湯蘇陽(yáng)　綜述　艾玉峰　審校

可降解材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用帶來(lái)了治療技術(shù)的巨大進(jìn)步。生物可降解材料已用于癌癥治療、疫苗培養(yǎng)、制造納米材料、增加血漿半衰期、自規(guī)則藥物釋放體系、矯形固定裝置和器官修復(fù)。然而,醫(yī)學(xué)應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題,例如聚合物降解過(guò)程中化學(xué)環(huán)境不斷變化,蛋白質(zhì)、氨基酸類藥物和殘留細(xì)胞的穩(wěn)定性、被降解聚合物機(jī)械強(qiáng)度下降過(guò)快、降解產(chǎn)物的濃度過(guò)高時(shí)出現(xiàn)毒性等。研究聚合物降解機(jī)理并控制降解過(guò)程是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵之一,也是降解聚合物材料應(yīng)用的基礎(chǔ)⁽¹⁾。ソ到獠牧鮮竊謔褂霉程中不斷降解或在使用后快速降解。降解時(shí),聚合物鏈斷裂分解為齊聚物,最終成為小分子單體。齊聚物和小分子單體脫離聚合物引起的材料損失。聚合物降解有多種類型,如光降解、熱降解、機(jī)械降解和化學(xué)降解。所有聚合物在UV光和γ-射線作用下都會(huì)發(fā)生降解;對(duì)于生物降解材料,除可其應(yīng)用于γ-射線下,否則這種降解作用是微不足道的;熱降解是非降解聚合材料的主要降解機(jī)理;在應(yīng)力條件下機(jī)械降解是生物降解聚合物的主要降解方式之一,如不需拆除的手術(shù)縫線材料的降解,可通過(guò)水解或酶催化水解發(fā)生化學(xué)降解,后者常被稱為生物降解。タ山到餼酆銜锏慕到夤程非常復(fù)雜,水進(jìn)入聚合物本體(有的伴有溶脹過(guò)程)引起化學(xué)降解,產(chǎn)生齊聚物及小分子單體;同時(shí)在聚合物本體中形成較多孔洞,改變了聚合物的微觀結(jié)構(gòu)。而孔內(nèi)pH值由齊聚合物和單體的酸堿性決定。最終齊聚物和單體的釋放使聚合物質(zhì)量損失。ソ二十年來(lái),隨著生物降解材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,生物可降解材料的研究也得到了飛速發(fā)展?？山到獠牧显卺t(yī)學(xué)中成功的應(yīng)用包括:外科可吸收縫線⁽²⁾、軟組織植入.⁽³⁾、骨固定材料.⁽⁴⁾、緩釋藥物控制系統(tǒng)以及制成胃腸道吻合套。新近用于神經(jīng)修復(fù)和青光眼手術(shù)等.⁽⁵⁾。

1生物可降解材料的降解ド物可降解材料的降解主要以兩種方式降解:以水解方式被動(dòng)斷裂和作用下主動(dòng)水解,后者主要發(fā)生在天然聚合物如聚多糖、蛋白質(zhì)(明膠和膠原)以及聚(β-羥基酸)等,這些物質(zhì)可在相應(yīng)的酶作用下降解。對(duì)大多數(shù)生物降解材料,特別是合成的聚合物材料,水解是降解的主要模式;聚合物化學(xué)鏈類型、pH值、共聚物組成和吸水率可影響其水解反應(yīng)。聚合物降解過(guò)程中伴隨著一些物理和化學(xué)過(guò)程,如齊聚物或單體的結(jié)晶、pH值改變、分子量減小、機(jī)械強(qiáng)度下降、聚合物全降解、單體和齊聚物釋放,這些都可作為衡量聚合物降解的尺度;這些因素是相關(guān)的,但不一定具有相同的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。如聚(L-乳酸)降解過(guò)程中拉伸強(qiáng)度很快降低,而降解需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間;同時(shí)水溶液中乳酸形成齊聚物也影響分子量的測(cè)定;單體釋放和降解過(guò)程動(dòng)力學(xué)也不盡相同,不同聚合物降解和腐蝕參數(shù)不同。盡管如此,降解過(guò)程和影響因素還是有規(guī)可循的。

1.1化學(xué)鍵類型對(duì)降解的重要性ゾ酆銜鎦髁椿學(xué)鍵類型決定其水解速率。根據(jù)聚合物水解動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),或以低分子量化合物(含有聚合物相同鍵型)水解動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)為根據(jù),可將聚合物降解劃分為幾個(gè)等級(jí)。ニ狒和原酸酯最具降解活性,其次為酯鍵和酰胺鍵。但是這種分類方式不是絕對(duì)的,在催化條件下降解活性可發(fā)生改變,相鄰基團(tuán)位阻效應(yīng)和電場(chǎng)效應(yīng)也影響降解過(guò)程。

