可降解高分子材料在医疗器械中的应用

1高分子材料

随着高分子材料的不断发展,其应用已广泛地覆盖到了生活的每个角落。高分子材料在我们的生产和生活中有着十分重要的作用。所谓高分子材料,是通过化学键的作用由大量的小分子化合物聚合而成的,也就是我们常说的"聚合物"。随着科研技术和工艺能力的不断提升,高分子材料在医疗器械中被大量应用。例如HDPE、LDPE常用于医疗器械的产品包装:Pebax高分子材料具有相当广泛的硬度范围及良好的回弹性,可用于挤出各种医用导管。

根据不同的医用导管对柔韧性和推送性的不同需求,可采用不同牌号的粒料挤出不同性能的管材:一些高分子聚合物的丝材可用于支架植入物的编织工艺,比如鼻窦支架的制备就是采用了高分子材料的编织工艺成型。随着工艺技术的提高和临床需求的日趋多样化,医用级高分子原材料在医疗器械中的运用将会更加广泛。

2生物可降解材料

可降解生物高分子材料在医疗行业的应用正变得越来越广泛,比如用于医疗器械产品的包装可以大幅降低医用垃圾的处理难度:用于医疗器械产品的制作,可使植入器械得以自行安全降解,例如生物可降解鼻窦支架,和非可降解的支架相比,免去了病人二次手术的痛苦,也降低了相应的医疗费用。生物可降解高分子材料的降解是依靠粘附于材料表面的微生物、微生物分泌酶进行水解、氧化,分解成相对分子量小于500的小分子化合物,再经过吸收、代谢,分解成二氧化碳和水,最终被吸收或排泄出体外。植入级产品对于生物可降解材料的安全性能要求会更高一些:首先,必须保证其具有一定的生物相容性,不能与人体或组织发生排斥:其次,必须保证降解行为是发生在康复之后:再次,可降解生物高分子材料的降解产物必须能被排出体外,或者被正常代谢掉:最后,植入级产品的结构设计和物理学性能必须均符合要求,不能损害正常人体活动,也不能使产品既有结构遭到损坏而影响疗效。

以非血管内支架为例,人体皮肤组织愈合期为3~10天,膜组织的愈合期是15~30天[3],我们希望在生物的组织愈合期间内,植入的可降解器械的分化降解能够与这一时间保持一致。比如PGA、PLA、PCL与它们的共聚物,因含有的毒素量少,结构牢固度不高,在医疗器械中被广泛应用。其在高聚物的状态下,有着很好的性能和强度,降解周期长,可以做骨科植入器械的原材料:在低聚物的状态下,分化速度又比较快,可以用于输送药物系统等。与此同时,PGA、PLA、PCL的生物相容性也比较好。

3血管内支架的应用

心血管冠脉支架在过去的临床中大多使用金属不可降解支架,技术已经趋于稳定成熟。近几年,生物可吸收冠脉支架的研发成为了医疗器械领域的热点,目前我国首个国产生物可吸收冠脉支架已经获得国家药监局批准上市。可吸收支架被称为"冠脉介入治疗的第四次技术革命"。与不可吸收支架相比,可吸收支架具有良好的生物相容性和吸收性,可以为植入部位提供有效支撑,保证血管的通畅:支架吸收后,其分解产物可以被人体吸收、利用或者排泄出体外,靶血管内没有异物残留,血管舒缩功能得到有效恢复,同时也为后期干预留有余地。该支架的基体及药物载体涂层分别由可吸收材料左旋聚乳酸(PLLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)制成,支架基体和涂层可在体内逐步被生物降解和吸收,无永久性支架留存患者体内。PLLA是很常用的生物可降解高分子材料,它无毒、可生物降解吸收且生物相容性好,降解周期为2~12个月,降解周期可以根据加入修饰剂的不同来调整。PLLA在生物体内降解,最终形成二氧化碳和水。

尽管临床研究表示,现阶段的生物可吸收冠脉支架的植入可能会有增加心脏不良事件的风险,但是生物可降解技术的应用是未来医疗器械发展的趋势,随着技术水平的不断提升,临床研究的不断进步,我们相信生物可吸收冠脉支架将逐渐扩大其适应症并逐步趋于主导地位。

4非血管内支架的应用

生物可降解高分子材料在非血管内支架上也有所应用。早在2011年,美国食品药品监督管理局(FDA)就认证了一款名叫"Propel"的鼻窦支架,Meta分析其可减少35%的术后再次手术干预。该产品一直在向生物可吸收药物洗脱的方向研发改善。浦易(上海)生物科技有限公司生产的"全降解鼻窦药物支架系统"在2017年获得了中国药监局的上市核准,支架材料为丙交酯-乙交酯共聚物,药物涂层由药物糠酸莫米松、丙交酯-乙交酯共聚物、聚乙二醇组成,适用于慢性鼻窦炎实施功能性内窥镜鼻窦手术(FESS)患者,能够防止FESS术后粘连,保持鼻腔通畅,减少炎症。

该支架产品利用生物可降解高分子丝材作为原材料,通过编织成型、热处理定型等工艺方法实现。有研究对FESS术后植入可吸收和不可吸收材料的临床结果进行了统计研究,显然有一些证据支持可吸收填充物优于不可吸收填充物的观点[4]:并且在鼻窦手术中使用支架和药物洗脱支架的趋势也越来越明显,药物涂层支架有利于帮助药物达到病变部位,以减少炎症和感染等。

5结语

理想的可降解支架应该具有最佳的生物相容性、足够的支撑强度、优良的血管顺应性以及科学的降解时间,而且冠脉支架从金属裸支架到药物涂层支架再到生物可降解支架技术的成熟发展也给非血管支架的材料设计、制备工艺和药物喷涂等技术提供了良好的技术指引。从目前可降解高分子材料在血管内和非血管内支架器械中的应用情况来看,生物可降解产品在目前的市场上确实对不可降解产品有所冲击,但二者各有利弊[5],我们应该辩证看待二者的关系,针对不同的病症和临床需求,选择最妥善的产品制备方案。

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