana materiaalina lääkeaineiden kantajissa, apuaineissa tai hitaasti vapautuvissa kuorissa; hyvän ilmanläpäisevyyden ja vedenläpäisevyyden vuoksi haavasidoksena ja keinotekoisena ihomateriaalina se voi estää nestettä haavasta tai toissijaisten infektio-oireiden esiintymisen; lisäksi plasman gelatiinikorvikkeet ovat hajoavia, myrkyttömiä ja ei-immunogeenisiä jne. Kliininen etu.

(2) Kollageeni

Kollageeni on sidekudoksen pääkomponentti, jonka osuus eläinten proteiinipitoisuudesta on noin 1/3. Sitä esiintyy pääasiassa eläinten kudoksissa, ihossa, nivelsiteissä ja rustossa. Sen tehtävänä on tukea vartaloelimiä, ylläpitää mekaanista vakautta, kimmoisuutta ja voimaa. Luonnollisena biologisena resurssina sillä on hyvän biologisen yhteensopivuuden, heikon immunogeenisuuden ja biohajoavuuden ominaisuudet; kliininen käyttö on osoittanut, että kollageeni voi merkittävästi edistää viallisten kudosten korjaamista, uudistumista ja jälleenrakentamista; mutta siitä puuttuu riittävä mekaaninen lujuus voidaan parantaa silloittamalla modifikaatiota tai yhdistelmäkäyttöä muiden biologisten materiaalien kanssa]. Tällä hetkellä kollageenia on käytetty laajalti biologisesti hajoavien ompeleiden, hemostaattisten aineiden ja haavasidosten, biologisten laastareiden, luiden korjausmateriaalien, hemodialyysikalvojen, hemostaattisten aineiden, lääkeaineen vapautuskantajien valmistuksessa sekä kudostekniikan telineinä, erilaisissa oftalmisissa hoitolaitteissa ja muissa laitteissa näkökohtia. Ottaen huomioon kliinisten ongelmien monimutkaisuus ja tuotepäivitysten tarve kollageenin sovellustutkimuksessa on kuitenkin vielä ratkaistava monia ongelmia, kuten heterologisen kollageenin mahdollinen immuunivaste, jäännössilloitusten mahdollinen sytotoksisuus aine ja implantointi. Kollageenin kaltaisten tuotteiden mekaaninen lujuus ja hajoamisen hallittavuus.

(3) Polysakkaridimateriaalit

Polysakkaridimateriaalit ovat pääosin peräisin tärkkelyksestä, hyaluronihaposta, hepariinista, kitiinistä ja muista aineosista, ja niiden biologinen yhteensopivuus ja biohajoavuus ovat erittäin ihanteellisia. Luonnossa kitiini sisältää runsaasti sisältöä ja on suuri ryhmä tärkeitä polysakkarideja selluloosaa lukuun ottamatta. Se ei ole myrkyllistä eikä sillä ole sivuvaikutuksia. Sillä on hyvä affiniteetti ihmissoluihin, se ei aiheuta hylkimistä ja sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja hajoavuus. Lisäksi sillä on myös antibakteerisen, antiviraalisen, kasvainten vastaiset ominaisuudet, mikä edistää haavan paranemista ja vahvaa adsorptiokykyä. Koska kitiini sisältää monia polaarisia ryhmiä, kuten vetysidoksia, ja sillä on korkea kiteisyys, se on liukenematon happoon ja emäteen ja liukenematon veteen, joten kehon on vaikea käyttää sitä. Kitiini voidaan kuitenkin liuottaa laimeaan happoon ja kehon nesteisiin sen jälkeen, kun se on deasetyloitu kitosaaniksi, ja ihmiskeho voi käyttää sitä. Kitiinillä ja kitosaanilla on korkea kemiallinen reaktiivisuus, ja niiden johdannaisia ​​amidoinnin, karboksylaation, syanoinnin, happamoitumisen ja muiden modifikaatioiden jälkeen käytetään laajalti lääketieteen alalla, kuten hemostaattiset aineet, flokkulantit, imeytyvät kirurgiset ompeleet, tekonahka, haavasidokset, hitaasti vapautuvat syöpälääkkeiden tai kemoterapeuttisten aineiden aineet, immobilisoidut entsyymikantajat, erotuskalvomateriaalit jne.

