形狀記憶聚合物聚己內(nèi)酯的生物相容性及捆綁效果研究.pdf

1、最早是在20世紀(jì)60年代，可吸收生物材料這種新型材料首次被用作一種可吸收內(nèi)固定治療骨折的研究。隨著時(shí)間的推移，可吸收材料越來(lái)越多的被人們研究，被運(yùn)用到生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是生物醫(yī)學(xué)。通過(guò)報(bào)道可知可吸收生物材料被用于生物醫(yī)學(xué)很多方面，包括手術(shù)縫線、骨折的修復(fù)、牙齒畸形矯正、智能藥物緩釋載體、手足關(guān)節(jié)融合術(shù)的治療等等許多方面，其中都有很多成功的運(yùn)用案例，可生物降解的植入物近年來(lái)吸引了越來(lái)越多的目光。對(duì)可生物降解植入物研究的主要驅(qū)動(dòng)力源自于他

2、們?cè)谏憝h(huán)境下可以逐步降解的特性，相比與永久植入物，可生物降解材料在植入人體后，逐漸失去作用，慢慢降解直到完全消失，所以這類(lèi)材料可以降低甚至排除永久性植入物帶來(lái)的許多問(wèn)題、例如長(zhǎng)期的內(nèi)皮損傷、機(jī)械性刺激和局部慢性炎癥等等。
　　骨科最常用的植入生物降解材料主要分為可吸收陶瓷、可降解金屬、可降解高分子材料?？晌丈锾沾桑ù砦锪姿崛}），優(yōu)點(diǎn)主要是具有良好的生物相容性，較少發(fā)生炎癥和排斥反應(yīng)，無(wú)生物毒性，且其力學(xué)性能良好，能承受較

3、大的應(yīng)力與機(jī)械損耗，缺點(diǎn)是這類(lèi)材料脆性較大，抗拉、抗剪、抗扭這方面性能較差?？山到饨饘伲ù砦镦V合金、鋅合金、鐵合金），優(yōu)點(diǎn)是金屬的力學(xué)強(qiáng)度較好，又有良好的延展性，缺點(diǎn)這類(lèi)合金降解速度較快，往往引起機(jī)械完整性的損失，手術(shù)后一周快速形成的氫氣泡也是制約其發(fā)展的另一大因素?？晌崭叻肿硬牧舷啾扔谄溆嘀踩胛?，具有良好的生物相容性，降解緩慢，可以保證植入固定的有效性的同時(shí)又可避免快速降解導(dǎo)致的不良后果，而且降解的產(chǎn)物可安全從人體排出，安全性較好

4、，主要代表物有聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚氨酯等等。
　　19世紀(jì)40年代人們首次提出形狀記憶這一概念，但是形狀記憶這一概念是在20世紀(jì)60年代被各領(lǐng)域?qū)＜抑匾?，交?lián)聚乙烯作為熱收縮管時(shí)引起了大家廣泛的注意，后續(xù)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，在90年代得到飛速發(fā)展，在最近10年更是取得了重大的進(jìn)步。形狀記憶材料成為一種非常智能的新型醫(yī)學(xué)材料，我們能對(duì)其進(jìn)行一系列的性能設(shè)計(jì)、改造，使這種新型材料來(lái)滿足生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各種要求。
　　形狀記

5、憶聚合物（shape memory polymers，SMP），又稱為形狀記憶高分子，20世紀(jì)50年代首次出現(xiàn)對(duì)形狀記憶現(xiàn)象的描述，當(dāng)時(shí)所用的形狀記憶聚合物是輻照交聯(lián)聚乙烯。20世紀(jì)70年代，因?yàn)槊绹?guó)航天局對(duì)形狀記憶聚合物在航天領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)運(yùn)用，引起了人們對(duì)其的廣泛興趣。1984年，法國(guó)設(shè)計(jì)了首例形狀記憶聚合物—聚降冰片烯，相隔不久，日本成功開(kāi)發(fā)了熱塑性形狀記憶聚合物，2001年，Andreas Lendlein對(duì)形狀記憶聚合物做了系統(tǒng)的

6、研究，并研究了一系列可用于生物醫(yī)學(xué)的可降解形狀記憶聚合物—聚氨酯，廣泛用于牙科矯形、骨科矯形和藥物載體等方面。隨后20余年的發(fā)展，人們不斷的完善形狀記憶聚合物的性能，使得形狀記憶聚合物越來(lái)越多的應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。到如今，形狀記憶聚合物已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
　　目的:
　　本研究針對(duì)醫(yī)用可降解形狀記憶材料的體外生物相容性及其制備的捆綁帶在動(dòng)物體內(nèi)安全有效性的初步研究，為該材料后續(xù)的進(jìn)一步研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ);
　　

7、方法:
　　第一部分
　　將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞3T3-L1細(xì)胞復(fù)蘇培養(yǎng)，接種到六孔細(xì)胞培養(yǎng)板上，每組4復(fù)孔，分材料組和對(duì)照組。在細(xì)胞爬片完后，我們用免疫組化技術(shù)檢測(cè)波形蛋白表達(dá)情況，觀察對(duì)照組與材料組表達(dá)強(qiáng)弱有無(wú)區(qū)別。
　　用復(fù)蘇好的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞3T3-L1細(xì)胞接種到六孔細(xì)胞培養(yǎng)板上，每組3復(fù)孔。利用臺(tái)酚藍(lán)染色、細(xì)胞計(jì)數(shù)記錄細(xì)胞生長(zhǎng)曲線，利用流式檢測(cè)法檢測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)各期增值情況，觀察材料組和對(duì)照組細(xì)胞周期有無(wú)明顯變

