同种异体与动物源性补片的力学性能比较

李崇崇 刘丽 王硕 韩倩倩 王春仁 李静莉

0 引言

补片作为人体组织的替代产品，在烧伤、口腔、普外、泌外、妇产科等诸多领域均有广泛的应用[1]。目前，根据所使用材料的不同，补片大致可分为人工合成补片、复合补片和生物补片3种[2-4]。其中，人工合成补片又分为不可吸收和可吸收两种类型，目前临床上常用的是人工合成不可吸收补片，例如Marlex聚丙烯、Gore-Tex聚四氟乙烯等，但是该类补片常常会给患者带来异物感并引发慢性感染；而人工合成可吸收补片，例如聚交酯、聚羟基乙酸等，一般会在3个月左右被降解，支撑修复时长不足，增加了患者复发的概率[3]。复合补片是用两种或多种材料制备或者在原有补片上加涂层获得的补片，虽然在一定程度上解决了单一材料的问题，但是仍然会有皮下积液、黏连等问题[5-6]。由此，防黏连、抗菌的生物活性补片成为当前补片研究和发展的重点[7]。

生物类补片通过脱细胞技术，脱除了引起排斥反应的抗原细胞成分，仅保留细胞外基质和三维空间框架结构，在临床上可诱导自体细胞在此框架内生长，从而达到组织重建和修复的目的[1]。生物补片按照其物种来源分为同种异体脱细胞基质材料生物补片和动物源性的异种脱细胞基质材料生物补片[8]。同种异体来源的生物补片由于临床应用时间较长、生物相容性好、无毒、无刺激，因此是组织缺损患者组织修复与再生的“金标准”[9-11]。但由于异体皮肤来源有限，成品价格较高，以及受到伦理问题影响等，限制了其在临床实践中的广泛应用[12]。制备动物来源的异种脱细胞补片为问题的解决提供了更多的选择。

近年来，猪源和牛源性补片由于取材广泛，价格低廉，制备简单等优点，成为业内的研究热点[12]。但两者相较于异体来源性材料补片性能的比较报道较少，尤其是力学性能方面，由于基础研究力度不足，研究方法不完善，尚未有过深入的探讨。而良好的力学性能不仅能够增加患者使用的舒适度，提高其生活质量，而且有利于保证补片的稳定性，减少术后复发率[13-15]。本文从拉伸强度、断裂伸长率、缝合强度3个方面，对异体来源、猪源、牛源性补片的力学性能进行了比较，为补片行业的研发创新和临床使用提供了参考。

1 材料、仪器与实验方法

1.1 材料

猪源性补片采用已通过严格检疫控制并按卫生标准进行屠宰取样的健康猪膜组织(心包膜、脑硬膜、胸膜)，经特定生化技术完全去除其免疫抗原性、提高其稳定性后制成。

牛源性补片同样采用健康的、有严格检疫控制并按卫生标准进行屠宰取样的牛心包膜组织，经过脱细胞和病毒灭活处理制成。

同种异体补片采用脱细胞异体真皮基质，样品通过脱细胞处理后进行病毒灭活处理制成。

每种补片选用5个样品，进行裁剪后分别完成各项实验。

1.2 仪器设备

使用游标卡尺测量样本的长度、宽度和厚度，使用万能材料试验机H5KS(Tinius Olsen，美国)测量样品的力学性能。

1.3 检测指标及测试方法

1.3.1 拉伸强度与断裂伸长率

实验前将试样裁剪成50 mm×10 mm的样条，测量样条厚度D(单位为mm)。然后将样条的两端分别固定在万能材料试验机的夹具上，夹具间距为20 mm(即为测试样条初始长度L0)。小心确保样条没有被拉伸、扭曲或被夹具损坏，应尽量保持自然状态。启动机器，以100 mm/min的速率匀速拉伸样条，直至样条断裂。记录此过程中的最大拉力Fm(单位:N)，以及断裂时的样条长度Lb(单位:mm)。拉伸强度Ts按式(1)计算，单位为MPa；断裂伸长率E按式(2)计算，以%表示。

Ts=Fm/(WD)

(1)

E=100(Lb-L0)/L0

(2)