(4) Silkki-fibroiini

Silkkifibroiini on pääosin peräisin silkistä ja sisältää sisällä hyvin rikkaita aminohappoja, joten sillä on hyvä biologinen yhteensopivuus ja sen on osoitettu olevan allergiaa aiheuttamaton tai syöpää aiheuttava, erinomaisella läpinäkyvyydellä ja ilmanläpäisevyydellä sekä hyvällä kalvon muodostavalla vaikutuksella. Silkkifibroiinin molekyylirakenteesta johtuen silkkifibroiinin hydrofiilisyys ja mekaaniset ominaisuudet kalvon muodostumisen jälkeen eivät ole hyviä. Sekoitemodifikaatiomenetelmän avulla vetysidokset ja muut sekoitettujen makromolekyylien ja silkki-fibroiinin väliin muodostuvat voimat indusoivat silkki-fibroiinimolekyylejä rakenteen muuttamiseksi, mikä voi tehokkaasti parantaa silkkikoomamateriaalien mekaanisia ominaisuuksia, termisiä ominaisuuksia ja vesiliukoisuutta. Tällä hetkellä biolääketieteen alalla sitä käytetään laajalti haavan päällystemateriaaleissa, keinotekoisessa ihossa, keinotekoisissa jännesiteissä, piilolinsseissä, lääkeaineiden kantajissa, keinotekoisissa verisuonten kantajissa ja muilla aloilla.

2. Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi

Hajoavien polymeerimateriaalien mikrobisynteesi viittaa tiettyjen orgaanisten aineiden (kuten glukoosin tai tärkkelyksen) käyttöön ruoan lähteenä hiilen lähde-orgaanisen aineen syntetisoimiseksi polyesteriksi, jolla on erilaistuvat ominaisuudet joukossa monimutkaisia ​​reaktioita, kuten mikro-organismien käyminen Tai polysakkaridipolymeerit. Tällä hetkellä kliinisessä käytännössä laajalti käytetty mikrobien synteettinen polymeeri biohajoava materiaali sisältää pääasiassa kahta tyyppiä: biopolyesteri (PHA) ja polyhydroksibutyyliesteri (PHB). Otetaan esimerkiksi PHB. PHB on mikrobisolujen syntetisoima korkeamolekyylinen polymeeri. Sen rakenne ja suorituskyky eroavat luonnollisista makromolekyylin hajoavista materiaaleista, mutta muistuttavat enemmän alifaattisia polyesteripolymeerejä, luonnollisen ja kemiallisen synteesin kanssa hajoavat. Polymeerin etu, hajoamistuotteet erittyvät lopulta hiilidioksidiksi ja vedeksi aineenvaihdunnan kautta ilman myrkyllisiä aineita, jotka voidaan tuottaa synteesillä kemiallisia raaka-aineita. Lisäksi Tang Suyang ja muut tutkimukset ovat osoittaneet, että PHB: llä on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Tällä hetkellä sitä on käytetty laajalti imeytyvissä kirurgisissa ompeleissa, ortopedisissa materiaaleissa ja lääkkeenhallintajärjestelmissä.

3. Hajoavien polymeerimateriaalien kemiallinen synteesi

Luonnollisiin polymeereihin verrattuna biohajoavat polymeerimateriaalit, jotka on syntetisoitu kemiallisilla menetelmillä, voidaan valita todellisten sovellusten tarpeiden mukaan, valitsemalla sopivat monomeerit tai säätämällä reaktio-olosuhteita synteesiprosessissa tai suorittamalla yksinkertaisia ​​ja edullisia fysikaalisia tai kemiallisia modifikaatioita. jne., suunnitella ja säätää sen rakenne ja suorituskyky kohdemateriaalin syntetisoinnin tarkoituksen saavuttamiseksi. Esimerkiksi kemiallisten kontrollimenetelmien avulla polymeerimateriaalien lujuutta, hajoamisnopeutta, mikrohuokoista rakennetta ja läpäisevyyttä voidaan parantaa käyttöalueen laajentamiseksi. Tällä hetkellä kehitetyissä ja tutkituissa kemiallisesti syntetisoiduissa biohajoavissa polymeereissä pääketju sisältää yleensä hydrolysoituvia esteriryhmiä, amidoryhmiä tai urearyhmiä. Seuraava on nykyisessä kliinisessä lääketieteellisessä käytännössä eniten tutkittu ja eniten käytetty kemiallisesti syntetisoitujen hajoavien polymeerimateriaalien tyyppi - alifaattiset polyesterimateriaalit, kuten polyglykolidi (PGA), polymaitohappo (PLA) ja polymaitohappo-glykolihappokopolymeeri (PLGA). ), polykaprolaktonia (PCL) jne.

