可吸收性材料CPP生物安全性评价

1、    可吸收性材料CPP生物安全性评价            作者：时间：2007-11-22 11:30:00                            

2、    作者：杨团民，张庆华，薛金山，贺增良，李毅，焦宁，张文【关键词】  聚磷酸钙纤维；可吸收性植入物；毒理学；安全性Biological security evaluation of an absorbable CPP material【Abstract】 AIM: To evaluate the biological security of a new kind of absorbable CPP material used for internal fixation of fracture. METHODS: Maximal tolerant d

3、ose of CPP was determined by intraperitoneal (ip) injection of its extractives to mice, and micronucleus test of bone marrow cells, spermatic aberration test, chromosomal aberration test, and teratogenic test were done by ip injection of maximal tolerant dose of CPP to evaluate its biological securi

4、ty. CPP intramuscular implantation was performed to observe its surrounding tissue reaction and evaluate its biological compatibility. RESULTS: Maximal tolerant dose of CPP extractives was above 40 mL/kg, and this dose did not have any obvious effects on micronucleus rate of bone marrow cells (1.36&

5、#177;0.27), chromosomal aberration rate (1.94±0.46)%, spermatic aberration rate (1.51±0.37)% and teratogenic rate (1.84±0.55)% when compared with controls. CPP intramuscular implantation also did not cause obvious surrounding tissue inflammatory reaction. CONCLUSION: CPP is a new safe

6、 medical material with good tissue compatibility.【Keywords】 calcium polyphosphate fibers; absorbable implants; toxicology; security【摘要】 目的: 评价CPP材料的生物安全性. 方法: 采用聚磷酸钙（CPP）材料萃出液腹腔注射（IP）最大允许剂量，进行了该材料最大耐受量测定，并用IP最大耐受量进行了小鼠骨髓细胞微核试验、小鼠精子畸变试验、小鼠骨髓细胞染色体畸变试验、致畸试验等毒理学试验，评价其安全性；同时采用体内肌肉包埋法，观测其对对周围组织的反应，对CPP材料生

7、物相容性进行评价. 结果: CPP材料萃出液的最大耐受量大于40 mL/kg，最大耐受量的CPP对小鼠骨髓细胞微核率(1.36±0.27)，小鼠骨髓细胞染色体畸变率（1.94±0.46)%和小鼠精子畸变率（1.51±0.37）%，致畸试验畸发率(1.84±0.55)%和对照组比差异无统计学意义(P>0.05)，CPP材料肌肉包埋后组织反应不明显. 结论: CPP材料是一种安全而理想的可吸收性生物医用材料.【关键词】 聚磷酸钙纤维；可吸收性植入物；毒理学；安全性0引言为研制可吸收性高强度骨折内固定复合材料，我们选用在化学和晶体学特征上与人体骨矿物质相

8、近的聚磷酸钙（calcium polyphosphate, CPP）,经熔融抽丝工艺制得可吸收性高强度复合材料增强物CPP纤维，为判定其是否满足医用要求，我们参照国内外相关文献，采用CPP材料萃出液腹腔注射最大允许剂量，进行了该材料毒理学试验；同时采用体内肌肉包埋，观测其对组织学的反应，对CPP材料安全性进行评价.1材料和方法1.1材料1.2方法统计学处理：应用SPSS 12.0统计软件包进行统计分析,经检验,实验数据均符合正态分布,故采用x±s表示，组间比较采用KruskalWallis检验,多重比较采用Nemenyi检验.2结果2.1CPP材料萃出液最大耐受量预试验结果 

9、;   表明，CPP材料基本无毒，测不到LD50；最大耐受量测定结果表明，一次腹腔注射 CPP材料萃出液每1 kg质量40 mL，观察7 d内小鼠未见死亡，也未见异常反应. 说明CPP材料萃出液对小鼠的最大耐受量大于40 mL/kg.2.2小鼠骨髓细胞微核试验CPP组的微核细胞数和阴性对照组相似，差异无统计学意义(P>0.05)，而环磷酰胺组的微核细胞数，和阴性对照组相比差异有统计学意义(P<0.01，表1).表1CPP材料萃出液对小鼠微核发生率的影响（略）2.3小鼠精子畸变CPP组的精子畸变率和阴性对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)，而

10、阳性对照组的精子畸变率和阴性对照组相比差异有统计学意义(P<0.01，表2).2.4小鼠骨髓细胞染色体畸变CPP组的染色体畸变率和阴性对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)，而阳性对照组的染色体畸变率和阴性对照组相比差异有统计学意义(P<0.01，表2).2.5致畸CPP组和对照组胚仔外观和内脏发育未出现明显畸变. 而乙酰水杨酸组则出现胚仔头面与身体的畸形如脑露、脊椎裂，侧脑室扩大，脑骨、骨柄、颞骨、蝶骨、枕骨的未骨化和骨化不全等，总畸变率为（80.10±11.00）%（表2）.表2CPP材料毒理学检测结果（略）2.6CPP材料肌肉植入试验对兔肌肉组织反应261

