医用植入物材料的异物反应和改良方法

医用植入物材料的异物反应和改良方法【摘要】医用植入物材料会产生异物生物学反应，虽然至今尚无不引起生物学反应的完全“惰性”材料，植入材料的反应程度可以通过对材料的物理、化学性质的周密设计而降低，本文就医用植入材料的异物反应和改良方法进行综述。【关键词】医用植入物材料；异物反应；植入式生物传感器材料植入体内会引起宿主的反应，包括局部反应、全身毒性反应、过敏反应、免疫反应及致畸致癌致突变，因此一种成功的生物医用材料所引起的宿主反应应保持在生物可接受水平之上。生物材料的性能要求一方面必须满足功能性，另一方面必须满足与生物长期或短期接触所需要的与生物体的相容性［1］。1可植入生物材料相关的局部组织反应生物材料植入体内过程与一般创伤过程及异物侵入过程相似。在体内植入研究中，局部炎性反应或免疫刺激是观察材料与机体反应的重要内容。生物材料植入体内是一个创伤过程，因此植入后局部反应与典型的创伤愈合过程非常相似。一般来说愈合过程主要为炎症期和修复期，由于材料在体内长期存在，成为一个持续的炎性刺激物，局部炎性细胞活性增强，这样炎症期可以延长，修复期也会延长，创伤后炎症修复时间的长短和程度主要取决于植入物的生物相容性和生物降解性［2］。1.1炎细胞浸润体内植入反应与一般创伤后的炎性反应相似，在早期有轻度的无菌性炎症反应，浸润的细胞包括淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞，单核细胞、嗜酸性粒细胞，有时可见红细胞。材料周围组织中早期为淋巴细胞和少量嗜酸性粒细胞浸润，8周以后，主要是淋巴细胞浸润。炎细胞的浸润在包膜未形成前主要在材料与局部组织接触处；而在材料形成后，炎性浸润主要出现材料和包膜间。炎症细胞在材料破损处可有小穴的地方增多，并包绕材料碎片。近来有研究表明单核细胞趋化蛋白及单核细胞炎性蛋白在失败的关节成形术的标本中被发现，其作用是诱导单核细胞迁移到炎症部位。同时补体在炎细胞浸润中也起着重要作用，这个过程开始于一些血浆蛋白如补体活化产物与材料表面接触粘着，诱发细胞反应使炎性反应达到高峰［3］。1.2异物巨噬细胞的形成植入物在整个植入周期除炎症细胞浸润外，其中尚有异物巨噬细胞出现，这表明材料植入引起的组织反应是一种异物反应，一般出现在材料植入后2周左右。异物反应和异物清除过程中起主要作用的是单核细胞和异物巨细胞。异物组织反应的最终结果会形成纤维包裹和异物肉芽肿，另外可出现嗜酸性粒细胞浸润现象，这可能是异物刺激引起自身免疫反应的结果［4］。1.3纤维包膜的形成生物材料植入体内一段时间后，均可在材料周围见到一层纤维包膜。纤维包膜的形成不仅局限了植入物，阻止了其向四周迁移扩散，而且阻碍了材料与局部组织的进一步接触［5］。因此对生物工程方面研究的可植入材料而言，纤维包膜的形成是不利的。在再生血管、关节，医用传感器，人工器官，人工乳房等新兴应用领域里，这些过度生长的胶原是有害的。例如，生物传感器需要分析液扩散到传感器的感应膜上来实现某些特殊的功能，异物反应膜对传感器的测量精度造成了一定的影响［6］。2改良方法医用植入材料的生物化改良是当前生物材料的主要研究方向，不仅要求植入物与人体组织能相容，而且还要求植入物能成为机体组织的组成部分，参与人体的生命活动，从而达到生物材料生物化的理想境界［7］。多种因素影响植入材料在人体内稳定性和寿命，研究者现在主要从以下几个方面进行改良。2.1实验器材手术中每一步的差异都可能造成植入材料在体内经历不一样的异物反应。可以看出，材料动物肌肉内植入有两种途径，一种是常规手术法，切开皮肤及皮下组织，分离至肌肉组织直接植入。二是采取注射法，用大号针直接经皮肤穿入肌肉内，将材料通过针芯送入。另外皮下、肌肉、脂肪、肌腱等不同部位有不同的生理环境，对同一种材料的反应会有很大差异。2.2药物控制新型多孔聚乙烯（PPE）在植入高浓度的血管内皮生长因子等之后，即使是在对植入不利的条件下，材料的生物相容性也提高了。甾体非甾体抗炎药是临床上经常使用的抗炎药，其中肾上腺皮质激素可以抑制炎症介质（白三烯、前列腺素）的形成和分泌，进而减少植入部位炎细胞数，减少毛细血管通透性，抑制纤维母细胞增生，但是长期应用会产生一定副作用［8］。