8、化。
　　第二部分
　　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程:新西蘭大白兔脛骨不完全離斷作為動(dòng)物骨折模型，模擬臨床骨科手術(shù)時(shí)骨片的固定，利用可降解形狀記憶捆綁帶固定骨折骨片。術(shù)后給予抗感染治療、夾板固定，2周后給予X光檢查骨片在位情況，分組，把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分為A（8周組）、B（14周組）、C(20周組)三組，8周后給予草坪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，術(shù)后8周、14周、20周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況觀察、捆綁帶骨片大體情況觀察、捆綁帶捆綁強(qiáng)度的檢測(cè)、X片觀察、各臟器包

9、埋、染色、切片、組織學(xué)觀察，從而大體分析可降解形狀記憶捆綁帶在動(dòng)物體內(nèi)捆綁有效性及安全性。
　　結(jié)果:
　　免疫組化實(shí)驗(yàn):細(xì)胞接種到材料組后沒(méi)有發(fā)生明顯的細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變，材料組和對(duì)照組細(xì)胞均生長(zhǎng)良好，細(xì)胞形態(tài)正常，呈放射狀緊密排列，對(duì)照組與材料組細(xì)胞均無(wú)明顯的壞死、萎縮、破裂等情況。對(duì)照組與材料組細(xì)胞生長(zhǎng)情況沒(méi)有明顯的差別。
　　細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn):把消化好細(xì)胞按2×105接種到對(duì)照組與材料組6孔板上，按細(xì)胞接種1d、3d

10、、5d、7d，4個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)，對(duì)照組與材料組細(xì)胞都能有序的增殖，接種后材料組第一天平均2.49×105個(gè)細(xì)胞，第三天平均4.38×105個(gè)細(xì)胞，第五天平均8.68×105個(gè)細(xì)胞，第七天平均15.2×105個(gè)細(xì)胞;對(duì)照組第一天平均2.50×105個(gè)細(xì)胞，第三天平均4.29×105個(gè)細(xì)胞，第五天平均8.84×105個(gè)細(xì)胞，第七天平均14.6×105個(gè)細(xì)胞，把對(duì)照組與材料組細(xì)胞計(jì)數(shù)繪制增殖曲線可看出，材料組與對(duì)照組無(wú)明顯差別。CCK檢

11、測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)細(xì)胞增值，對(duì)照組和材料組細(xì)胞都呈現(xiàn)增殖趨勢(shì)，吸光度值增長(zhǎng)速度相近，趨勢(shì)無(wú)明顯差異。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)t檢驗(yàn)對(duì)比材料組和對(duì)照組各組數(shù)據(jù)P＞0.05，差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，從而得知該形狀記憶聚合物對(duì)細(xì)胞增殖無(wú)明顯影響。
　　細(xì)胞周期實(shí)驗(yàn):流式實(shí)驗(yàn)檢測(cè)材料組和對(duì)照組細(xì)胞周期G1期、S期、G2期所占比，得出的結(jié)果顯示對(duì)照組與材料組細(xì)胞各細(xì)胞周期所占比相似，利用t檢驗(yàn)分析對(duì)照組與材料組細(xì)胞周期所占比差異，得出P＞0.05，顯示差異無(wú)明顯統(tǒng)

12、計(jì)學(xué)意義。
　　動(dòng)物植入實(shí)驗(yàn):我們制作新西蘭大白兔不完全骨折模型，用可吸收形狀記憶捆綁帶固定，術(shù)后夾板外固定，術(shù)后兔子無(wú)感染、死亡等問(wèn)題，術(shù)后X片顯示骨折恢復(fù)愈合良好，術(shù)后給予康復(fù)鍛煉，無(wú)明顯畸形或功能不良，解剖時(shí)骨折周?chē)浗M織包裹，有新骨生成，無(wú)畸形愈合，通過(guò)不同時(shí)間段動(dòng)物各臟器的石蠟包埋、切片、染色、觀察，各臟器無(wú)明顯細(xì)胞形態(tài)的改變，無(wú)明顯異常。
　　結(jié)論:
　　(1)該可降解形狀記憶聚合物具有良好的體外細(xì)胞生物相

13、容性;
　　(2)該可降解形狀記憶聚合物對(duì)細(xì)胞增殖無(wú)明顯影響;
　　(3)該可降解形狀記憶聚合物對(duì)細(xì)胞周期無(wú)明顯影響;
　　(4)該可降解形狀記憶聚合物在動(dòng)物體內(nèi)有良好的相容性，無(wú)明顯毒副作用，其制作的捆綁帶對(duì)骨折碎片的捆綁安全、有效;
　　(5)該可降解形狀記憶聚合物在體內(nèi)降解緩慢，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)對(duì)骨片的捆綁作用時(shí)間長(zhǎng)，捆綁安全;
　　(6)輻照消毒對(duì)該可降解形狀記憶聚合物無(wú)明顯的結(jié)構(gòu)破壞，不會(huì)引起其形狀