生物可降解聚乳酸及复合物在器械材料中的应用研究

2023-01-18黄君仪

当代化工研究 2022年13期

＊黄君仪

（广东博迈医疗科技股份有限公司广东 523000）

近年来，随着医学技术的不断发展和应用，针对生物材料的研发重点已经逐渐由不可降解的生物材料向可降解的生物材料发展。科学家和研究人员也针对此类生物材料做出了更为丰富的理论学习和实践研究，使其在医疗器械等多个领域上得到了广泛的使用和发展。基于此，本文就生物可降解聚乳酸及其复合物在医学体系中的研究与发展，做出进一步的探索，希望能够为有关研究人员的工作提供一定的帮助和参考。

1.生物可降解材料

生物可降解材料是会伴随着受损组织的愈合，在生物的体内通过水解、细胞吞噬等过程的有效降解，慢慢被机体所吸收，然后再经由新陈代谢等自然途径，消失、植入材料位置修复的组织结构可以完全替代的一种材料。

针对生物可降解材料在医学领域中与非生物可降解材料的对比优势做以下几点的分析。

（1）具有十分良好的组织相容性。这使得植入体内之后不会由于副作用、中毒而产生一系列的炎症反应。（2）具有十分良好的保质期。这使得在一定的时间范围内，不会因为生物组织的直接接触而造成使用寿命减少。（3）具有十分高强度的机械性能。这进一步导致了材料降解过程中出现的机械性能改变、创口愈合、组织修复和再生的要求达到一致。（4）具有良好的渗透作用和可塑性。

2.聚乳酸可降解聚合物

聚乳酸是一种生物可降解的高分子材料，通过降解会得到CO2、H2O和乳酸，它具有很好的生物相容性、可降解性以及可吸收性，还能够在再生资源上进行系统的生产。与此同时，它也是一种热塑性的脂肪族聚酯，更是近年来在生物降解材料领域上最为热门的研究内容和应用生产研究过程。

（1）在1932年首次发现聚乳酸之后，科学家在真空的条件下，利用冷凝水的循环冷却作用，对聚乳酸不断进行加热，但是仅仅只得到了分子含量很低的聚乳酸。而随着时间的推移，在1974年，名为Vicryld的聚乳酸基聚合物所应用的外科手术可吸收缝合线在美国出世，这也导致了聚乳酸可降解材料的进一步使用和推广发展。截至目前为止，聚乳酸已经成为了被美国食品和药物管理局即FDA，所认可的生物可降解聚合物。在医药领域、食品领域等多个领域的缓释载体上被广为应用。

（2）因为乳酸是手性分子，所以在深层次的研究和探索过程中，它以两种立体异构形式存在，即L-（+）-乳酸和D-（-）-乳酸或（R）-乳酸。也正是因为这样的区分，使得聚乳酸也有了左旋、右旋以及外消旋之分。

（3）20世纪80年代开始，越来越多的科学家开始对L-乳酸和D-乳酸及其复合物的特质、性能、合成过程和适用范围进行了探索。

（4）在研究过程中，发现左旋聚乳酸的降解速度很慢，并且呈现一个高结晶的状态，往往会引发身体的炎症，所以为了进一步规避这样的现象，通常会将左旋聚乳酸与外消旋聚乳酸共聚，从而利用外消旋聚乳酸的低结晶度和高降解速率来中和调整其实际的性能。

3.聚乳酸在医学中的应用

(1)外科手术缝合线

外科手术的缝合线分为两种。一种是可降解材料的，能够在手术缝合之后在体内自动降解吸收的；另一种是不可降解材料的，这需要在手术之后拉出来。不仅增添了患者的疼痛，也为医生的工作带来困难。随着时间的不断推移，利用聚乳酸制成的可吸收缝合线，逐渐被应用于外科手术的市场之上。聚乳酸缝合线的抗张强度十分优越，能够随着伤口的愈合而自动降解。与此同时，在其发展过程中，就缝合线的加工工艺、活性聚合物的形成等问题也进行了更深层次的研究。

①当前阶段，不论相关研究人员怎样完善缝合线吸收过程中的问题，对于吸收降解速率和组织愈合修复速率的同步性不一问题，还是没有一定的头绪。降解的速度快就会导致愈合的需要得不到有效的满足，而降解速度过慢则会使得伤口在愈合了之后留下伤疤。基于此，只有处于一个理想状态下的缝合线，才能够有效保障吸收的速率以及时间的稳定。

②由于人体在不同部位的愈合时间是不相同的，所以针对缝合线的研发需要考虑多元化的条件。其中也要有效考虑到一系列的新型涂层材料，才能更好的控制缝合线在人体内的降解速度。

