Với sự phát triển không ngừng của công nghệ y tế và mức sống ngày càng nâng cao của con người, các loại vật liệu y tế đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các mô người. Tính tương hợp, tương hợp máu và khả năng phân hủy giữa vật liệu y tế và mô người Người ta ngày càng chú ý nhiều hơn đến các vấn đề khác. Sau đây là một hệ thống phân tích và thảo luận về ứng dụng của vật liệu phân hủy sinh học trong lĩnh vực y sinh. Đầu tiên, một phân tích sơ bộ được thực hiện trên nguyên tắc phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học, sau đó các vật liệu phân hủy sinh học phổ biến trong lĩnh vực y sinh được phân tích theo quy trình và tiêu chuẩn nguồn. Phân loại và giới thiệu ứng dụng của một số vật liệu tiêu biểu trong y sinh.

Bạn đang xem: Vật liệu y sinh là gì

1. Nguyên tắc phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học

Các vật liệu phân hủy sinh học tương tác với môi trường sinh học của nhiều yếu tố khác nhau như dịch cơ thể, đại phân tử hữu cơ, enzym, gốc tự do, tế bào, v.v., và dần dần phân hủy thành các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp thông qua một loạt các phản ứng như thủy phân, enzym phân hủy và oxy hóa. đơn phân. Sau các phản ứng hấp thu, tiêu hóa và chuyển hóa, các sản phẩm thoái hóa được đào thải ra khỏi cơ thể hoặc tham gia vào quá trình chuyển hóa bình thường của cơ thể sẽ được cơ thể hấp thụ để hoàn thành quá trình thoái hóa. Nếu dịch cơ thể xâm nhập vào vật liệu sinh học từ mô hoặc một thành phần nào đó của vật liệu sinh học được hòa tan trong dịch cơ thể, vật liệu đó sẽ nở ra do sự tăng thể tích và tự đào thải chất của nó. Quá trình này phá hủy liên kết hydro và lực van der Waals của chính vật liệu. Sẽ gây ra các vết nứt hoặc khoảng trống trong vật liệu, và cuối cùng vật liệu sẽ dần bị phân huỷ hoá học trong môi trường sinh học. Trong thực tế lâm sàng, mọi người hy vọng rằng các vật liệu phân hủy sinh học được cấy ghép cũng sẽ hoàn thành các phản ứng phân hóa và phân hủy trong giai đoạn xử lý mô sinh học theo quy trình tương tự, để tránh cơ thể bị viêm hoặc phản ứng căng thẳng do vật liệu được cấy ghép nguyên vật liệu. Chúng ta biết rằng thời gian điều trị mô da thường trong vòng 3 đến 10 ngày, thời gian điều trị cho mô tạng thường từ 1 đến 2 tháng, thời gian điều trị cho các mô tạng lớn thường từ 6 tháng trở lên. Sau khi vật liệu sinh học phân hủy sinh học được cấy vào cơ thể con người, hiệu suất phân hủy và các sản phẩm phân hủy của chúng có ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh học, phản ứng vật chất và phản ứng cơ thể con người. Tốc độ phân hủy chậm hoặc thời gian tồn tại lâu của các sản phẩm thoái hóa có thể dễ dàng gây ra tình trạng viêm trong các mô của con người. , Huyết khối và các phản ứng có hại khác. Các nghiên cứu <6> đã chỉ ra rằng quá trình phân hủy và tiến trình của hầu hết các vật liệu phân hủy sinh học không phù hợp với kết quả mong đợi tốt nhất. Do đó, trong nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng vật liệu phân huỷ sinh học, các vấn đề liên quan đến sự phân huỷ của vật liệu phân huỷ sinh học phải được xử lý thận trọng, đặc biệt là tốc độ phân huỷ và sản phẩm phân huỷ.

2. Phân loại cơ bản và ứng dụng của vật liệu phân hủy sinh học

Vật liệu phân hủy sinh học được sử dụng trong cơ thể con người và phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về bản thân vật liệu và tác dụng của nó đối với cơ thể con người: dễ gia công, giá thành rẻ, dễ khử trùng, thời gian phân hủy xác định, tính ổn định sinh học và cơ tính để đáp ứng nhu cầu của vị trí cấy, Tương hợp mô tốt, tương hợp máu và tương hợp cơ học, không có phản ứng pyrogen, độc tính di truyền, gây quái thai và gây ung thư, không kích ứng và mẫn cảm.

Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học có thể được phân loại theo các quy trình và nguồn khác nhau, bao gồm vật liệu polyme phân hủy tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy tổng hợp do vi sinh vật và vật liệu polyme phân hủy tổng hợp hóa học <3,9>. Việc phân loại và ứng dụng cụ thể được tóm tắt như sau:

1. Vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên

Hiện nay, các vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực y sinh chủ yếu bao gồm gelatin, collagen, polysaccharides và tơ fibroin.

(1) Chất liệu gelatin

Gelatin chủ yếu có nguồn gốc từ da, xương, gân, đuôi và các mô khác của động vật có vú. Tính năng đáng chú ý nhất của nó là polyme hòa tan trong nước, từ từ giãn nở và mềm ra sau khi hấp thụ nước, và có tính tương hợp sinh học, tạo gel và phân hủy sinh học. Với đặc tính của gelatin là dễ tạo thành, dễ phân hủy bởi enzym và dễ hấp thu vào cơ thể người, nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu giải phóng chậm trong chất mang, tá dược hoặc vỏ thuốc giải phóng chậm; vì khả năng thấm khí và thấm nước tốt Là một loại băng vết thương và chất liệu da nhân tạo, nó có thể ngăn chất lỏng từ vết thương hoặc sự xuất hiện của các triệu chứng nhiễm trùng thứ cấp; Ngoài ra, các chất thay thế huyết tương bằng gelatin có thể phân hủy, không độc và không gây miễn dịch, vv Lợi thế lâm sàng.

(2) Collagen

Collagen là thành phần chính của mô liên kết, chiếm khoảng 1/3 hàm lượng protein ở động vật. Nó chủ yếu được tìm thấy trong các mô, da, dây chằng và sụn động vật. Nó có chức năng hỗ trợ các cơ quan trong cơ thể, duy trì sự ổn định cơ học, độ đàn hồi và sức mạnh. Là tài nguyên sinh vật tự nhiên, nó có các đặc điểm là tương hợp sinh học tốt, tính sinh miễn dịch thấp và dễ phân hủy sinh học; sử dụng lâm sàng cho thấy collagen có thể thúc đẩy đáng kể việc sửa chữa, tái tạo và tái tạo lại các mô bị lỗi; nhưng nó thiếu đủ Độ bền cơ học có thể được cải thiện bằng cách sửa đổi liên kết ngang hoặc sử dụng hỗn hợp với các vật liệu sinh học khác>. Hiện nay, collagen đã được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế chỉ khâu phân hủy sinh học, chất cầm máu và băng vết thương, miếng dán sinh học, vật liệu sửa chữa xương, màng lọc máu, chất cầm máu, chất mang giải phóng thuốc và làm giàn giáo kỹ thuật mô, các phương pháp điều trị nhãn khoa khác nhau. các khía cạnh. Tuy nhiên, do sự phức tạp của các vấn đề lâm sàng và nhu cầu nâng cấp sản phẩm, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong nghiên cứu ứng dụng của collagen, chẳng hạn như phản ứng miễn dịch tiềm ẩn của collagen dị hợp, khả năng gây độc tế bào của liên kết chéo còn lại. đại lý và cấy ghép. Độ bền cơ học và khả năng kiểm soát sự suy thoái của các sản phẩm giống như collagen.