(1) Polyglykolidi (PGA)

PGA on lineaarinen alifaattinen polyesteri, jolla on yksinkertaisin rakenne. Se käyttää glykolihappoa peruslähteenä ja sillä on laaja valikoima raaka-aineita, pääasiassa sokerijuurikkaita, kypsymättömiä rypälemehuja ja sokeriruokoisia. Olemassa olevien biohajoavien polymeerien joukossa PGA: n hajoamisnopeus on suhteellisen nopea, varsinkin vahvuus hajoaa nopeasti lyhyessä ajassa. PGA on ensimmäinen biologisesti hajoava polymeerimateriaali, jota levitetään kirurgisten ompeleiden imemiseen. Sen hajoamistuotteen glykolihapon metaboliitit voidaan lopulta erittää kokonaan kehosta aiheuttamatta haittaa ihmiskeholle. Jotkut kirjallisuudet osoittavat, että sen jälkeen kun PGA-ompeleita on jätetty kehoon 2 viikkoon, vetolujuus voidaan vähentää puoleen ja keho voi saavuttaa täydellisen hajoamisen ja imeytymisen noin 4 kuukaudessa. Glykolihapolla valmistetun PGA-materiaalin molekyylipaino on yli 10000 ja sitä voidaan käyttää kirurgisiin ompeleisiin. Suuren kiteisyytensä (46% - 50%) vuoksi sillä on kuitenkin haittoja: vaikea käsittely, alhainen lujuus ja nopea hajoamisnopeus, mutta se ei voi täyttää implantoitavien materiaalien suorituskykyvaatimuksia. Siksi ihmiset muokkaavat sitä erilaisilla menetelmillä optimoidakseen sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet laajentaakseen sen käyttöaluetta. Esimerkiksi modifioimalla kopolymerointi kopolymeerin muodostamiseksi, joka integroi molempien ominaisuudet parantamaan PGA: n hajoavuutta, biologista yhteensopivuutta, mekaanisia ominaisuuksia jne .; tai toteuttaa sekoitusmuunnos sekoituksen muodostamiseksi lisäämällä omia polymeerikuituja tai lisäaineita jne., PGA: n lujuuden ja muiden ominaisuuksien parantamiseksi. Tällä hetkellä modifioitua PGA: ta on käytetty laajalti imeytyvissä ompeleissa, kudostekniikassa, lääkeaineiden hallintajärjestelmissä, imeytyvissä luukynnissä, luulevyissä ja kirurgisissa korjausmateriaaleissa.

(2) polymaitohappo (PLA)

Vuonna 1966 Kulkarni et ai. havaittiin, että pienen molekyylipainon ja suuren molekyylipainon PLA: lla on erinomainen biologinen yhteensopivuus. Lopulliset hajoamistuotteet ovat H2O ja CO2. Maitohappotuote on myös normaali sokerimetaboliitti elimistössä, mikä ei aiheuta haitallisia vaikutuksia organismille. Tämä johti PLA: n tutkimukseen ja soveltamiseen biolääketieteellisenä materiaalina [29-30]. Vuonna 1997 FDA hyväksyi PLA: n kliiniseen käyttöön farmaseuttisina täyteaineina ja lääketieteellisinä ompeleina. PLA on maitohappomonomeerin homopolymeeri. Koska laktidi (LA) on kiraalinen molekyyli, on olemassa kahdenlaisia ​​optisesti aktiivisia aineita, joten PLA: ssa on myös L-polymaitohappoa (PLLA), oikeakätistä polymaitohappoa (PDLA), rasemisoitavaa polymaitohappoa (PDLLA). mittasuhteet. Niistä PLLA ja PDLA ovat puolikiteisiä polymeerejä, joilla on suuri vetolujuus ja hidas hajoamisnopeus. Ne ovat ihanteellisia materiaaleja kirurgisiin muovimateriaaleihin, kirurgisiin ompeleisiin ja implanttimateriaaleihin; kun taas PDLLA on amorfinen kopolymeeri, jolla on alhainen lujuus ja hajoamisnopeus. Nopea, käytetään usein lääkeaineen jakelun kantajissa ja matalan lujuuden kudosten regenerointitelineissä. PLA&# 39: n hajoamisnopeutta on kuitenkin vaikea hallita, hauras ja heikko iskunkestävyys, mikä rajoittaa vakavasti sen käyttöaluetta. Viime vuosina ihmiset ovat käyttäneet erilaisia ​​modifikaatiomenetelmiä, kuten kopolymerointimodifikaatiota, itsevahvistetun polymaitohapon valmistusta tai komposiittimateriaalien muodostamista muiden aineiden kanssa PLA: n hajoamisnopeuden hallitsemiseksi ja joustavuuden parantamiseksi, jotta sen käyttöä laajennettaisiin jatkuvasti. kentät. Esimerkiksi polymaitohappo on hydrofobinen polymeeri, joka rajoittaa sen käyttöä lääkeaineiden kantajissa. Siksi ihmiset parantavat sen hydrofiilisyyttä kopolymeroimalla polymaitohappo hydrofiilisten aineiden (kuten polyetyleeniglykolin, polyglykolihapon, polyeteenioksidin jne.) Kanssa. Tällä hetkellä PLA / PLGA-implantteja on käytetty laajalti tuumorilääkkeiden, polypeptidien, proteiinilääkkeiden ja kiinalaisten lääkkeiden hitaasti ja hallitusti vapauttavina kantajina. Lisäksi PLA: ta ja modifioitua PLA: ta käytetään laajalti oftalmologisissa materiaaleissa, kirurgisissa ompeleissa, murtumien sisäisissä kiinnitysmateriaaleissa ja kudostekniikan korjauksissa.

