第八章醫(yī)用高分子的穩(wěn)定與降解new案例.ppt

第八章醫(yī)用高分子材料的穩(wěn)定和分解，四川大學(xué)高分子科學(xué)工程學(xué)院“人耳”老鼠，國(guó)家“973”計(jì)劃首席科學(xué)家，上海組織工程及開(kāi)發(fā)中心所長(zhǎng)曹博林教授，對(duì)裸鼠等進(jìn)行了切開(kāi)后培養(yǎng)的“耳”移植縫合。“耳朵”從那一周前開(kāi)始準(zhǔn)備。首先，用高分子化學(xué)物質(zhì)聚羥基乙酸作為“人耳”的模型跳板，然后在支架上讓細(xì)胞繁殖。支架最終自行分解消失，耳(耳)與老鼠自然融為一體。什么是生物材料？生物材料在體內(nèi)分解嗎？需要生物降解嗎？在什么情況下需要生物降解？需要生物材料穩(wěn)定的情況是什么？如何控制生物材料的分解和穩(wěn)定性？生物醫(yī)學(xué)材料是用于提高人體組織、器官的診斷、治療或替換，或其功能的新型先進(jìn)材料，是材料科學(xué)技術(shù)的新領(lǐng)域，它不僅具有高技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且與患者的生命和健康密切相關(guān)。近10多年來(lái)，生物材料及產(chǎn)品市場(chǎng)保持了約20%的增長(zhǎng)率。生物材料是醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用陶瓷材料和醫(yī)用高分子材料四大類別1。金屬材料2。無(wú)機(jī)非金屬材料(陶瓷材料)3。有機(jī)高分子材料4。復(fù)合材料，可分為42000年醫(yī)療材料中各種材料的比例統(tǒng)計(jì)。穩(wěn)定-器官移植的物質(zhì)希望分解，短期、生物活性物質(zhì)的釋放是聚合物自身結(jié)構(gòu)、聚合單體、添加劑、分子量和分布、結(jié)晶度、表面形態(tài)等性質(zhì)，包括體液、體液、有機(jī)聚合物(如蛋白質(zhì)等)、酶、自由基、細(xì)胞、生物環(huán)境生物環(huán)境可分為四個(gè)層次。也就是說(shuō)，生物環(huán)境受化學(xué)和熱學(xué)條件控制。也就是說(shuō)，生物條件加上適當(dāng)?shù)募?xì)胞產(chǎn)物(如血清蛋白質(zhì)、酶)的生物環(huán)境：生物生理?xiàng)l件下有適當(dāng)生命的活性細(xì)胞周圍環(huán)境：生物環(huán)境的特殊情況，即直接接近有生命的活性細(xì)胞周圍條件的條件，生物材料和生物體之間的作用1。生物環(huán)境對(duì)生物材料的影響生理環(huán)境的影響因素：機(jī)械力、體液、自由基、酶、細(xì)胞等材料的變化：磨損、分解或交聯(lián)、相變、新產(chǎn)物的生物老化發(fā)生-由于生物環(huán)境的作用，生物材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化機(jī)器老化-物質(zhì)和制造物的磨損和變形物理化學(xué)老化-洗脫生物材料對(duì)生物體的作用組織反應(yīng)組織膠囊，膠囊增厚，鈣化或擴(kuò)張，感染，組織炎癥，壞死，血液反應(yīng)血栓免疫反應(yīng)體液反應(yīng)和細(xì)胞反應(yīng)補(bǔ)體激活，5，引起物質(zhì)變化的主要因素如下。生理活性骨、關(guān)節(jié)、肌肉的機(jī)械活動(dòng)；生物電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電解、水解和氧化；新陳代謝過(guò)程中生化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)；細(xì)胞附著和吞噬作用。，有機(jī)體對(duì)醫(yī)用高分子材料的作用，14，Degradationofanon-knitted，Non-wovenmeshremovedfromapentseenisemplat 850 x . nottheneslycompletedProteinase)脂肪酶(lipse)，trishclbufferedtolutioncontainedofproteasoek，fig . 8 . sempmicrographsofenzymehydrols所有非內(nèi)皮化合成材料表面都像炎癥反應(yīng)一樣在體內(nèi)產(chǎn)生了一定程度的免疫反應(yīng)，因此體內(nèi)所有物質(zhì)都有可能分解。材料的炎癥反應(yīng)取決于材料表面和體液中蛋白質(zhì)的相互作用，蛋白質(zhì)的吸附和變性是細(xì)胞及材料界面上生物反應(yīng)的原因。