1.2pH值對(duì)降解的影響pH值通過(guò)催化作用影響降解速率,多數(shù)聚合物都進(jìn)行過(guò)pH值對(duì)降解影響的研究。例如,不同pH值下脂水解反應(yīng)速率可相差幾個(gè)數(shù)量級(jí),脂的水解可被酸性催化,也可被堿性催化。聚乙醇酸和乳酸-乙醇酸共聚物縫合線斷裂強(qiáng)度與環(huán)境pH值密切相關(guān);在中性介質(zhì)中強(qiáng)度最高,而在高pH值和低pH值環(huán)境降解較快,低pH值時(shí)降解產(chǎn)生羧酸,使pH值進(jìn)一步下降,形成自催化降解。應(yīng)用酸性或堿性賦形劑可控制聚合物水解速率,也可由內(nèi)部pH值調(diào)整聚合物降解速率。

1.3組成對(duì)聚合物降解的影響ピ誥酆銜鎦髁粗屑尤氳詼種單體可影響聚合物結(jié)晶和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等性質(zhì)。聚酸酐的降解同樣也受到組成的影響。

1.4吸水率對(duì)降解的影響ニ解反應(yīng)是水與含官能團(tuán)的活潑鍵之間的雙分子反應(yīng),疏水性聚合物吸水量少,降解速度慢;相反,親水性聚合物可吸收大量水分,降解速度快。所以在藥物釋放中吸水是重要指標(biāo)。

2生物可降解材料的應(yīng)用前景タ山到獠牧銑上述品種已在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用外,近年來(lái)研制的聚酐是最理想的表面降解聚合物材料。改變聚酐聚物單體中的比例,可制備降解1周至幾年的聚合物。美國(guó)公共機(jī)構(gòu)復(fù)審委員會(huì)(IRB)和美國(guó)食品藥物管理局(FDA)已批準(zhǔn)在美國(guó)33家醫(yī)院使用聚酐與亞硝基脲(一種抗腫瘤藥物)結(jié)合的藥片。在腦腫瘤手術(shù)后將此藥片埋植在手術(shù)部位,可有效提高藥物濃度,殺傷局部殘存的腫瘤細(xì)胞?，F(xiàn)已有100多名患者接受此項(xiàng)治療,生命期比常規(guī)用藥者有顯著的延長(zhǎng)。ト嗣且慚芯坑糜諞咼縭頭諾目山到餼酆銜鋝牧稀８貌牧轄到獠物既能刺激免疫反應(yīng)又同時(shí)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)釋放抗原?，F(xiàn)已研制了可水解的亞胺基碳鏈的酪氨酸或其衍生物組成的聚合物,可提供持續(xù)的佐藥物質(zhì)。同時(shí),作為抗原倉(cāng)庫(kù),在小鼠實(shí)驗(yàn)中已取得滿意結(jié)果。ソ年在遺傳工程領(lǐng)域合成了許多使人感興趣的具有藥理學(xué)活性的多肽。但多肽和大分子藥物經(jīng)口服無(wú)效?，F(xiàn)研制的一種由乳酸一羥基乙酸共聚物和醋酸組成的注射微粒,可持續(xù)釋放多肽達(dá)30天。FDA已批準(zhǔn)將該多肽控制釋放系統(tǒng)用于臨床。近年該系統(tǒng)用于前列腺癌治療,用于胰島素、生長(zhǎng)素和血管形成刺激因子的控制釋放,類似的釋放系統(tǒng)也正用于子宮內(nèi)膜異位和其它疾病的治療。ピ謐櫓工程學(xué)領(lǐng)域可降解材料的應(yīng)用有飛速的進(jìn)展。如用聚乳酸等材料制備的新生軟骨、角膜上皮細(xì)胞在聚乙烯醇材料上種植、聚羥基乙酸表面胚胎上皮細(xì)胞生長(zhǎng)后用于皮膚移植等。聚β羥基苯酯(商品名Biopol)做為無(wú)需拆除的外科縫線和敷料,生物工程中的細(xì)胞外基質(zhì),顯示出其巨大的應(yīng)用前景。目前研究主要側(cè)重在轉(zhuǎn)基因菌株生產(chǎn)成本較低的聚β羥基丁酯(PHB)使生產(chǎn)費(fèi)用更加低廉。プ凵纖述,生物可降解材料具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景,在未來(lái)的10年將涉及醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,并將取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。進(jìn)一步深入研究生物降解材料及其降解產(chǎn)物,研究其結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)、轉(zhuǎn)歸以及對(duì)機(jī)體的影響,將是重要的課題;這將有利于可降解材料的利用和開(kāi)發(fā),有利于我國(guó)對(duì)生物可降解材料學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展。

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收稿日期1999-07-15

編輯/姜如蓉