(3) Vật liệu polysaccharide

Vật liệu polysaccharide chủ yếu có nguồn gốc từ tinh bột, axit hyaluronic, heparin, chitin và các thành phần khác, và khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của chúng là rất lý tưởng. Trong tự nhiên, chitin có hàm lượng phong phú và là một nhóm lớn các polysaccharid quan trọng, ngoại trừ cellulose. Nó không độc hại và không có tác dụng phụ. Nó có ái lực tốt với các tế bào của con người, không gây ra sự đào thải và có khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng phân hủy. Ngoài ra, nó còn có đặc tính kháng khuẩn, kháng virut, kháng u, thúc đẩy quá trình chữa lành vết thương và khả năng hấp phụ mạnh. Do chitin chứa nhiều nhóm phân cực như liên kết hydro và có độ kết tinh cao, không tan trong axit và kiềm, khó tan trong nước nên cơ thể khó sử dụng. Tuy nhiên, chitin có thể được hòa tan trong axit loãng và dịch cơ thể sau khi được khử hóa thành chitosan, và có thể được sử dụng bởi cơ thể người. Chitin và chitosan có khả năng phản ứng hóa học cao, và các dẫn xuất của chúng sau quá trình amid hóa, cacboxyl hóa, xanh tím, axit hóa và các biến đổi khác được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, chẳng hạn như chất cầm máu, chất tạo bông, chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, Da nhân tạo, băng vết thương, giải phóng chậm tác nhân của thuốc chống ung thư hoặc hóa trị liệu, chất mang enzyme cố định, vật liệu màng ngăn cách, v.v.

(4) Tơ sợi

Silk fibroin hầu hết có nguồn gốc từ tơ tằm và chứa rất nhiều axit amin bên trong nên nó có khả năng tương thích sinh học tốt, và đã được chứng minh là không gây dị ứng hoặc gây ung thư, với độ trong suốt và độ thoáng khí tuyệt vời, và hiệu quả tạo màng tốt. Tuy nhiên, do cấu trúc phân tử của tơ fibroin nên tính không thấm nước của tơ fibroin và cơ tính sau khi tạo màng không tốt. Thông qua phương pháp điều chỉnh pha trộn, các liên kết hydro và các lực khác được hình thành giữa các đại phân tử hỗn hợp và tơ fibroin là Việc làm cho phân tử tơ fibroin thay đổi cấu trúc có thể cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học, tính nhiệt và khả năng hòa tan trong nước của vật liệu tơ tằm. Hiện nay, trong lĩnh vực y sinh, nó được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu bọc vết thương, da nhân tạo, dây chằng gân nhân tạo, kính áp tròng, chất mang thuốc, chất mang mạch máu nhân tạo và các lĩnh vực khác.

2. Vi sinh vật tổng hợp vật liệu polyme phân hủy

Vi sinh vật tổng hợp các vật liệu polyme có thể phân hủy đề cập đến việc sử dụng một số chất hữu cơ nhất định (chẳng hạn như glucose hoặc tinh bột) làm nguồn thực phẩm để tổng hợp chất hữu cơ nguồn cacbon thành polyester với các đặc điểm khác biệt dưới một loạt các phản ứng phức tạp như lên men của vi sinh vật Hoặc các polyme polisaccarit. Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học tổng hợp polyme vi sinh được sử dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng chủ yếu bao gồm hai loại: biopolyester (PHA) và polyhydroxybutyl ester (PHB). Lấy PHB làm ví dụ. PHB là một polyme phân tử cao được tổng hợp bởi các tế bào vi sinh vật. Cấu trúc và hiệu suất của nó khác với các vật liệu có thể phân hủy đại phân tử tự nhiên, nhưng giống với các polyme polyeste béo hơn, với sự tổng hợp tự nhiên và hóa học có thể phân hủy Lợi thế của polyme, các sản phẩm phân hủy cuối cùng được thải ra ngoài dưới dạng carbon dioxide và nước thông qua quá trình trao đổi chất, không có bất kỳ chất độc hại nào. có thể được sản xuất bằng cách tổng hợp các nguyên liệu hóa học. Ngoài ra, Tang Suyang và các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng PHB có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Hiện nay, nó đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, vật liệu chỉnh hình và hệ thống kiểm soát thuốc.

3. Tổng hợp hóa học các vật liệu polyme phân hủy

So với polyme tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy sinh học được tổng hợp bằng phương pháp hóa học có thể được lựa chọn theo nhu cầu của các ứng dụng thực tế, bằng cách chọn các monome thích hợp, hoặc bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng trong quá trình tổng hợp, hoặc thực hiện các biến đổi hóa lý đơn giản và chi phí thấp , vv, để thiết kế và điều chỉnh cấu trúc và hiệu suất của nó để đạt được mục đích tổng hợp vật liệu mục tiêu. Ví dụ, thông qua các phương pháp kiểm soát hóa học, cường độ, tốc độ phân hủy, cấu trúc vi xốp và tính thấm của vật liệu polyme có thể được cải thiện để mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Trong các polyme phân hủy sinh học được tổng hợp hóa học hiện được phát triển và nghiên cứu, chuỗi chính thường chứa các nhóm este có thể thủy phân, nhóm amido hoặc nhóm urê. Sau đây là loại vật liệu polyme phân hủy được tổng hợp về mặt hóa học được nghiên cứu nhiều nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong thực hành y sinh lâm sàng hiện nay — vật liệu polyester béo, chẳng hạn như polyglycolide (PGA), axit polylactic (PLA) và axit polylactic-copolyme axit glycolic (PLGA ), polycaprolactone (PCL), v.v. sẽ được giới thiệu.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA là polyester béo tuyến tính có cấu trúc đơn giản nhất. Nó sử dụng axit glycolic làm nguồn cơ bản và có nhiều loại nguyên liệu, chủ yếu là củ cải đường, nước ép nho chưa trưởng thành và đường mía. Trong số các polyme phân hủy sinh học hiện có, tốc độ phân hủy của PGA tương đối nhanh, đặc biệt cường độ phân hủy nhanh trong thời gian ngắn. PGA là vật liệu polyme phân hủy sinh học đầu tiên được áp dụng để hấp thụ chỉ khâu phẫu thuật. Các chất chuyển hóa của sản phẩm thoái hóa axit glycolic cuối cùng có thể được bài tiết hoàn toàn khỏi cơ thể mà không gây hại cho cơ thể con người. Một số tài liệu cho thấy sau khi chỉ khâu PGA ở trong cơ thể 2 tuần, độ bền kéo có thể giảm đi một nửa và cơ thể có thể đạt đến trạng thái thoái hóa và hấp thụ hoàn toàn trong khoảng 4 tháng. Vật liệu PGA được điều chế bởi axit glycolic có trọng lượng phân tử hơn 10.000 và có thể được sử dụng để chỉ khâu phẫu thuật. Tuy nhiên, do độ kết tinh cao (46% -50%) nên nó có nhược điểm là khó gia công, độ bền thấp, tốc độ phân hủy nhanh nên không đáp ứng được yêu cầu về tính năng của vật liệu cấy ghép. Vì vậy, người ta sửa đổi nó thông qua nhiều phương pháp để tối ưu hóa các tính chất vật lý và hóa học của nó nhằm mở rộng lĩnh vực ứng dụng của nó. Ví dụ, thông qua biến đổi đồng trùng hợp để tạo thành đồng trùng hợp tích hợp các đặc tính của cả hai để cải thiện khả năng phân hủy, tính tương hợp sinh học, tính chất cơ học của PGA, v.v.; hoặc thực hiện sửa đổi pha trộn để tạo thành hỗn hợp bằng cách thêm sợi polyme hoặc phụ gia của chính nó, v.v., Để cải thiện độ bền và các đặc tính khác của PGA. Hiện nay, PGA biến đổi đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu hấp thụ, kỹ thuật mô, hệ thống kiểm soát thuốc, đinh xương có thể hấp thụ, tấm xương và vật liệu chỉnh sửa phẫu thuật.