式中：Ts为拉伸强度，MPa；Fm为拉伸过程中的最大力，N；W为试样宽度，10 mm；D为测量样条厚度，mm；E为断裂伸长率，以%表示；Lb为断裂时夹具间样条长度，mm；L0为初始夹具间样条长度，20 mm。

1.3.2 缝合强度

实验前将试样裁剪成20 mm×20 mm的样块，然后使用4-0医用尼龙缝线，从距样块上边缘的2 mm处穿过。将缝线固定在万能材料试验机的上夹头上，试验机下夹头夹持样品的下边缘，如图1所示。以50 mm/min的速率拉伸缝线，记录将缝线从样本中拉出，或导致样本损坏的最大力值，即为缝合强度SS(单位为N)。

图1 缝合强度测试示意图Figure 1 Schematic diagram of suture strength test

1.3.3 数据处理

对实验数据进行t检验，判定不同补片类型之间的同一检测指标差异是否有统计学意义。

2 结果

3种补片的拉伸强度、断裂伸长率、缝合强度测试结果见表1。

表1 同种异体、猪源、牛源性补片力学性能测试Table 1 Mechanical properties of allogeneic,pig and bovine patches

在拉伸强度方面，猪源性补片与同种异体补片的差异无统计学意义(P>0.05)，牛源性补片拉伸强度明显高于另外两种补片(P<0.01)；断裂伸长率方面，同种异体补片、猪源性补片、牛源性补片相互之间差异均具有统计学意义(P<0.01)；缝合强度方面，猪源补片与同种异体补片缝合强度的差异无统计学意义(P>0.05)，而牛源性补片的缝合强度明显低于另外两种补片(P<0.01)。

3 讨论

植入人体的补片由于肌肉收缩、运动等原因不断受到牵拉，因此，理想的人工补片必须具有与人体自然组织相近甚至更好的拉伸性能，即拉伸强度和断裂伸长率。而补片的缝合强度则是保障补片稳定性的重要指标，较好的缝合强度能保证补片和人体组织缝合处牢固不破裂，减少疾病的复发。

表1结果显示，猪源性补片与同种异体补片的拉伸强度和缝合强度非常接近(分别为9.31 MPavs9.37 MPa,P>0.05; 24.48 Nvs22.18 N,P>0.05)。在动物中，猪与人类的基因相似度非常高，用猪源性材料制作的补片来替代同种异体补片被认为是经济又实用的选择，本文的实验结果进一步证实了猪源性补片具有良好的力学性能，相关的临床试验也证实了猪源性补片的良好效果[12,16-17]。

牛源性生物补片(主要是牛心包补片)已广泛应用于心胸外科、脑外科、口腔科、骨科及泌尿外科等诸多医学领域[8-10]。本文实验牛源性补片的拉伸强度明显高于另两种补片。在相关研究中，也证实了牛源性(牛心包)补片具有较高的拉伸强度[18]。

补片在人体中会不断受到牵拉，良好伸长率能够减少异物感，提高患者使用的舒适度。在断裂伸长率方面，同种异体补片要明显优于另外两种动物源性补片(68.49%vs40.22%vs31.61%)。

4 结论

生物补片由于具有良好的生物相容性，发生侵蚀、粘连、感染的概率较低，是当前的研究热点[16]。而良好的力学性能不仅是保证补片临床有效性的重要前提，具有与人体组织相近的力学性能还能提高患者术后的舒适度和生活质量。但是对于不同来源生物补片力学性能的研究，行业内尚缺乏深入的探讨。

本文针对拉伸强度、断裂伸长率以及缝合强度几个力学性能指标，对同种异体、猪源、牛源性补片进行了测试及比较。相较于同种异体性补片，本文中所用猪源性补片在拉伸强度和缝合强度两个方面与同种异体补片较为接近，但是在断裂伸长率方面，同种异体补片要明显优于动物源性补片。

虽然由于样本量有限，本文结果有一定的局限性，但结果仍然给课题组继续寻找合适的动物源性补片增强了信心，为动物源性补片的研究以及临床的选择使用提供了一定的参考意义。今后，将针对更多的性能以及结合实际的临床使用效果，进行进一步的分析和研究。