③纵观我国的吸收缝合线，相比于西方发达国家，还是具有一定的差距的。其中有关质量稳定问题，一直不能达到一个令人满意的性能；有关高质量、高层面的技术生产应用问题，也得到了发展困境；有关植入之后的后期反应问题及其并发症现象问题，也没有得到一个细致的分析和妥善的处理。

(2)骨折内固定及骨修复

在医学临床上治疗骨折所需要的内固定物，基本上是以金属材料为主的，这类金属材料的生物相容性是比较差的，这也使得其在体内的环境中容易被腐蚀。在很多研究数据背景下可以发现，接骨板在体内固定时，会使得骨折部分愈合的同时，造成局部位置出现骨质疏松现象。固定骨板可能会使得骨头的力学性能下降，皮质骨孔的间隙增加，骨壁变薄。基于此，当固定骨板取出之后很有可能会造成固定骨段出现再次骨折的现象。

①一个良好的骨折内固定物需要具备良好的强度和稳定性、良好的组织相容性、损伤愈合情况的快捷性以及对并发症及炎症的高效控制。在此背景下，聚酯类、聚碳酸酯类等高分子聚合物能够有效在体内实现降解。

②经过科学实践可以得出，羟基磷灰石（HA）与聚乳酸（PLA）之间复合形成的人工骨修复材料，具备一定的技术特质和微观构造。而HA成分的加成，能够进一步促进材料的抗压性、强度以及细胞亲和力等。它与骨组织无机成分十分相似，还能有效提供物理屏障，从而更好地协调管控整个复合材料的微观构造，最终有效管控整个复合材料的降解速率，并从根本上提升了材料的生物相容性以及骨结构结合能力。

③当PLA植入进人体之后会降解得到酸性的产物，从而导致无菌性的炎症症状出现。而HA则会在酸性介质之中溶解程度更高，使得整个环境呈现微碱性，并与酸性的降解产物进行反应。这不仅能够有效降低材料内部的酸性降解产物的自催化效应，还能够有效调整产物生产速度，并对pH值的下降起到缓冲作用。

④经过更为深层的研究和探索，在未来，羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙酸（HA-PLGA）的材料一定会将当前普遍使用的金属不锈钢材料所取缔，并在医学临床的骨折内固定和骨缺损修复等环节中起到至关重要的作用。

(3)组织工程支架材料

组织工程支架的作用不仅包括构建组织工程化，为相应的细胞组织提供更好的适宜环境，还包括在组织结构降解消失的同时，向空间环境提供全新的细胞和组织结构。这类工程结构不仅仅能够有利于细胞汲取营养、保障气体交换、引导废物排泄以及功能代谢，更是形成新的组织形态、新的性能功能、新的结构体系和新器官的重要基础。基于此，为了进一步发展和推进组织工程的研究工作，需要严谨的对待组织工程的支架材料，进一步保障其巨大的潜在经济效益和应用背景。而聚乳酸作为一种组织工程支架材料，经过不断的研究和发展，由早期的材料培养细胞组织转变为生长出组织器官，最终缓缓降解，被肌体吸收。

(4)药物缓释材料

药物缓释是结合了物理及化学两种方法的一个释放过程。在整个过程中小分子药物和高分子载体得到了进一步的扩散和渗透，有效保障了小分子药物的释放过程，并保持整个释放过程的可持续稳定发展，从而发挥出药物应具有的功效。其中的药物缓释材料，不仅仅代表着整个体系的重要组成环节，更是影响释放速度和药物治疗效果的关键因素。基于此，生物相容性和可降解性的良好程度能够有效帮助小分子化合物的体内降解过程，进而使得其能够有效被机体代谢、吸收及排泄。

①1977年，美国的FDA就对聚乳酸的功效进行了权威的认证，控制聚酯类缓释药的基质，能够在体内降解为乳酸，也不会在体内产生积蓄，使其得不到排泄。它从临床应用上被使用在医用手术缝合线、注射用胶囊等基础材料和辅助材料之上。

②当前阶段的PLGA除了应用在多元化的控制释剂之中，并被广泛应用于注射、口服等主要释药组分之中，还运用在抗生素、疫苗、神经系统用药等多个领域之中。除此之外，相关的研究人员和科学家还积极研发新型技术，利用超高速无针注射系统，导入微球的形式，使得其能够通过角质层逐渐释放到表皮和真皮中，能够使得患者免于疼痛的影响，从而能够更好的接受临床治疗。

(5)眼科植入材料

近年来，在眼表组织的工程重建及技术发展背景下，眼科治疗中由于各种因素导致患者失明的眼表疾病得到了全新的治疗途径发展。而结合临床分析，可以得出当前阶段最为理想的途径则是利用组织工程建立的眼表植片。