(2) Axit polylactic (PLA)

Năm 1966, Kulkarni et al. nhận thấy rằng PLA trọng lượng phân tử thấp và trọng lượng phân tử cao có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Các sản phẩm phân huỷ cuối cùng là H2O và CO2. Sản phẩm trung gian axit lactic cũng là một chất chuyển hóa đường bình thường trong cơ thể, sẽ không gây ra bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đến sinh vật. Điều này dẫn đến việc nghiên cứu và ứng dụng PLA như một vật liệu y sinh <29-30>. Năm 1997, PLA đã được FDA phê duyệt để sử dụng lâm sàng như tá dược dược phẩm và chỉ khâu y tế. PLA là một homopolyme của monome axit lactic. Bởi vì lactide (LA) là một phân tử không đối xứng, có hai loại chất hoạt động quang học, vì vậy PLA cũng có axit L-polylactic (PLLA), axit polylactic thuận tay phải (PDLA), axit polylactic (PDLLA) ba loại này cấu hình kích thước. Trong số đó, PLLA và PDLA là các polyme bán tinh thể có độ bền kéo cao và tốc độ phân hủy chậm. Chúng là vật liệu lý tưởng cho vật liệu tạo hình phẫu thuật, chỉ khâu phẫu thuật và vật liệu cấy ghép; trong khi PDLLA là chất đồng trùng hợp vô định hình với độ bền và tốc độ phân hủy thấp. Nhanh chóng, thường được sử dụng trong chất vận chuyển thuốc và giàn giáo tái tạo mô có độ bền thấp. Tuy nhiên, tốc độ xuống cấp của PLA&# 39 rất khó kiểm soát, giòn và khả năng chống va đập kém, điều này làm hạn chế nghiêm trọng phạm vi ứng dụng của nó. Trong những năm gần đây, người ta đã sử dụng các phương pháp biến đổi khác nhau như biến tính đồng trùng hợp, điều chế axit polylactic tự tăng cường, hoặc tạo vật liệu composite với các chất khác để kiểm soát tốc độ phân hủy và cải thiện tính linh hoạt của PLA, để không ngừng mở rộng ứng dụng của nó lĩnh vực. Ví dụ, axit polylactic là một polyme kỵ nước, hạn chế ứng dụng của nó trong chất mang thuốc. Do đó, người ta cải thiện tính ưa nước của nó bằng cách đồng trùng hợp axit polylactic với các chất ưa nước (như polyetylen glycol, axit polyglycolic, polyetylen oxit,…). Hiện nay, cấy ghép PLA / PLGA đã được sử dụng rộng rãi làm chất mang giải phóng chậm và có kiểm soát cho các loại thuốc chống khối u, polypeptide, thuốc protein và thuốc Trung Quốc. Ngoài ra, PLA và PLA sửa đổi được sử dụng rộng rãi trong vật liệu nhãn khoa, chỉ khâu phẫu thuật, vật liệu cố định bên trong cho gãy xương và sửa chữa kỹ thuật mô.

(3) Polycaprolactone (PCL)

PCL là một polyester mạch thẳng bán tinh thể có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp, độ bền kéo rất thấp (23 MPa), độ giãn dài khi đứt cao (700%), và dễ dàng hòa tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Được đồng hóa với nhiều loại polyme, nó có tính dẻo nhiệt tốt và khả năng xử lý khuôn; Ngoài ra, nguồn nguyên liệu PCL dễ kiếm, tốc độ phân hủy chậm, khả năng thẩm thấu thuốc và tương hợp sinh học rất tốt. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi như chỉ khâu phẫu thuật, thiết bị cố định ghép xương bên trong, thiết bị y tế và chất mang giải phóng có kiểm soát phân hủy sinh học. Ngoài ra, bằng cách sửa đổi PLA để cải thiện tính ưa nước và tốc độ phân hủy, phạm vi ứng dụng của nó có thể được mở rộng hơn nữa, chẳng hạn như vật liệu sửa chữa nội tạng, da nhân tạo, màng chống dính phẫu thuật, kỹ thuật mô và tế bào.

3. Kết luận

Vật liệu phân hủy sinh học cho thấy các đặc tính vật lý và hóa học, đặc tính sinh học và cơ sinh học tốt, đồng thời có thể được điều chỉnh và xử lý theo điều kiện thực tế, đáp ứng nhu cầu chức năng của y sinh ở mức độ lớn nhất và làm cho chúng hữu ích trong nhiều lĩnh vực y sinh. Được sử dụng rộng rãi, ở giai đoạn này, điểm nóng nghiên cứu vật liệu phân hủy sinh học trong lĩnh vực y sinh đã bắt đầu chuyển từ khâu và cố định sang các lĩnh vực phức tạp hơn như vật liệu giàn giáo kỹ thuật mô. Tuy nhiên, trong ứng dụng thực tế, giá thành cao của vật liệu phân hủy sinh học vẫn có tác động nhất định đến việc thúc đẩy cơ sở của chúng. Đặc biệt, vấn đề kiểm soát tốc độ suy thoái phù hợp với các đối tượng khác nhau cần được giải quyết cấp bách. Ví dụ, làm thế nào để điều chỉnh tốc độ phân hủy của PCL để đáp ứng nhu cầu của chất mang thuốc ngắn hạn, và cách điều chỉnh tốc độ phân hủy của PLA để đáp ứng nhu cầu của kỹ thuật mô xương. Nhưng nhìn chung, người ta tin rằng với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của các ngành và công nghệ liên quan, các vấn đề liên quan đến việc kiểm soát tốc độ phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học và chi phí vật liệu sẽ dần được giải quyết. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu phân hủy sinh học trong lĩnh vực y sinh Ứng dụng cũng sẽ được phát triển hơn nữa.