11、实验动物的大体观察所有动物均成活，伤口无红肿，愈合良好，无感染及窦道产生，未见变态反应、中毒及热源反应. 手术伤口愈合良好，未见感染及窦道产生.262试件标本的大体观察术后1 wk，试件表面光泽稍暗淡，光滑平整；4 wk，试件形态无变化，透明度稍有降低；8 wk，试件透明度呈不均匀降低，形态仍无变化；12 wk，试件呈不均匀乳白色，表面光洁度下降， 试件仍完整，表面有点凹状吸收.263组织切片光镜观察CPP棒植入兔竖脊肌后HE染色观察：1 wk，未见纤维囊形成，可见较多的炎性细胞浸润，以中性粒细胞和淋巴细胞为主，淋巴细胞相对较多，偶见巨细胞反应(图1)；4 wk后，可见大量成纤维细胞形成，炎性

12、细胞少见，纤维包膜界限较清晰(图2)；8 wk后，纤维包膜界限清晰，厚度较4 wk时变薄，可见少许淋巴细胞(图3). 12 wk胶原纤维致密变薄，成纤维细胞减少，只见少量淋巴细胞(图4). PMMA组肌肉组织学变化与试验组无明显差异. 实验结果符合国标（GB/T161751996）5中对医用有机材料植入生物学评价试验的要求，说明材料对周围组织无刺激性.3讨论生物相容性要求医用材料植入体内后，必须对人体无毒性、无刺激性、无抗原性、无遗传毒性和致癌性，与组织、细胞接触无任何不良反应. 因此，材料的生物相容性优劣是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问题.较多的炎性细胞浸润，以中性粒细胞和淋巴细胞为

13、主，淋巴细胞相对较多，偶见巨细胞反应.作为体内植入的可吸收性生物医用材料，对其生物学特性要求极为严格. 在一种新型材料临床应用前，须完成其毒理学特性检测，综合评定其生物学特性是否符合医用要求6-7. 为此，我们对这一新型材料毒理学进行了评价，为其应用于骨科临床提供重要的理论依据. 毒理学实验结果表明， 最大耐受量的CPP材料不影响小鼠骨髓细胞微核率、小鼠骨髓细胞染色体畸变率和小鼠精子畸变率，致畸试验阴性，说明CPP材料对机体无毒.胶原纤维致密变薄，成纤维细胞减少，只见少量淋巴细胞.当医用材料植入体内某一部位时，局部的组织对异物的反应属于一种机体防御性应答反应，植入物体周围组织将出现白细胞、淋巴

14、细胞和吞噬细胞聚集，发生不同程度的应激反应. 当材料有毒性物质渗出时，就会出现局部炎症不断加剧，严重时出现组织坏死. 植入物在体内长期存在时，材料被淋巴细胞、成纤维细胞和胶原纤维包裹，形成纤维性包裹，使正常组织和材料隔开. 如果材料无任何毒性，性能比较稳定，组织相容性良好，则在0.5 a，1 a或更长时间包裹囊变薄，囊壁中的淋巴细胞消失，在显微镜下只见到很薄的12层成纤维细胞形成的无炎性反应的正常包膜囊.植入试验是目前国际上通用的评价医用生物材料对组织毒性刺激反应、生物材料安全性的一种重要的体内实验方法. 在无明显损伤和感染条件下，若材料中无有害物质存在，组织反应在早期呈现异物刺激引起的轻、中

15、度炎症反应，2 wk以后转化为慢性炎症病理变化. 材料中任何低分子物质或其他化学溶剂的存在，都将影响炎症反应时间的长短和囊壁形成的厚薄及疏密. 一些学者认为，将CPC植入体内后，能与周围组织良好共存，未发现正常生理过程出现改变，未见明显炎性反应， 无异物巨细胞及排斥反应出现，未发现有致畸性8-12. 本材料植入兔肌肉后亦得出类似试验结果，符合标准要求；肌肉内植入后早期有轻度炎性反应，后期形成薄层包膜，与常规对照组无明显差异. 说明CPP材料安全性良好.上述毒理学检测及安全性评定结果表明，CPP材料对机体无毒，对周围组织反应小，并具有良好生物相容性，是一安全而理想的可吸收性生物医用材料.【参考文

16、献】1常青,石宗利,李重庵. 聚磷酸钙可降解纤维研究J. 环境科学,1997, 18（2）:52-53.2石宗利,戴刚,李重庵, 等. 一种新型骨组织工程材料CPP纤维的制备和性能J. 兰州大学学报(自然科学版)，2001, 37（2）：47-51.3General Tests and Assays: Biological Tests and Assays. The United States Pharmacopeia (USP) 23. The United States Pharmacopeial Convention, Inc. M. 1995: 1650-1720.4GB 151939

17、4，中华人民共和国国家标准食品安全性毒理学评价程序及方法S6Ruhe PQ, Hedberg EL, Padron NT. Biocompatibility and degradation of poly (DLlacticcoglycolic acid)/calcium phosphate cement composites J. J Biomed Mater Res A, 2005, 74(4): 533-544.7杨成明. 生物医学工程的基础与临床M. 天津:天津科学技术出版社,1988：144-151.8同志超，王坤正，陈君长，等. 自制磷酸钙骨水泥人工骨的生物安全性J. 西安交通大学

18、学报（医学版），2004, 25（1）：51-53.9Xu HH, Simon CG Jr. Fast setting calcium phosphatechitosan scaffolds: mechanical properties and biocompatibility J. Biomaterials, 2005, 26(12): 1337-1348.10Yang XB, Webb D, Blaker J, et al. Evaluation of human bone marrow stromal cell growth on biodegradable polymer/bioglass composites J. Biochem Biophys Res