2.3提高材料性能2.3.1提高材料本身性能，辐射作为一种加工手段，可用于医用高分子生物材料的选择性合成与改进，使之适用于特定的场合。分析和比较不同单体及高聚物的特点，可以在一定范围内随心所欲地选择单体组装成具备不同性能和功能的新材料［9］。2.3.2采用表面处理的方法对生物材料进行表面改进。当植入材料进入体内，细胞膜表面的受体积极寻找与之接触的材料表面所能提供的信号，以识别所接触材料为自体或是异体，只有生物相容性适宜，植入材料才能被生物体认同。对材料表面进行修饰是通过生物化处理及分子设计使表面结构具有有序性、特定分子间的可识别性和运动性，构建新型生物材料［4］。2.3.3引入相应官能团。以生物大分子中特定的官能团为依据，在生物材料的表面，特别是高分子材料上引入相应官能团，把材料对体液成分的无规则吸附变为选择性吸附。通过这个途径可以提高生物材料的许多生物学功能，其中包括抗凝血性，与抗体结合的活性以及生长因子、酶及多肽等生物活性物质固定在材料的表面，通过表面修饰构建新一代的生物材料［10］。2.4减少生物材料包膜不少研究致力于减少纤维包膜厚度，增加包膜血管生成，减少或消除异物反应，进而提高植入器械在体内的使用时间和功能作用。Sharkawy等对具有不同孔隙的生物材料进行研究，证明孔径大小也是纤维包膜形成的重要因素，对植入器械的改性有重要的意义［11］。3结语医用植入物材料引起的异物反应是个非常复杂的问题，不仅限制了植入装置的功能，还影响着病人的健康，虽然一直以来科学家们都在寻找合理的方法，但是仍没有十分完美的材料来满足临床的应用。随着科技的不断进步，相信在不久的将来，新的解决方案将被探索。参考文献AdamSharkawy,BruceKlitzman,GeorgeA.TruskeyEngineeringthetissuewhichencapsulatessubcutaneousimplantsI.Diffusionproperties,1997，37(3)：401-12.王莉莎，罗艳丽.医用植入物材料与宿主相互作用及生物安全性.中国组织工程研究与临床康复,2008,12(49):76-7.JamesM.Anderson,AnalizRodriguezandDavidT.ChangForeignbodyreactiontobiomaterials.SeminImmunol，2008，20(2)：86-100.Strieth,S.,T.Weger,etal.Biocompatibilityofporouspolyethyleneimplantstissue-engineeredbyextracellularmatrixandVEGF.JournalofBiomedicalMaterialsResearch，2009，93(4)，156673.JacquelineM，Morais.BiomaterialsTissueInteractions:PossibleSolutionstoOvercomeForeignBodyResponse.AAPSJ.2010，12(2)：188-96.NadjaHenninger,StefanieWoderer,Hans-MartinKloetzer.Tissueresponsetosubcutaneousimplantationofglucose-oxidase-basedglucosesensorsinrats.BiosensBioelectron，2007，23(1)：26-34.毕胜，李世荣等.生物材料植入体内的局部组织反应.第四届全国中青年医学美学与美容学术大会.W.KennethWard,M.D.AReviewoftheForeign-bodyResponsetoSubcutaneously-implantedDevices:TheRoleofMacrophages.JournalofDiabetesScienceandTechnology.2008，2(5)：65-6.PaulDungel,1NathanLong,1BazhangYu.Studyoftheeffectsoftissuereactionsonthefunctionofimplantedglucosesensors.JBiomedMaterResA,2008,85(3):6