(3) Polykaprolaktoni (PCL)

PCL on puolikiteinen lineaarinen polyesteri, jolla on matala sulamispiste ja lasittumislämpötila, erittäin alhainen vetolujuus (23 MPa), suuri murtovenymä (700%) ja se liukenee helposti moniin orgaanisiin liuottimiin. Kopolymeroituna useiden polymeerien kanssa, sillä on hyvä termoplastisuus ja muovausprosessoitavuus; lisäksi PCL-raaka-aineita on helposti saatavilla, hajoamisnopeus on hidas ja sillä on erinomainen lääkeaineiden läpäisevyys ja biologinen yhteensopivuus. Siksi sitä käytetään laajalti kirurgisina ompeleina, sisäisen luusiirteen kiinnityslaitteina, lääketieteellisinä laitteina ja biohajoavina kontrolloidusti vapauttavina kantajina. Lisäksi muokkaamalla PLA: ta sen hydrofiilisyyden ja hajoamisnopeuden parantamiseksi sen käyttöaluetta voidaan edelleen laajentaa, kuten elinten korjausmateriaalit, tekonahka, kirurgiset tarttumisenestokalvot sekä kudos- ja solutekniikka.

3. Päätelmä

Biohajoavilla materiaaleilla on hyvät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, biologiset ominaisuudet ja biomekaaniset ominaisuudet, ja niitä voidaan säätää ja käsitellä todellisten olosuhteiden mukaan, mikä vastaa eniten biolääketieteen toiminnallisia tarpeita ja tekee niistä hyödyllisiä monilla biolääketieteen aloilla. Laajasti käytetty tässä vaiheessa biohajoavien materiaalien tutkimuskohde biolääketieteen alalla on alkanut siirtyä ompelusta ja kiinnittämisestä monimutkaisemmille aloille, kuten kudostekniikan telineisiin. Käytännön sovelluksissa biohajoavien materiaalien korkeilla kustannuksilla on kuitenkin tietty vaikutus niiden ruohonjuuritason edistämiseen. Erityisesti eri kohteille sopivan hajoamisnopeuden säätämisen ongelma on ratkaistava kiireellisesti. Esimerkiksi kuinka säätää PCL: n hajoamisnopeus vastaamaan lyhytaikaisten lääkeaineiden kantajien tarpeita ja kuinka säätää PLA: n hajoamisnopeus luukudostekniikan tarpeisiin. Mutta yleensä uskotaan, että liittyvien tieteenalojen ja tekniikoiden jatkuvan kehityksen ja edistymisen myötä biohajoavien materiaalien hajoamisnopeuden hallintaan ja materiaalikustannuksiin liittyvät ongelmat ratkaistaan ​​vähitellen. Biohajoavien materiaalien tutkimus ja kehittäminen biolääketieteen alalla Myös sovellusta kehitetään edelleen.

Tarjoamme patentoitua täysin biohajoavaa kalvoa ja PVA-pussia, kaikki tuotteet valmistetaan valulaitteilla. Voimme tuottaa PVA-kalvoja ja -pusseja täysin läpinäkyvinä ja eri väreinä. ja PVA-kalvo on sileämpi kuin perinteiset puhallusmuovaustuotteet.

Tarjoamme myös orgaanisesta materiaalista täysin biohajoavaa kalvoa ja laukkuja patentoidulla raaka-aineella ja tuotantoprosessilla.

Lisää PVA-kalvo- ja pussituotteita saat käymällä osoitteessa:

http://www.joyful-printing.net/pva-bag/

http://www.joyful-printing.com/pva-bag/