90年代的移植材料

发布时间：91年01月25日

Nir Kossosky 编译翟革军

开发能与人体组织和流体长期保持接触且不会引起有害生物反应的材料，是90年代摆在研究人员面前的最大挑战之一。

直到最近，这样的开发工作纯属试验性质，而且错误地根据机械性能、可用性或报道所说的相容性来选择材料。结果这些材料往往引起血凝块、组织死亡和/或受到机体的封闭或排斥，这些情况或是即刻发生或是数年之后发生。

当前的研究是要设计具有生物相互作用的材料，以便能引起理想反应或避免有害反应。某种材料如果不能满足生物需要，就不能置入体内，不管从理论上讲该材料有多么不活泼或者它的其他性能看起来有多么适合。要达到这一步，需要材料工程师和医务工作者的共同努力。

因此，当今材料的制造没有超出4种基本病理生理学过程的范围，这些过程将最终决定它们的长期安全性和效能。寄主对移植生物材料的病理生理反应包括：血栓形成、炎症、感染加强，和/或瘤的诱导和助长。这些反应大都视解剖部位而定，并可能随移植片尺度、形状和/或表面组织发生变化。

对心血管装置来说，血凝块是一种持久的、极其有害的并发症。大的假血管借助一种生物材料能够承受血块凝结，这是因为横截面的损失最小。但是，直径≤6毫米的小血管会迅速地被相对小的凝块阻塞。

阻断栓塞

人造心室壁和血液充氧器装置壁上的表面血栓能够分离，随即阻塞和破坏重要器官。

解决表面栓塞的一个主要手段一直都是把抗血栓剂——肝素加到生物材料表面。最近合成出这样一种两性共聚物，并接受了盐湖市犹他大学和荷兰特文特技术大学研究人员的共同研究。

这种三阻断（triblock）系统是把疏水聚（二甲基硅氧烷）、亲水聚（环氧乙烷）和抗凝血剂（肝素）加进一种可涂敷系统，在可涂敷系统中，疏水阻断系统被固定到现有适合的疏水基质上，而亲水阻断系统作为一半共价结合肝素所需的可增溶限度。

把肝素限制在疏松材料内并远离表面是重要的，因为过去的研究表明，表面 - 固定肝素能结合凝血剂、凝血酶和Xa因子，但不能抑制它们的凝血酵素原活性。

扩散似乎受到限制。这种新系统的效能仍有待评估。

已经发现一种合成脉管移植材料具有的凝血酵原活性低于两种主要的合成替代品：用聚（对苯二甲酸乙酯）纤维制造的编织或针织导管和用多孔聚（四氟乙烯）制造的光滑 - 表面导管。

与聚（对苯二甲酸乙酯）显著的疏水性相反，聚（氨酯醚脲）弹性体通过X - 射线光谱研究证明是亲水的。但生物试验的结果令人失望，因为所有的移植物在手术之后4小时便被阻塞了。

另一种方法是把天然非凝血酵素原血管 - 衬里组织加到一种假基质中。研究人员曾试图给内皮细胞接种窄管腔 - 多孔聚（四氟乙烯）（PTFE）。多孔PTFE移植片是以不同的平均节距（28、40和52微米）合成的。

80%的未接种移植片的表面显示表面血栓，而置入狗颈动脉系统之后数星期的接种移植片只有10%~40%有这种现象。40微米的孔径显示最佳效果。然而，当血流量减至基线率（模拟末梢血管病效应）30%时，接种移植片的性能便不及未接种移植片。

机体防御

炎症是血管化活组织对局部损伤的防御。因此，它不仅破坏、稀释，和/或隔离有害剂而且引起一系列导致愈合和恢复损伤组织的过程。后一种过程称作修复，包括天然实质细胞的再生和用伤疤组织填充缺陷。

移植片周围生长的伤疤组织可导致各种临床并发症。美观的移植片会变形，刺激电极会与靶组织隔离，而且骨内向生长会受到阻碍。

用极类似天然材料的材料涂敷弥补性移植片来控制对它们的有害炎症反应已成为矫形术研究的最新方向之一。业已证明，磷酸钙陶瓷能诱导骨形成，但它们太脆不能以松散容积使用。

已用磷酸钙涂敷钛 - 纤维移植片，采用的是一种等离子体 - 火焰 - 喷溅技术。植入体内1~6个月后，对骨 - 移植片固定作了生物机械和组织评估。

尽管磷酸钙 - 涂敷移植片用骨骼固定的平均抗剪强度比4星期的对照物的骨骼固定大24%，但抗剪强度在此后不再增加，处理过的移植片和成对对照物之间的骨内向生长也没有任何差异。

—项相关的研究包括产生烧结碳酸磷灰石。由于合成羟磷灰石种结构类似生物磷灰石的物质——已经显示能与骨相结，所以研究人员推测合成碳酸磷灰石会结合得更好，因为骨按重量含4% - 8%的碳酸盐。尽管已经成功地生产出碳酸磷灰石，但尚未进衍生物试验。

在软组织领域中，水凝胶——通过聚合乙烯型或烯丙型单体而合成的——因具有相对的生物相容性而受到人们的极大重视。水凝胶能够吸收重量95%的水，水赋予它们类似未处理软组织的机械性能和表面性能。

聚（2 - 羟基乙基丙烯酸酯）（PHEMA）曾是一种优秀的水凝胶，但水合时易分裂。为克服这一问题，PHEMA被植入一种苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯三阻断共聚物中。移植在以7%时达到最佳化。在生物试验中，该移植材料显示的性能优于未移植苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯基质但低于聚（2 - 羟乙基丙烯酸酯）。

生物材料 - 组织的相互作用是协同过程。发炎后释放的细胞产物对该材料的完整性有很大影响。

最近对试管内降解聚氨基甲酸酯的研究表明有3种初期过程：

1.体液提取低 - 分子 - 量材料

2.氧化降解以及

3.酶催降解。

尽管这些过程似乎只影响所有聚氨基甲酸酯链的一小部分，但结果会是小空隙或缺陷，它们可能成为引发部位，导致引力银纹、松弛或受拉破坏。

另外，必须考虑到体内的其他化学物质可能影响生物材料。过氧化氢——一种这样的炎性细胞的天然分泌物，用作嗜中性细胞（用以急性反应）和巨噬细胞（用以慢性反应）——在聚氨基甲酸酯中引起最大损害。

法国研究人员发现，炎性细胞破坏了样品内的脉管移植片，这些样品取自人体。抗拉强度降至75%。除注意到丝 - 纤维分裂外，组织研究显示22例中有7例的移植片纤维发生移动。X - 射线衍射和差示扫描量热法证实结晶性出现损失。

不同的材料会把巨噬细胞刺激到不同的程度，这使人们对“非特定异体反应”的通常观念发生怀疑。比如，巨噬细胞被聚（对苯二甲酸乙酯）和聚乙烯刺激时，胞间炎性介体IL-1的释放最大，被多孔聚（四氟乙烯）刺激时中等，被无硅聚（二甲基硅氧烷）和聚氨基甲酸乙酯刺激时最小。

加强感染

所有证据都支持内用假体容易感染除非坚持采取灭菌预防措施的一般概念。在正常情况下，寄主防御机制能够对付由局部细菌入侵引起的损伤。它们即使在受到大量细菌有机物的挑战时也能抑制感染并引起修复。

相反，异体的存在会破坏寄主防御并促进感染。外来杂质的组织反应性，按它的组成和形状来定，是促进感染的重要方面。