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      新型材料——可降解醫用材料的發展與應用

      嘉峪檢測網        2021-10-27 21:52

      導讀:

       

      新材料研發水平及產業化規模已成為衡量一個國家經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志,加快發展新材料對推動技術創新和產業升級有重要的戰略意義??山到忉t用高分子材料在體內環境中能夠因分子鏈發生特異性或非特異性斷裂而逐步降解,且降解產物可以被人體吸收或經代謝過程排出體外,不會對人類健康造成二次傷害,近年來已經成為一類備受關注的生物醫用材料。我國“十四五”規劃綱要以及《中國制造2025》均提出重點發展全降解血管支架等高值醫療器械。

       

      可降解醫用材料具有與人體組織的良好相容性,能夠在人體內降解后被人體吸收或完全排出體外,不會在人體內部組織或器官中蓄積,并且具有極強的穩定性和便于加工的簡易性,因此在醫療領域具有廣闊的發展前景,已應用于組織修復、植介入、藥物輸送、傷口愈合等。

       

      越來越多的研究表明,生物可降解高分子材料在復雜體內環境中的有效應用,尤其是材料的最終臨床轉化仍然面臨一系列關鍵問題和挑戰。為了適應不同體內環境下的醫學應用,可降解高分子材料通過自組裝、化學反應、成型加工等方法制成了微納米顆粒、凝膠、可植入器件等不同類型的材料或產品。

       

      1、天然可降解醫用材料

       

      天然可降解高分子生物材料包括蛋白質(膠原蛋白、纖維蛋白、蠶絲等)、多糖(淀粉、藻酸鹽、幾丁質、透明質酸衍生物等)、天然聚酯等。天然可降解醫用材料雖然和人體組織有相似的結構,但和人體作用過程中會產生各種不良后果,所以可設計、定制開發的合成可降解醫用生物材料在醫療領域具有更大的應用潛力。

       

      2、合成可降解醫用材料

       

      合成可降解生物醫用高分子材料可在體內酸、堿或酶的作用下降解為小分子或單體,或被代謝為二氧化碳和水,植入體內后自行降解。目前針對合成可降解生物醫用高分子材料的研究主要通過聚合物材料性能來研發其在醫療領域的應用。

       

      脂肪族聚酯具有良好的生物相容性及生物可降解性,是合成可降解高分子醫用材料的重要原料。聚羥基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)是生物組織工程和3D支架中最常用的可降解生物醫用高分子材料。

       

      聚羥基乙酸(PGA)具有快速降解的親水性,可在人體內迅速溶解,另外PGA由于其在材料特性的靈活性,可用于基于支架的組織工程構造,還可應用于藥物輸送和傷口愈合,已有研究證明PGA結合纖維蛋白治療軟組織傷口。

       

      聚乳酸(PLA)是生物醫學上另一種使用廣泛的可降解材料,雖然結構與PGA相似,但性能差異大。由于其在人體內良好的相對長時間的機械性能,使其成為骨科固定等承重材料。目前,基于PLA已開發多種骨科產品,如軟組織固定螺釘、幻影縫合錨等。聚乳酸類可降解醫用高分子材料開發是近年來研究最活躍的課題之一。我國各醫療器械公司不斷探索自研生物可降解材料產品,樂普醫療NeoVas、山東華安Xinsorb等基于聚乳酸等復合材料的可吸收冠脈支架已于國內獲得中國國家藥監局批準上市。

       

      聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)通過調節PGA和PLA的比例來控制降解速率和在人體保持性能的時間,所以PLGA經常和陶瓷/生物活性材料結合使用,來增強骨骼再生的能力。有實驗證明,PLGA與合金復合材料的植入物具有明顯的抗菌、骨傳導、骨誘導等性能,為整形外科手術提供了新方向。

       

      聚已內酯(PCL)可通過微生物、水解、酶促等進行降解,與PLA、PGA、PLGA相比降解速率慢,所以一般用于長期植入物和藥物傳送。有研究證明PCL可用于有效藥物傳遞和輸送,以PCL為核心的微米、納米級藥物輸送系統的研究依舊火熱。另外,PCL-磷酸鈣支架已被證明具有體外細胞相容性,可用于組織修復。

       