如何控制生物材料的分解和穩(wěn)定性？8.2生物高分子穩(wěn)定化，課堂提問(wèn)，如何提高醫(yī)用聚氨酯的生物穩(wěn)定性，一般生物穩(wěn)定高分子材料，維生素e結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)生物穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等生物抗氧化劑附加材料表面的生物相容性，生物高分子穩(wěn)定化，8.3可降解生物高分子材料，定義：在生物內(nèi)徑中經(jīng)過(guò)水解，酶解，低分子化合物最重要的問(wèn)題：如何調(diào)節(jié)物質(zhì)的分解以滿足人體不同部分的需要？體內(nèi)分解特性分類，水解型：聚內(nèi)酯、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯、聚酐、聚原酸酯等酶解型：天然蛋白、合成多肽、多糖、核酸、聚羥基丁酸等，按天然和人工合成分類，天然材料，2 .分解，酯鍵的水解，中間產(chǎn)物末端羧基的水解對(duì)PCL的分解有催化作用。分子量持續(xù)減少，不在變形和失重狀態(tài)下的體內(nèi)酶對(duì)PCL片段的進(jìn)一步分解也起作用。分子量降低到一定值后，物質(zhì)開(kāi)始碎片化，進(jìn)入失重狀態(tài)，被體內(nèi)吸收，排泄，PCL的分解，3。特性，-己內(nèi)酯體和PCL無(wú)毒，生物相容性好的PCL分解速度慢，多種治療劑在PCL中具有良好的通透性。可降解的原料很容易得到。M.A. woodruff，d . w . hut macher/progression n npolymer scisence 35(2010)12171256，聚乳酸(PLA)和聚合(pgs)Pla的原料(淀粉和纖維素)是不增加大氣中二氧化碳的農(nóng)產(chǎn)品。Pla的最終分解產(chǎn)物是H2O和CO2，中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常糖分代謝產(chǎn)物。1 .PLA的合成，直接法，該方法實(shí)用性不強(qiáng)，因?yàn)樯傻木廴樗嵯鄬?duì)分子量小于4000，強(qiáng)度低。，間接使用dl-乳酸ZnO粉末作為催化劑，減壓縮合形成丙交酯，將合成丙交酯在高溫下真空聚合ZnO作為催化劑，產(chǎn)生聚乳酸。用此方法合成的PLA分子量高達(dá)7.3104，聚乳酸的降解，水解是水分子攻打酯鍵形成羧酸和酒精的反應(yīng)，主要受pH值、結(jié)晶度、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、聚乳酸分子量和分子量分布、殘留金屬的影響、pH值、聚乳酸堿條件降解率酸性條件降解率、中性條件降解率、中性條件降解率的影響結(jié)晶度，部分結(jié)晶的PLLA，水首先滲入無(wú)定形部位，導(dǎo)致酯鍵破裂，大部分無(wú)定形區(qū)域分解時(shí)，從邊緣開(kāi)始分解到結(jié)晶區(qū)域的中心。分子量和分子量分布，分子量越大，聚合物的結(jié)構(gòu)越緊密，內(nèi)部醋結(jié)合不易破裂；此外，分子量越大，通過(guò)分解得到的鏈段越長(zhǎng)，不易溶于水，水和氫的陽(yáng)離子越少，pH值下降得越慢，這是比低分子量聚乳酸降解率低的原因之一。對(duì)于分子量相同的平均聚合物，分子量分布越大，分解速度越快。這是因?yàn)?，如果分子量低的聚合物先分解，環(huán)境pH值將從中性轉(zhuǎn)換為酸性，分解速度殘留金屬和雜質(zhì)的影響將加快，聚乳酸中殘留金屬將成為導(dǎo)致快速分解效果的主要原因。Sn、Zn、AI、Fe對(duì)PLLA的降解效果依次增加。結(jié)構(gòu)規(guī)律性的影響。拉塞聚乳酸(PDL la)混合旋轉(zhuǎn)聚乳酸(pdla) l-聚乳酸(PLLA)可以催化脂肪酶、蛋白酶k降解聚乳酸，聚乳酸的降解率遠(yuǎn)高于脂肪酶k催化的降解率。2 .PLA是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域、藥物控制釋放系統(tǒng)骨科固定和組織修復(fù)材料眼科移植材料外科縫合、聚乙二醇酯(PGA)、聚羥基乙酸(PGA)或聚羥基乙酸。可以被人體吸收的合成聚酯材料，也是第一種用作可吸收手術(shù)縫合線的聚合物。生物可吸收周期為60d。