①一般会使用可降解材料作为使用保障，然后才会进行体外的细胞培养以此获得多层细胞和与供体眼角膜、结膜所相似的眼表植片，从而更好的修复眼表出现的损伤。

②为了进一步证明PLGA是能够促进细胞之间的粘附性和增生程度，需要将其充当为结膜重建的必要材料。然后对种植在此材料之上的角膜上皮细胞与间质纤维细胞的悬液做进一步的观察。与此同时，还要在此基础之上，有效利用PLGA膜包裹着的多孔羟基磷灰石义眼台，会发现其具有十分优越的生物相容性，能够有效缓解不良反应和刺激影响，并使得整个植入操作的流程显得方便、简单。

③生物的可降解材料是一个酶解的过程，整个体内材料的形态结构变化、理化性质特征以及降解机制过程等内容都是不太明确的。基于一定的科学研究背景，分子量的均一性仍会对具体的材料性质变化产生影响，而这些问题都是当前技术完成不了的内容。对于目前技术不能获得均一分子产物这一局限性，会在某种程度上使得可降解材料的降解时间及其生产量受到严重的冲击和影响。

(6)口腔医学中应用

①PLA微夹板、螺钉

第一，这类可吸收性强的聚合材料强度高，能够有效应用在领面部骨折的内固定环节。由于其生物相容性好，也能够有效在体内进行降解，并使得整个区域由新生的骨组织进行有效代替。第二，采取比例70:30的聚L乳酸和聚DL乳酸的微夹板、螺钉来对多例面部骨折、术后畸形、唇腭裂病人进行内固定。经过对比实践分析，能够发现在此背景下的内固定体系会更加容易操作、手术的时间也大大减少，其结构的强度和稳定性也有了显著性的提升。第三，在传统背景下使用的金属夹板尽管在强度方面能够有效保证骨折的愈合，但是有可能会产生异物反应，进而使得整个治疗过程由于应力中断而导致骨质疏松和病理性骨折等现象。

②PLA引导组织再生膜

此项技术是有效促进种植体周围的骨缺损修复的重要手段。一般来说，是需要采取外科方式，构建一个物理屏障，之后有选择的将不同的牙周组织给分隔开。从而有效预防牙龈上皮以及结缔组织面向根面生长，出现一定的空间。与此同时，需要科学诱导牙周组织和牙周膜细胞呈现一个冠向的移动和分化生长，注意过程中的科学性和合理性。最终实现牙周膜、牙槽骨、牙骨质再生，从而使得牙周形成新的附着。

其中一个理想状态的引导组织再生（GTR）膜材料必须要具备以下几点特质：

第一，具备良好的硬度、生物相容性以及柔韧性，这样才能够更好的保护血凝块。第二，具备良好的骨引导性，可吸收性，确保不需要二次手术来取出。

PLA膜是完全符合上述需要的，并且更加适用于眼翻瓣术、半厚瓣提升术。与此同时，它也适用于针对口腔种植手术过程中组织瓣和骨膜的缝合，能够更好的提升组织与种植体的适应程度。PLA膜虽然也有一定的缺点，但是在当前医学发展背景下，PLA-GTR技术已经成为了口腔医学治疗中可以成熟使用的种植体周围骨缺损与牙周炎骨缺损的治疗手段。

③PLA组织工程再造术支架

新型复合材料（ECM）可以为细胞的生长提供一定的支持和保护，更是与细胞之间进行相互调节、相互作用的重要形态过程。与此同时，ECM还在一定程度上能够影响到细胞的存活、转移、增值以及代谢。近年来，被广泛使用的ECM材料则是PLA和PLA-PGA共聚体两种。

当前，PLA利用组织工程学的形式，在实验中制作出了与人体正常组织结构外形和性能相似的组织结构，实现了形态重组和功能恢复。其中最为常见的组织工程再造术的材料就是PLA、PGA及其复合物。相关人员利用大鼠骨髓基质细胞种植于PLGA泡沫，再将复合物移植于大鼠肠系膜观察其成骨能力，能够发现在一周之后，复合物中出现了矿化骨的组织。因此证明了将PLA、PGA作为软骨细胞体外培养基质材料，能够通过组织工程方法获得新生软骨。基于此，将PLA、PGA用作软骨细胞体外注人成骨细胞和软骨细胞的三维生物支架，植入体内后，可以形成功能与形态相似裸状突的复合组织，即PLA组织工程再造术支架。除此之外，在PLA和PGA在组织工程细胞外基质的材料上应用仍存在许多的问题，如亲水性差、细胞吸附能力弱、机械性能强度低、无菌性炎症的感染频发等等，这些都是需要相关人员所注意的。