1. Nguyên tắc phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học

Các vật liệu phân hủy sinh học tương tác với môi trường sinh học của nhiều yếu tố khác nhau như dịch cơ thể, đại phân tử hữu cơ, enzym, gốc tự do, tế bào, v.v., và dần dần phân hủy thành các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp thông qua một loạt các phản ứng như thủy phân, enzym phân hủy và oxy hóa. đơn phân. Sau các phản ứng hấp thu, tiêu hóa và chuyển hóa, các sản phẩm thoái hóa được đào thải ra khỏi cơ thể hoặc tham gia vào quá trình chuyển hóa bình thường của cơ thể sẽ được cơ thể hấp thụ để hoàn thành quá trình thoái hóa. Nếu dịch cơ thể xâm nhập vào vật liệu sinh học từ mô hoặc một thành phần nào đó của vật liệu sinh học được hòa tan trong dịch cơ thể, vật liệu đó sẽ nở ra do sự tăng thể tích và tự đào thải chất của nó. Quá trình này phá hủy liên kết hydro và lực van der Waals của chính vật liệu. Sẽ gây ra các vết nứt hoặc khoảng trống trong vật liệu, và cuối cùng vật liệu sẽ dần bị phân huỷ hoá học trong môi trường sinh học. Trong thực tế lâm sàng, mọi người hy vọng rằng các vật liệu phân hủy sinh học được cấy ghép cũng sẽ hoàn thành các phản ứng phân hóa và phân hủy trong giai đoạn xử lý mô sinh học theo quy trình tương tự, để tránh cơ thể bị viêm hoặc phản ứng căng thẳng do vật liệu được cấy ghép nguyên vật liệu. Chúng ta biết rằng thời gian điều trị mô da thường trong vòng 3 đến 10 ngày, thời gian điều trị cho mô tạng thường từ 1 đến 2 tháng, thời gian điều trị cho các mô tạng lớn thường từ 6 tháng trở lên. Sau khi vật liệu sinh học phân hủy sinh học được cấy vào cơ thể con người, hiệu suất phân hủy và các sản phẩm phân hủy của chúng có ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh học, phản ứng vật chất và phản ứng cơ thể con người. Tốc độ phân hủy chậm hoặc thời gian tồn tại lâu của các sản phẩm thoái hóa có thể dễ dàng gây ra tình trạng viêm trong các mô của con người. , Huyết khối và các phản ứng có hại khác. Các nghiên cứu <6> đã chỉ ra rằng quá trình phân hủy và tiến trình của hầu hết các vật liệu phân hủy sinh học không phù hợp với kết quả mong đợi tốt nhất. Do đó, trong nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng vật liệu phân huỷ sinh học, các vấn đề liên quan đến sự phân huỷ của vật liệu phân huỷ sinh học phải được xử lý thận trọng, đặc biệt là tốc độ phân huỷ và sản phẩm phân huỷ.

2. Phân loại cơ bản và ứng dụng của vật liệu phân hủy sinh học

Vật liệu phân hủy sinh học được sử dụng trong cơ thể con người và phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về bản thân vật liệu và tác dụng của nó đối với cơ thể con người: dễ gia công, giá thành rẻ, dễ khử trùng, thời gian phân hủy xác định, tính ổn định sinh học và cơ tính để đáp ứng nhu cầu của vị trí cấy, Tương hợp mô tốt, tương hợp máu và tương hợp cơ học, không có phản ứng pyrogen, độc tính di truyền, gây quái thai và gây ung thư, không kích ứng và mẫn cảm.

Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học có thể được phân loại theo các quy trình và nguồn khác nhau, bao gồm vật liệu polyme phân hủy tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy tổng hợp do vi sinh vật và vật liệu polyme phân hủy tổng hợp hóa học <3,9>. Việc phân loại và ứng dụng cụ thể được tóm tắt như sau:

1. Vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên

Hiện nay, các vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực y sinh chủ yếu bao gồm gelatin, collagen, polysaccharides và tơ fibroin.

(1) Chất liệu gelatin

Gelatin chủ yếu có nguồn gốc từ da, xương, gân, đuôi và các mô khác của động vật có vú. Tính năng đáng chú ý nhất của nó là polyme hòa tan trong nước, từ từ giãn nở và mềm ra sau khi hấp thụ nước, và có tính tương hợp sinh học, tạo gel và phân hủy sinh học. Với đặc tính của gelatin là dễ tạo thành, dễ phân hủy bởi enzym và dễ hấp thu vào cơ thể người, nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu giải phóng chậm trong chất mang, tá dược hoặc vỏ thuốc giải phóng chậm; vì khả năng thấm khí và thấm nước tốt Là một loại băng vết thương và chất liệu da nhân tạo, nó có thể ngăn chất lỏng từ vết thương hoặc sự xuất hiện của các triệu chứng nhiễm trùng thứ cấp; Ngoài ra, các chất thay thế huyết tương bằng gelatin có thể phân hủy, không độc và không gây miễn dịch, vv Lợi thế lâm sàng.

(2) Collagen

Collagen là thành phần chính của mô liên kết, chiếm khoảng 1/3 hàm lượng protein ở động vật. Nó chủ yếu được tìm thấy trong các mô, da, dây chằng và sụn động vật. Nó có chức năng hỗ trợ các cơ quan trong cơ thể, duy trì sự ổn định cơ học, độ đàn hồi và sức mạnh. Là tài nguyên sinh vật tự nhiên, nó có các đặc điểm là tương hợp sinh học tốt, tính sinh miễn dịch thấp và dễ phân hủy sinh học; sử dụng lâm sàng cho thấy collagen có thể thúc đẩy đáng kể việc sửa chữa, tái tạo và tái tạo lại các mô bị lỗi; nhưng nó thiếu đủ Độ bền cơ học có thể được cải thiện bằng cách sửa đổi liên kết ngang hoặc sử dụng hỗn hợp với các vật liệu sinh học khác>. Hiện nay, collagen đã được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế chỉ khâu phân hủy sinh học, chất cầm máu và băng vết thương, miếng dán sinh học, vật liệu sửa chữa xương, màng lọc máu, chất cầm máu, chất mang giải phóng thuốc và làm giàn giáo kỹ thuật mô, các phương pháp điều trị nhãn khoa khác nhau. các khía cạnh. Tuy nhiên, do sự phức tạp của các vấn đề lâm sàng và nhu cầu nâng cấp sản phẩm, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong nghiên cứu ứng dụng của collagen, chẳng hạn như phản ứng miễn dịch tiềm ẩn của collagen dị hợp, khả năng gây độc tế bào của liên kết chéo còn lại. đại lý và cấy ghép. Độ bền cơ học và khả năng kiểm soát sự suy thoái của các sản phẩm giống như collagen.

Xem thêm: Giải Mã 5 Ưu Điểm Của Vật Liệu Xây Dựng Thân Thiện Với Môi Trường

(3) Vật liệu polysaccharide

Vật liệu polysaccharide chủ yếu có nguồn gốc từ tinh bột, axit hyaluronic, heparin, chitin và các thành phần khác, và khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của chúng là rất lý tưởng. Trong tự nhiên, chitin có hàm lượng phong phú và là một nhóm lớn các polysaccharid quan trọng, ngoại trừ cellulose. Nó không độc hại và không có tác dụng phụ. Nó có ái lực tốt với các tế bào của con người, không gây ra sự đào thải và có khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng phân hủy. Ngoài ra, nó còn có đặc tính kháng khuẩn, kháng virut, kháng u, thúc đẩy quá trình chữa lành vết thương và khả năng hấp phụ mạnh. Do chitin chứa nhiều nhóm phân cực như liên kết hydro và có độ kết tinh cao, không tan trong axit và kiềm, khó tan trong nước nên cơ thể khó sử dụng. Tuy nhiên, chitin có thể được hòa tan trong axit loãng và dịch cơ thể sau khi được khử hóa thành chitosan, và có thể được sử dụng bởi cơ thể người. Chitin và chitosan có khả năng phản ứng hóa học cao, và các dẫn xuất của chúng sau quá trình amid hóa, cacboxyl hóa, xanh tím, axit hóa và các biến đổi khác được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, chẳng hạn như chất cầm máu, chất tạo bông, chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, Da nhân tạo, băng vết thương, giải phóng chậm tác nhân của thuốc chống ung thư hoặc hóa trị liệu, chất mang enzyme cố định, vật liệu màng ngăn cách, v.v.