聚乙烯的分解速度不僅與聚合物的分子量、結(jié)晶度、熔點(diǎn)有關(guān)，而且對(duì)試樣的幾何形狀和外部環(huán)境更為重要。PGA(聚酯)在傳統(tǒng)的可生物降解聚合物中快速分解聚酯，在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度迅速衰減。滌綸沒(méi)有毒性，具有良好的生物相容性和再吸收性。但是，熔點(diǎn)高，熔化的輻射有一定的困難，纖維脆弱，不易燃燒，編織不方便，纖維機(jī)械強(qiáng)度低，難以制作螺絲等復(fù)雜形狀，可以與其他材料一起空轉(zhuǎn)，提高性能。如何控制生物材料的分解和穩(wěn)定性？醫(yī)用高分子材料分解控制，分子結(jié)構(gòu)鏈節(jié)比例材料應(yīng)用類型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。即可從workspace頁(yè)面中移除物件。即可從workspace頁(yè)面中移除物件。即可從workspace頁(yè)面中移除物件。即可從workspace頁(yè)面中移除物件。mol.pharmaceutils 2012、9，23652379、bulkdegradationinvitro、bulkdegradationinvivo、fig . 8 . semicrographsofpclh 50 pulkdegradationinvivo，fig . 2 . semicrographsofpclh 50 pullmsatvariousdegradation stagesatph 7.4 akan dph 4，8.4生物降解材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，8.4.1西方藥物，Smallmoleculaspeptidsproteinsdna biomaterials 2009、30、2180、bio materials 2009、30、6358、bioconjugateechem.2009、20、1095、bio macroom，組織工程定義，應(yīng)用工程和生物科學(xué)的原理和方法，了解正常和病理哺乳動(dòng)物組織的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，開(kāi)發(fā)活的生物組織替代物，修復(fù)、維持和改善人類組織的功能。支架材料分離細(xì)胞本身不能形成組織，需要生長(zhǎng)臨時(shí)支架材料，這種三維支架經(jīng)常同時(shí)起到其自然反應(yīng)體-體內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)、物理支架的作用，但實(shí)際細(xì)胞載體外培養(yǎng)及后來(lái)移植的粘合材料細(xì)胞在捐贈(zèng)者組織的健康部分收集和分離個(gè)別細(xì)胞，然后移植到患者需要的部位。細(xì)胞生長(zhǎng)因子是組織器官再生中的各種組織誘導(dǎo)因子、生長(zhǎng)因子、血管形成刺激因子，有助于組織形成，但不能直接植入體內(nèi)。組織工程器官、肝臟liver、尿道組織urologicaltissue、皮膚skin、軟骨cartilage、骨骼bone、心血管組織cardiovasculartissues、組織工程人工皮膚示例、8.4.3外科修復(fù)和近年來(lái)，開(kāi)始了利用各種生物可吸收材料(如b-酯共聚物、改性膠原蛋白、乳酸-己內(nèi)酯共聚物、脫水交聯(lián)明膠等)制造管等進(jìn)行神經(jīng)修復(fù)的研究，對(duì)分裂之間約10-15毫米的神經(jīng)缺損修復(fù)產(chǎn)生了一定的效果。但是這些物質(zhì)在機(jī)械性能、分解、吸收速度等方面仍然存在這樣的問(wèn)題，特別是還沒(méi)有提供受損神經(jīng)所需的營(yíng)養(yǎng)素，所以還停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。目前國(guó)內(nèi)骨損傷患者每年約有300萬(wàn)人，對(duì)骨修復(fù)材料的需求為200萬(wàn)人，實(shí)際使用量為50萬(wàn)，80%來(lái)自進(jìn)口！骨科修復(fù)材料和產(chǎn)品的世界市場(chǎng)增長(zhǎng)率為每年26%(1999 2005)；如果工程大學(xué)組織和器官上市，預(yù)計(jì)將開(kāi)拓800億美元規(guī)模的新市場(chǎng)。骨固定材料、生物降解性骨固定材料具有良好的組織相容性，特別適合體內(nèi)短期存在的植入物，骨固定材料在骨端愈合后開(kāi)始分解吸