      聚氨酯(PUR)由于其韌性、耐用性、生物相容性和生物穩定性,是醫療器械的理想選擇,通常用作心臟瓣膜、血管移植、導管和假體等。PUR與賴氨酸二異氰酸酯結合,可增強細胞增殖和粘附力,可用于開發高多孔性支架。

       

      聚乙二醇(PEG)具有優秀的凝膠性和可降解性,良好的生物相容性,無毒和免疫原性低等特點。在醫療器械中PEG衍生物主要是多臂結構,由于其相對較大的分子量而可以形成水凝膠,可主要用于外科縫合和止血,輔助組織再生和傷口愈合。將PEG水凝膠噴灑到傷口部位后,水凝膠迅速固化以防止傷口出血和感染,并在傷口愈合后自行降解。同時,將PEG水凝膠噴灑到器官表面可以有效地防止手術期間內臟器官的粘附。

       

      歐美主要PEG水凝膠醫療器械

      新型材料——可降解醫用材料的發展與應用

       

      3、可降解醫用材料的應用

       

      1. 冠脈支架

       

      從冠脈支架的演化進程來看,冠脈支架一共經歷了中繼球囊擴張、裸支架藥物洗脫支架(DES)和可降解支架四個發展階段。與傳統的永久性金屬支架相比,可降解支架能夠有效避免體內永久植入物產生的短期和長期風險,如異物的長期刺激導致的長期炎癥、移位和斷裂風險;也能避免對MRI、CT等影像檢查造成持續影響。2011年可降解支架面世后,有望解決永久性植入的難題使患者顯著受益,成為各心血管龍頭企業爭相推進的研發方向。2019年2月,樂普醫療研發的生物可降解支架(NeoVas)正式獲得國家藥品監督管理局批準,是國內首個獲批上市的可降解支架。2020年6月,全球首兩例植入鐵基可降解冠脈支架IBS的患者在阜外醫院完成兩年隨訪,證明了目前鐵基支架在人體內可以安全降解。

       

      2. 腔靜脈過濾器

       

      目前國內外市場的主流設計是可回收腔靜脈過濾器,但是實際臨床中濾器回收率較低,而濾器如果不回收長期在患者體內留置又會導致諸多并發癥??山到馇混o脈過濾器同時具備回收和降解轉化功能,可在患者體內降解轉化為類支架結構,無需二次手術,同時降低濾器長期留置的遠期并發癥率。

       

      3. 口腔修復膜

       

      口腔修復膜依據材料來源可細分為:膠原類膜、金屬膜、合成膜與異體骨膜等,依據材料是否能被降解細分為可吸收性膜與不可吸收性膜。其中,不可降解膜需要二次手術取出,非膠原類的可吸收性膜雖然不需要二次手術,但存在酸性降解產物引起炎癥的副作用。比較來看,可降解膠原類膜最具綜合優勢。目前主流可降解膠原類口腔修復膜將小牛皮膚、豬皮或豬小腸粘膜采用組織工程學技術,經過嚴格有效的脫細胞處理、病毒及其他病原體的滅火處理,保留了天然的膠原纖維空間結構。主要成分是膠原蛋白,生產過程中未添加任何外來的化學交聯劑成分,屬于純天然的生物材料,同時可在體內降解,無需二次手術取出,降解產物也不會引起機體的免疫反應。

       

      可降解膠原類口腔修復膜

      新型材料——可降解醫用材料的發展與應用

       

      4、我國可降解醫用材料產業發展建議

       

      生物醫用材料研制已經成為我國醫療器械創新發展的“源頭活水”。未來可降解醫用材料產業的發展趨勢必將是針對特定的生物醫學應用來對聚合物進行功能和技術的組合??山到忉t用材料的研制要適應下游醫療器械產業的發展需求,研發新一代血管支架、神經修復導管、骨組織人工修復材料等產品,探索瓣膜、肝、腎等組織和類器官的人工構建,積極推動生物3D打印技術的應用。政產學研用協同創新是生物醫用材料技術及產業可持續發展的重要保證。要建立更多人才培養和關鍵技術研發協同創新平臺系統,讓市場、企業和科研院所更好地合作,加快新產品研發、測試、生產、應用,構建完整的現代生物材料科學與產業創新體系。國產創新生物醫用材料和醫療器械優先納入醫保范圍,加速高端醫療器械產品國產化替代進程。

       

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      來源:Internet

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