(4) Tơ sợi

Silk fibroin hầu hết có nguồn gốc từ tơ tằm và chứa rất nhiều axit amin bên trong nên nó có khả năng tương thích sinh học tốt, và đã được chứng minh là không gây dị ứng hoặc gây ung thư, với độ trong suốt và độ thoáng khí tuyệt vời, và hiệu quả tạo màng tốt. Tuy nhiên, do cấu trúc phân tử của tơ fibroin nên tính không thấm nước của tơ fibroin và cơ tính sau khi tạo màng không tốt. Thông qua phương pháp điều chỉnh pha trộn, các liên kết hydro và các lực khác được hình thành giữa các đại phân tử hỗn hợp và tơ fibroin là Việc làm cho phân tử tơ fibroin thay đổi cấu trúc có thể cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học, tính nhiệt và khả năng hòa tan trong nước của vật liệu tơ tằm. Hiện nay, trong lĩnh vực y sinh, nó được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu bọc vết thương, da nhân tạo, dây chằng gân nhân tạo, kính áp tròng, chất mang thuốc, chất mang mạch máu nhân tạo và các lĩnh vực khác.

2. Vi sinh vật tổng hợp vật liệu polyme phân hủy

Vi sinh vật tổng hợp các vật liệu polyme có thể phân hủy đề cập đến việc sử dụng một số chất hữu cơ nhất định (chẳng hạn như glucose hoặc tinh bột) làm nguồn thực phẩm để tổng hợp chất hữu cơ nguồn cacbon thành polyester với các đặc điểm khác biệt dưới một loạt các phản ứng phức tạp như lên men của vi sinh vật Hoặc các polyme polisaccarit. Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học tổng hợp polyme vi sinh được sử dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng chủ yếu bao gồm hai loại: biopolyester (PHA) và polyhydroxybutyl ester (PHB). Lấy PHB làm ví dụ. PHB là một polyme phân tử cao được tổng hợp bởi các tế bào vi sinh vật. Cấu trúc và hiệu suất của nó khác với các vật liệu có thể phân hủy đại phân tử tự nhiên, nhưng giống với các polyme polyeste béo hơn, với sự tổng hợp tự nhiên và hóa học có thể phân hủy Lợi thế của polyme, các sản phẩm phân hủy cuối cùng được thải ra ngoài dưới dạng carbon dioxide và nước thông qua quá trình trao đổi chất, không có bất kỳ chất độc hại nào. có thể được sản xuất bằng cách tổng hợp các nguyên liệu hóa học. Ngoài ra, Tang Suyang và các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng PHB có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Hiện nay, nó đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, vật liệu chỉnh hình và hệ thống kiểm soát thuốc.

3. Tổng hợp hóa học các vật liệu polyme phân hủy

So với polyme tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy sinh học được tổng hợp bằng phương pháp hóa học có thể được lựa chọn theo nhu cầu của các ứng dụng thực tế, bằng cách chọn các monome thích hợp, hoặc bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng trong quá trình tổng hợp, hoặc thực hiện các biến đổi hóa lý đơn giản và chi phí thấp , vv, để thiết kế và điều chỉnh cấu trúc và hiệu suất của nó để đạt được mục đích tổng hợp vật liệu mục tiêu. Ví dụ, thông qua các phương pháp kiểm soát hóa học, cường độ, tốc độ phân hủy, cấu trúc vi xốp và tính thấm của vật liệu polyme có thể được cải thiện để mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Trong các polyme phân hủy sinh học được tổng hợp hóa học hiện được phát triển và nghiên cứu, chuỗi chính thường chứa các nhóm este có thể thủy phân, nhóm amido hoặc nhóm urê. Sau đây là loại vật liệu polyme phân hủy được tổng hợp về mặt hóa học được nghiên cứu nhiều nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong thực hành y sinh lâm sàng hiện nay — vật liệu polyester béo, chẳng hạn như polyglycolide (PGA), axit polylactic (PLA) và axit polylactic-copolyme axit glycolic (PLGA ), polycaprolactone (PCL), v.v. sẽ được giới thiệu.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA là polyester béo tuyến tính có cấu trúc đơn giản nhất. Nó sử dụng axit glycolic làm nguồn cơ bản và có nhiều loại nguyên liệu, chủ yếu là củ cải đường, nước ép nho chưa trưởng thành và đường mía. Trong số các polyme phân hủy sinh học hiện có, tốc độ phân hủy của PGA tương đối nhanh, đặc biệt cường độ phân hủy nhanh trong thời gian ngắn. PGA là vật liệu polyme phân hủy sinh học đầu tiên được áp dụng để hấp thụ chỉ khâu phẫu thuật. Các chất chuyển hóa của sản phẩm thoái hóa axit glycolic cuối cùng có thể được bài tiết hoàn toàn khỏi cơ thể mà không gây hại cho cơ thể con người. Một số tài liệu cho thấy sau khi chỉ khâu PGA ở trong cơ thể 2 tuần, độ bền kéo có thể giảm đi một nửa và cơ thể có thể đạt đến trạng thái thoái hóa và hấp thụ hoàn toàn trong khoảng 4 tháng. Vật liệu PGA được điều chế bởi axit glycolic có trọng lượng phân tử hơn 10.000 và có thể được sử dụng để chỉ khâu phẫu thuật. Tuy nhiên, do độ kết tinh cao (46% -50%) nên nó có nhược điểm là khó gia công, độ bền thấp, tốc độ phân hủy nhanh nên không đáp ứng được yêu cầu về tính năng của vật liệu cấy ghép. Vì vậy, người ta sửa đổi nó thông qua nhiều phương pháp để tối ưu hóa các tính chất vật lý và hóa học của nó nhằm mở rộng lĩnh vực ứng dụng của nó. Ví dụ, thông qua biến đổi đồng trùng hợp để tạo thành đồng trùng hợp tích hợp các đặc tính của cả hai để cải thiện khả năng phân hủy, tính tương hợp sinh học, tính chất cơ học của PGA, v.v.; hoặc thực hiện sửa đổi pha trộn để tạo thành hỗn hợp bằng cách thêm sợi polyme hoặc phụ gia của chính nó, v.v., Để cải thiện độ bền và các đặc tính khác của PGA. Hiện nay, PGA biến đổi đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu hấp thụ, kỹ thuật mô, hệ thống kiểm soát thuốc, đinh xương có thể hấp thụ, tấm xương và vật liệu chỉnh sửa phẫu thuật.

(2) Axit polylactic (PLA)

Năm 1966, Kulkarni et al. nhận thấy rằng PLA trọng lượng phân tử thấp và trọng lượng phân tử cao có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Các sản phẩm phân huỷ cuối cùng là H2O và CO2. Sản phẩm trung gian axit lactic cũng là một chất chuyển hóa đường bình thường trong cơ thể, sẽ không gây ra bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đến sinh vật. Điều này dẫn đến việc nghiên cứu và ứng dụng PLA như một vật liệu y sinh <29-30>. Năm 1997, PLA đã được FDA phê duyệt để sử dụng lâm sàng như tá dược dược phẩm và chỉ khâu y tế. PLA là một homopolyme của monome axit lactic. Bởi vì lactide (LA) là một phân tử không đối xứng, có hai loại chất hoạt động quang học, vì vậy PLA cũng có axit L-polylactic (PLLA), axit polylactic thuận tay phải (PDLA), axit polylactic (PDLLA) ba loại này cấu hình kích thước. Trong số đó, PLLA và PDLA là các polyme bán tinh thể có độ bền kéo cao và tốc độ phân hủy chậm. Chúng là vật liệu lý tưởng cho vật liệu tạo hình phẫu thuật, chỉ khâu phẫu thuật và vật liệu cấy ghép; trong khi PDLLA là chất đồng trùng hợp vô định hình với độ bền và tốc độ phân hủy thấp. Nhanh chóng, thường được sử dụng trong chất vận chuyển thuốc và giàn giáo tái tạo mô có độ bền thấp. Tuy nhiên, tốc độ xuống cấp của PLA&# 39 rất khó kiểm soát, giòn và khả năng chống va đập kém, điều này làm hạn chế nghiêm trọng phạm vi ứng dụng của nó. Trong những năm gần đây, người ta đã sử dụng các phương pháp biến đổi khác nhau như biến tính đồng trùng hợp, điều chế axit polylactic tự tăng cường, hoặc tạo vật liệu composite với các chất khác để kiểm soát tốc độ phân hủy và cải thiện tính linh hoạt của PLA, để không ngừng mở rộng ứng dụng của nó lĩnh vực. Ví dụ, axit polylactic là một polyme kỵ nước, hạn chế ứng dụng của nó trong chất mang thuốc. Do đó, người ta cải thiện tính ưa nước của nó bằng cách đồng trùng hợp axit polylactic với các chất ưa nước (như polyetylen glycol, axit polyglycolic, polyetylen oxit,…). Hiện nay, cấy ghép PLA / PLGA đã được sử dụng rộng rãi làm chất mang giải phóng chậm và có kiểm soát cho các loại thuốc chống khối u, polypeptide, thuốc protein và thuốc Trung Quốc. Ngoài ra, PLA và PLA sửa đổi được sử dụng rộng rãi trong vật liệu nhãn khoa, chỉ khâu phẫu thuật, vật liệu cố định bên trong cho gãy xương và sửa chữa kỹ thuật mô.

