可降解高分子材料在醫療器械中的應用
慧聰塑料網訊：生物材料在疾病治療和醫療保健中發揮了重要的作用，按材料性質，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，這表明現在許多發揮臨時治療作用(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期相容性差和需要二次手術的問題，而可降解高分子材料器械不存在這些缺陷。最近20年生物醫學中出現了一些新的醫療技術，包括組織工程，藥物控釋，再生醫學，基因治療和生物納米技術等，這些新的醫療技術都需要可降解高分子材料作支撐，它們也相應地促進了可降解高分子材料的發展。
可降解高分子材料在整個降解過程中都需要具有良好的相容性，主要包括以下幾點：
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;
在降解過程中，具有與治療或組織再生功能相對應的的力學性能;
降解產物是無毒的，能夠通過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(Tm)高于200℃，可以通過擠出、注塑和模壓等方式加工成型、。由于具有良好的成纖性，PGA最早被開發成可吸收的縫合線。
1969年，美國FDA批準上市的第一款合成可降解縫合線DEXON®就是由PGA制成。因為PGA具有合適的降解性、優良的初始力學性能和生物活性，PGA無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縫合線下閉合皮膚的能力。PGA的高結晶度使它具有優良的力學性能，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性能，PGA也被開發為內固定系統(Biofix®)。PGA通過鏈段中酯鍵的隨機斷裂(水解作用)實現降解。在水解作用下，PGA在1～2月內發生力學性能下降現象，6～12月內發生質量損失現象。在體內，PGA降解成甘氨酸，甘氨酸可以通過尿液直接排出體外或代謝成二氧化碳和水。高降解速率、降解產物呈酸性和難溶性限制了PGA在生物醫學中的應用，不過這些缺點可以通過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。現在市場上的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縫合線。1971年，PLLA手術縫合線經美國FDA批準上市，它具有比DEXON®更加優良的性能。PLLA也可用于其它一些醫療領域，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個月內出現力學性能下降現象，但要經過很長的時間后才會出現質量損失現象。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(質量比70∶30)共聚得到的無規共聚物。PDLLA因為L?LA和D?LA的隨機分布形成了無規共聚物，Tg在55～60℃之間，強度大幅下降，這是由分子鏈的無規排列造成的。在水解作用下，PDLLA在1～2個月內出現力學性能下降現象，在12～16個月內出現質量損失現象。與PLLA相比，PDLLA具有低強度和高降解速率的特點，是藥物運輸載體和組織再生支架(低強度)的理想材料。PLA通過鏈段中酯鍵的隨機斷裂(水解作用)實現降解，初級降解產物為乳酸，乳酸為人體正常代謝的副產物，通過檸檬酸循環，乳酸可進一步降解為二氧化碳和水。
共聚物(PLGA)
研究發現，LA與GA的質量比在25/75~75/25時，PLGA為無規共聚物，R.A.Miller等的研究表明，LA與GA的質量比為50/50的PLGA具有最快的降解速度。
不同單體質量比的PLGA已經廣泛應用于臨床。商品名為Purasorb®PLG的PLGA便是一種半結晶共聚物，其中LA與GA質量比為80/20;多股縫合線Vicryl®中L?LA與GA的質量比為10/90，它的升級版VicrylRapid®也已經上市，經過輻照后的升級版降解速度更快;
PANACRYL®是另一種商業化的PLGA縫合線。另外PLGA也應用于其它醫療方面，如網絲(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，被美國FDA批準可應用于人體，在可控藥物/蛋白運輸系統、組織工程支架等領域得到廣泛研究。