(3) Polycaprolactone (PCL)

PCL là một polyester mạch thẳng bán tinh thể có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp, độ bền kéo rất thấp (23 MPa), độ giãn dài khi đứt cao (700%), và dễ dàng hòa tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Được đồng hóa với nhiều loại polyme, nó có tính dẻo nhiệt tốt và khả năng xử lý khuôn; Ngoài ra, nguồn nguyên liệu PCL dễ kiếm, tốc độ phân hủy chậm, khả năng thẩm thấu thuốc và tương hợp sinh học rất tốt. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi như chỉ khâu phẫu thuật, thiết bị cố định ghép xương bên trong, thiết bị y tế và chất mang giải phóng có kiểm soát phân hủy sinh học. Ngoài ra, bằng cách sửa đổi PLA để cải thiện tính ưa nước và tốc độ phân hủy, phạm vi ứng dụng của nó có thể được mở rộng hơn nữa, chẳng hạn như vật liệu sửa chữa nội tạng, da nhân tạo, màng chống dính phẫu thuật, kỹ thuật mô và tế bào.

3. Kết luận

Vật liệu phân hủy sinh học cho thấy các đặc tính vật lý và hóa học, đặc tính sinh học và cơ sinh học tốt, đồng thời có thể được điều chỉnh và xử lý theo điều kiện thực tế, đáp ứng nhu cầu chức năng của y sinh ở mức độ lớn nhất và làm cho chúng hữu ích trong nhiều lĩnh vực y sinh. Được sử dụng rộng rãi, ở giai đoạn này, điểm nóng nghiên cứu vật liệu phân hủy sinh học trong lĩnh vực y sinh đã bắt đầu chuyển từ khâu và cố định sang các lĩnh vực phức tạp hơn như vật liệu giàn giáo kỹ thuật mô. Tuy nhiên, trong ứng dụng thực tế, giá thành cao của vật liệu phân hủy sinh học vẫn có tác động nhất định đến việc thúc đẩy cơ sở của chúng. Đặc biệt, vấn đề kiểm soát tốc độ suy thoái phù hợp với các đối tượng khác nhau cần được giải quyết cấp bách. Ví dụ, làm thế nào để điều chỉnh tốc độ phân hủy của PCL để đáp ứng nhu cầu của chất mang thuốc ngắn hạn, và cách điều chỉnh tốc độ phân hủy của PLA để đáp ứng nhu cầu của kỹ thuật mô xương. Nhưng nhìn chung, người ta tin rằng với sự phát triển và tiến bộ không ngừng của các ngành và công nghệ liên quan, các vấn đề liên quan đến việc kiểm soát tốc độ phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học và chi phí vật liệu sẽ dần được giải quyết. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu phân hủy sinh học trong lĩnh vực y sinh Ứng dụng cũng sẽ được phát triển hơn nữa.

1. Nguyên tắc phân hủy của vật liệu phân hủy sinh học

Các vật liệu phân hủy sinh học tương tác với môi trường sinh học của nhiều yếu tố khác nhau như dịch cơ thể, đại phân tử hữu cơ, enzym, gốc tự do, tế bào, v.v., và dần dần phân hủy thành các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp thông qua một loạt các phản ứng như thủy phân, enzym phân hủy và oxy hóa. đơn phân. Sau các phản ứng hấp thu, tiêu hóa và chuyển hóa, các sản phẩm thoái hóa được đào thải ra khỏi cơ thể hoặc tham gia vào quá trình chuyển hóa bình thường của cơ thể sẽ được cơ thể hấp thụ để hoàn thành quá trình thoái hóa. Nếu dịch cơ thể xâm nhập vào vật liệu sinh học từ mô hoặc một thành phần nào đó của vật liệu sinh học được hòa tan trong dịch cơ thể, vật liệu đó sẽ nở ra do sự tăng thể tích và tự đào thải chất của nó. Quá trình này phá hủy liên kết hydro và lực van der Waals của chính vật liệu. Sẽ gây ra các vết nứt hoặc khoảng trống trong vật liệu, và cuối cùng vật liệu sẽ dần bị phân huỷ hoá học trong môi trường sinh học. Trong thực tế lâm sàng, mọi người hy vọng rằng các vật liệu phân hủy sinh học được cấy ghép cũng sẽ hoàn thành các phản ứng phân hóa và phân hủy trong giai đoạn xử lý mô sinh học theo quy trình tương tự, để tránh cơ thể bị viêm hoặc phản ứng căng thẳng do vật liệu được cấy ghép nguyên vật liệu. Chúng ta biết rằng thời gian điều trị mô da thường trong vòng 3 đến 10 ngày, thời gian điều trị cho mô tạng thường từ 1 đến 2 tháng, thời gian điều trị cho các mô tạng lớn thường từ 6 tháng trở lên. Sau khi vật liệu sinh học phân hủy sinh học được cấy vào cơ thể con người, hiệu suất phân hủy và các sản phẩm phân hủy của chúng có ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh học, phản ứng vật chất và phản ứng cơ thể con người. Tốc độ phân hủy chậm hoặc thời gian tồn tại lâu của các sản phẩm thoái hóa có thể dễ dàng gây ra tình trạng viêm trong các mô của con người. , Huyết khối và các phản ứng có hại khác. Các nghiên cứu <6> đã chỉ ra rằng quá trình phân hủy và tiến trình của hầu hết các vật liệu phân hủy sinh học không phù hợp với kết quả mong đợi tốt nhất. Do đó, trong nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng vật liệu phân huỷ sinh học, các vấn đề liên quan đến sự phân huỷ của vật liệu phân huỷ sinh học phải được xử lý thận trọng, đặc biệt là tốc độ phân huỷ và sản phẩm phân huỷ.

2. Phân loại cơ bản và ứng dụng của vật liệu phân hủy sinh học

Vật liệu phân hủy sinh học được sử dụng trong cơ thể con người và phải đáp ứng các điều kiện nghiêm ngặt về bản thân vật liệu và tác dụng của nó đối với cơ thể con người: dễ gia công, giá thành rẻ, dễ khử trùng, thời gian phân hủy xác định, tính ổn định sinh học và cơ tính để đáp ứng nhu cầu của vị trí cấy, Tương hợp mô tốt, tương hợp máu và tương hợp cơ học, không có phản ứng pyrogen, độc tính di truyền, gây quái thai và gây ung thư, không kích ứng và mẫn cảm.

Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học có thể được phân loại theo các quy trình và nguồn khác nhau, bao gồm vật liệu polyme phân hủy tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy tổng hợp do vi sinh vật và vật liệu polyme phân hủy tổng hợp hóa học <3,9>. Việc phân loại và ứng dụng cụ thể được tóm tắt như sau:

1. Vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên

Hiện nay, các vật liệu phân hủy sinh học polyme tự nhiên được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực y sinh chủ yếu bao gồm gelatin, collagen, polysaccharides và tơ fibroin.

(1) Chất liệu gelatin

Gelatin chủ yếu có nguồn gốc từ da, xương, gân, đuôi và các mô khác của động vật có vú. Tính năng đáng chú ý nhất của nó là polyme hòa tan trong nước, từ từ giãn nở và mềm ra sau khi hấp thụ nước, và có tính tương hợp sinh học, tạo gel và phân hủy sinh học. Với đặc tính của gelatin là dễ tạo thành, dễ phân hủy bởi enzym và dễ hấp thu vào cơ thể người, nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu giải phóng chậm trong chất mang, tá dược hoặc vỏ thuốc giải phóng chậm; vì khả năng thấm khí và thấm nước tốt Là một loại băng vết thương và chất liệu da nhân tạo, nó có thể ngăn chất lỏng từ vết thương hoặc sự xuất hiện của các triệu chứng nhiễm trùng thứ cấp; Ngoài ra, các chất thay thế huyết tương bằng gelatin có thể phân hủy, không độc và không gây miễn dịch, vv Lợi thế lâm sàng.

(2) Collagen

Collagen là thành phần chính của mô liên kết, chiếm khoảng 1/3 hàm lượng protein ở động vật. Nó chủ yếu được tìm thấy trong các mô, da, dây chằng và sụn động vật. Nó có chức năng hỗ trợ các cơ quan trong cơ thể, duy trì sự ổn định cơ học, độ đàn hồi và sức mạnh. Là tài nguyên sinh vật tự nhiên, nó có các đặc điểm là tương hợp sinh học tốt, tính sinh miễn dịch thấp và dễ phân hủy sinh học; sử dụng lâm sàng cho thấy collagen có thể thúc đẩy đáng kể việc sửa chữa, tái tạo và tái tạo lại các mô bị lỗi; nhưng nó thiếu đủ Độ bền cơ học có thể được cải thiện bằng cách sửa đổi liên kết ngang hoặc sử dụng hỗn hợp với các vật liệu sinh học khác>. Hiện nay, collagen đã được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế chỉ khâu phân hủy sinh học, chất cầm máu và băng vết thương, miếng dán sinh học, vật liệu sửa chữa xương, màng lọc máu, chất cầm máu, chất mang giải phóng thuốc và làm giàn giáo kỹ thuật mô, các phương pháp điều trị nhãn khoa khác nhau. các khía cạnh. Tuy nhiên, do sự phức tạp của các vấn đề lâm sàng và nhu cầu nâng cấp sản phẩm, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong nghiên cứu ứng dụng của collagen, chẳng hạn như phản ứng miễn dịch tiềm ẩn của collagen dị hợp, khả năng gây độc tế bào của liên kết chéo còn lại. đại lý và cấy ghép. Độ bền cơ học và khả năng kiểm soát sự suy thoái của các sản phẩm giống như collagen.

(3) Vật liệu polysaccharide

Vật liệu polysaccharide chủ yếu có nguồn gốc từ tinh bột, axit hyaluronic, heparin, chitin và các thành phần khác, và khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của chúng là rất lý tưởng. Trong tự nhiên, chitin có hàm lượng phong phú và là một nhóm lớn các polysaccharid quan trọng, ngoại trừ cellulose. Nó không độc hại và không có tác dụng phụ. Nó có ái lực tốt với các tế bào của con người, không gây ra sự đào thải và có khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng phân hủy. Ngoài ra, nó còn có đặc tính kháng khuẩn, kháng virut, kháng u, thúc đẩy quá trình chữa lành vết thương và khả năng hấp phụ mạnh. Do chitin chứa nhiều nhóm phân cực như liên kết hydro và có độ kết tinh cao, không tan trong axit và kiềm, khó tan trong nước nên cơ thể khó sử dụng. Tuy nhiên, chitin có thể được hòa tan trong axit loãng và dịch cơ thể sau khi được khử hóa thành chitosan, và có thể được sử dụng bởi cơ thể người. Chitin và chitosan có khả năng phản ứng hóa học cao, và các dẫn xuất của chúng sau quá trình amid hóa, cacboxyl hóa, xanh tím, axit hóa và các biến đổi khác được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, chẳng hạn như chất cầm máu, chất tạo bông, chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, Da nhân tạo, băng vết thương, giải phóng chậm tác nhân của thuốc chống ung thư hoặc hóa trị liệu, chất mang enzyme cố định, vật liệu màng ngăn cách, v.v.

(4) Tơ sợi

Silk fibroin hầu hết có nguồn gốc từ tơ tằm và chứa rất nhiều axit amin bên trong nên nó có khả năng tương thích sinh học tốt, và đã được chứng minh là không gây dị ứng hoặc gây ung thư, với độ trong suốt và độ thoáng khí tuyệt vời, và hiệu quả tạo màng tốt. Tuy nhiên, do cấu trúc phân tử của tơ fibroin nên tính không thấm nước của tơ fibroin và cơ tính sau khi tạo màng không tốt. Thông qua phương pháp điều chỉnh pha trộn, các liên kết hydro và các lực khác được hình thành giữa các đại phân tử hỗn hợp và tơ fibroin là Việc làm cho phân tử tơ fibroin thay đổi cấu trúc có thể cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học, tính nhiệt và khả năng hòa tan trong nước của vật liệu tơ tằm. Hiện nay, trong lĩnh vực y sinh, nó được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu bọc vết thương, da nhân tạo, dây chằng gân nhân tạo, kính áp tròng, chất mang thuốc, chất mang mạch máu nhân tạo và các lĩnh vực khác.

2. Vi sinh vật tổng hợp vật liệu polyme phân hủy

Vi sinh vật tổng hợp các vật liệu polyme có thể phân hủy đề cập đến việc sử dụng một số chất hữu cơ nhất định (chẳng hạn như glucose hoặc tinh bột) làm nguồn thực phẩm để tổng hợp chất hữu cơ nguồn cacbon thành polyester với các đặc điểm khác biệt dưới một loạt các phản ứng phức tạp như lên men của vi sinh vật Hoặc các polyme polisaccarit. Hiện nay, vật liệu phân hủy sinh học tổng hợp polyme vi sinh được sử dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng chủ yếu bao gồm hai loại: biopolyester (PHA) và polyhydroxybutyl ester (PHB). Lấy PHB làm ví dụ. PHB là một polyme phân tử cao được tổng hợp bởi các tế bào vi sinh vật. Cấu trúc và hiệu suất của nó khác với các vật liệu có thể phân hủy đại phân tử tự nhiên, nhưng giống với các polyme polyeste béo hơn, với sự tổng hợp tự nhiên và hóa học có thể phân hủy Lợi thế của polyme, các sản phẩm phân hủy cuối cùng được thải ra ngoài dưới dạng carbon dioxide và nước thông qua quá trình trao đổi chất, không có bất kỳ chất độc hại nào. có thể được sản xuất bằng cách tổng hợp các nguyên liệu hóa học. Ngoài ra, Tang Suyang và các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng PHB có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Hiện nay, nó đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ, vật liệu chỉnh hình và hệ thống kiểm soát thuốc.

3. Tổng hợp hóa học các vật liệu polyme phân hủy

So với polyme tự nhiên, vật liệu polyme phân hủy sinh học được tổng hợp bằng phương pháp hóa học có thể được lựa chọn theo nhu cầu của các ứng dụng thực tế, bằng cách chọn các monome thích hợp, hoặc bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng trong quá trình tổng hợp, hoặc thực hiện các biến đổi hóa lý đơn giản và chi phí thấp , vv, để thiết kế và điều chỉnh cấu trúc và hiệu suất của nó để đạt được mục đích tổng hợp vật liệu mục tiêu. Ví dụ, thông qua các phương pháp kiểm soát hóa học, cường độ, tốc độ phân hủy, cấu trúc vi xốp và tính thấm của vật liệu polyme có thể được cải thiện để mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Trong các polyme phân hủy sinh học được tổng hợp hóa học hiện được phát triển và nghiên cứu, chuỗi chính thường chứa các nhóm este có thể thủy phân, nhóm amido hoặc nhóm urê. Sau đây là loại vật liệu polyme phân hủy được tổng hợp về mặt hóa học được nghiên cứu nhiều nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong thực hành y sinh lâm sàng hiện nay — vật liệu polyester béo, chẳng hạn như polyglycolide (PGA), axit polylactic (PLA) và axit polylactic-copolyme axit glycolic (PLGA ), polycaprolactone (PCL), v.v. sẽ được giới thiệu.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA là polyester béo tuyến tính có cấu trúc đơn giản nhất. Nó sử dụng axit glycolic làm nguồn cơ bản và có nhiều loại nguyên liệu, chủ yếu là củ cải đường, nước ép nho chưa trưởng thành và đường mía. Trong số các polyme phân hủy sinh học hiện có, tốc độ phân hủy của PGA tương đối nhanh, đặc biệt cường độ phân hủy nhanh trong thời gian ngắn. PGA là vật liệu polyme phân hủy sinh học đầu tiên được áp dụng để hấp thụ chỉ khâu phẫu thuật. Các chất chuyển hóa của sản phẩm thoái hóa axit glycolic cuối cùng có thể được bài tiết hoàn toàn khỏi cơ thể mà không gây hại cho cơ thể con người. Một số tài liệu cho thấy sau khi chỉ khâu PGA ở trong cơ thể 2 tuần, độ bền kéo có thể giảm đi một nửa và cơ thể có thể đạt đến trạng thái thoái hóa và hấp thụ hoàn toàn trong khoảng 4 tháng. Vật liệu PGA được điều chế bởi axit glycolic có trọng lượng phân tử hơn 10.000 và có thể được sử dụng để chỉ khâu phẫu thuật. Tuy nhiên, do độ kết tinh cao (46% -50%) nên nó có nhược điểm là khó gia công, độ bền thấp, tốc độ phân hủy nhanh nên không đáp ứng được yêu cầu về tính năng của vật liệu cấy ghép. Vì vậy, người ta sửa đổi nó thông qua nhiều phương pháp để tối ưu hóa các tính chất vật lý và hóa học của nó nhằm mở rộng lĩnh vực ứng dụng của nó. Ví dụ, thông qua biến đổi đồng trùng hợp để tạo thành đồng trùng hợp tích hợp các đặc tính của cả hai để cải thiện khả năng phân hủy, tính tương hợp sinh học, tính chất cơ học của PGA, v.v.; hoặc thực hiện sửa đổi pha trộn để tạo thành hỗn hợp bằng cách thêm sợi polyme hoặc phụ gia của chính nó, v.v., Để cải thiện độ bền và các đặc tính khác của PGA. Hiện nay, PGA biến đổi đã được sử dụng rộng rãi trong chỉ khâu hấp thụ, kỹ thuật mô, hệ thống kiểm soát thuốc, đinh xương có thể hấp thụ, tấm xương và vật liệu chỉnh sửa phẫu thuật.

(2) Axit polylactic (PLA)

Năm 1966, Kulkarni et al. nhận thấy rằng PLA trọng lượng phân tử thấp và trọng lượng phân tử cao có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Các sản phẩm phân huỷ cuối cùng là H2O và CO2. Sản phẩm trung gian axit lactic cũng là một chất chuyển hóa đường bình thường trong cơ thể, sẽ không gây ra bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đến sinh vật. Điều này dẫn đến việc nghiên cứu và ứng dụng PLA như một vật liệu y sinh <29-30>. Năm 1997, PLA đã được FDA phê duyệt để sử dụng lâm sàng như tá dược dược phẩm và chỉ khâu y tế. PLA là một homopolyme của monome axit lactic. Bởi vì lactide (LA) là một phân tử không đối xứng, có hai loại chất hoạt động quang học, vì vậy PLA cũng có axit L-polylactic (PLLA), axit polylactic thuận tay phải (PDLA), axit polylactic (PDLLA) ba loại này cấu hình kích thước. Trong số đó, PLLA và PDLA là các polyme bán tinh thể có độ bền kéo cao và tốc độ phân hủy chậm. Chúng là vật liệu lý tưởng cho vật liệu tạo hình phẫu thuật, chỉ khâu phẫu thuật và vật liệu cấy ghép; trong khi PDLLA là chất đồng trùng hợp vô định hình với độ bền và tốc độ phân hủy thấp. Nhanh chóng, thường được sử dụng trong chất vận chuyển thuốc và giàn giáo tái tạo mô có độ bền thấp. Tuy nhiên, tốc độ xuống cấp của PLA&# 39 rất khó kiểm soát, giòn và khả năng chống va đập kém, điều này làm hạn chế nghiêm trọng phạm vi ứng dụng của nó. Trong những năm gần đây, người ta đã sử dụng các phương pháp biến đổi khác nhau như biến tính đồng trùng hợp, điều chế axit polylactic tự tăng cường, hoặc tạo vật liệu composite với các chất khác để kiểm soát tốc độ phân hủy và cải thiện tính linh hoạt của PLA, để không ngừng mở rộng ứng dụng của nó lĩnh vực. Ví dụ, axit polylactic là một polyme kỵ nước, hạn chế ứng dụng của nó trong chất mang thuốc. Do đó, người ta cải thiện tính ưa nước của nó bằng cách đồng trùng hợp axit polylactic với các chất ưa nước (như polyetylen glycol, axit polyglycolic, polyetylen oxit,…). Hiện nay, cấy ghép PLA / PLGA đã được sử dụng rộng rãi làm chất mang giải phóng chậm và có kiểm soát cho các loại thuốc chống khối u, polypeptide, thuốc protein và thuốc Trung Quốc. Ngoài ra, PLA và PLA sửa đổi được sử dụng rộng rãi trong vật liệu nhãn khoa, chỉ khâu phẫu thuật, vật liệu cố định bên trong cho gãy xương và sửa chữa kỹ thuật mô.

(3) Polycaprolactone (PCL)

PCL là một polyester mạch thẳng bán tinh thể có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp, độ bền kéo rất thấp (23 MPa), độ giãn dài khi đứt cao (700%), và dễ dàng hòa tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Được đồng hóa với nhiều loại polyme, nó có tính dẻo nhiệt tốt và khả năng xử lý khuôn; Ngoài ra, nguồn nguyên liệu PCL dễ kiếm, tốc độ phân hủy chậm, khả năng thẩm thấu thuốc và tương hợp sinh học r