《生物材料》課件 第02章 生物相容性及生物學(xué)評(píng)價(jià)

1、2.1 人體生理環(huán)境2.2 生物相容性概念和原理2.3 生物相容性分類2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)2.5 宿主反應(yīng)2.6 植入物的病理學(xué)反應(yīng)2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)2.8 生物相容性研究及評(píng)價(jià)展望生物學(xué)環(huán)境： 處于生物系統(tǒng)中的生物醫(yī)學(xué)材料周圍的情況或條件，包括與其接觸的體液、酶、自由基、細(xì)胞等多種因素（考）。 高度高效有序性2.1 人體生理環(huán)境2.2 生物相容性概念和原理2.3 生物相容性分類2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)2.5 宿主反應(yīng)2.6 植入物的病理學(xué)反應(yīng)2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)2.8 生物相容性研究及評(píng)價(jià)展望 生物相容性 (Biocompatibility)：The a

2、bility of a material to perform with an appropriate host response in a specific application. The first time in 1970 by RJ Hegyeli and CA Homsy et al. 材料與宿主產(chǎn)生相互作用：生物化學(xué)、生物力學(xué)、生物電學(xué)2.1 人體生理環(huán)境2.2 生物相容性概念和原理2.3 生物相容性分類2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)2.5 宿主反應(yīng)2.6 植入物的病理學(xué)反應(yīng)2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)2.8 生物相容性研究及評(píng)價(jià)展望 組織相容性是指材料與人體組織，如骨骼、牙齒

3、、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性（考）。 生物材料植入對(duì)組織反應(yīng)的影響生物材料在體內(nèi)的表面鈣化生物材料的致癌性生物材料植入對(duì)組織反應(yīng)的影響生物材料在體內(nèi)的表面鈣化生物材料的致癌性（1）材料中滲出的化學(xué)成分對(duì)生物反應(yīng)的影響 材料中逐漸滲出的各種化學(xué)成分（如添加劑、雜質(zhì)、單體、低聚物以及降解產(chǎn)物等）會(huì)導(dǎo)致不同類型的組織反應(yīng)，例如炎癥反應(yīng)。組織反應(yīng)的嚴(yán)重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率和持續(xù)期限等密切相關(guān)。 聚氨酯（聚氨基甲酸酯：-N=C=O（氰氧根）+HO-NH-COO-）和聚氯乙烯中可能存在的殘余單體有較強(qiáng)的毒性，滲出后會(huì)引起人體嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。 而硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯等

4、高分子的毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)較輕。 （2）生物材料的生物降解對(duì)生物反應(yīng)的影響 生物材料生物降解對(duì)人體組織反應(yīng)的影響取決于降解速度、產(chǎn)物的毒性、降解的持續(xù)期限等因素。降解速度慢而降解產(chǎn)物毒性小，一般不會(huì)引起明顯的組織反應(yīng)。但若降解速度快而降解產(chǎn)物毒性大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的急性或慢性炎癥反應(yīng)。 如有報(bào)道采用聚酯材料作為人工喉管修補(bǔ)材料出現(xiàn)慢性炎癥的情況。 （3）材料物理形態(tài)等因素對(duì)組織反應(yīng)的影響 材料的物理形態(tài)如大小、形狀、孔度、表面平滑度等因素也會(huì)影響組織反應(yīng)。另外，試驗(yàn)動(dòng)物的種屬差異、材料植入生物體的位置等生物學(xué)因素以及植入技術(shù)等人為因素也是不容忽視的。 一般來(lái)說(shuō)，植入體內(nèi)

5、材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也會(huì)引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)。 形 狀材 料薄片大孔薄片海綿狀纖維狀粉末狀玻 璃33.318000賽 璐 珞2319000滌綸樹(shù)脂188000尼 龍427100聚四氟乙烯205000聚苯乙烯2810010聚 氨 酯3311110聚氯乙稀240200硅 橡 膠4116000不同形狀的材料對(duì)產(chǎn)生腫瘤的影響* （%）* 試驗(yàn)對(duì)象為昆明小鼠，周期為兩年 原因可能是由于材料的植入使周圍的細(xì)胞代謝受到障礙，營(yíng)養(yǎng)和氧的供應(yīng)不充分以及長(zhǎng)期受到異物刺激而使細(xì)胞異常分化、產(chǎn)生變異所致。 而當(dāng)植入材料為海綿狀、纖維狀和粉末狀時(shí)，組織細(xì)胞

6、可圍繞材料生長(zhǎng)，因此不會(huì)由于營(yíng)養(yǎng)和氧的不足而變異，因此致癌危險(xiǎn)性較小。生物材料植入對(duì)組織反應(yīng)的影響生物材料在體內(nèi)的表面鈣化生物材料的致癌性 某些生物材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試用后，會(huì)出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象。 鈣化現(xiàn)象不僅是膠原生物材料的特征，一些高分子水溶膠，如聚甲基丙烯酸羥乙酯在大鼠、倉(cāng)鼠、荷蘭豬的皮下也發(fā)現(xiàn)有鈣化現(xiàn)象。 等離子體發(fā)射光譜法分析鈣化沉積層的元素組成，發(fā)現(xiàn)鈣化層中以鈣、磷兩種元素為主，鈣磷比為1.611.69，平均值1.66，此外還含有少量的鋅和鎂。研究表明鈣化現(xiàn)象是材料植入動(dòng)物體內(nèi)后，對(duì)肌體組織造成刺激，促使肌體的新陳代謝加速的結(jié)果。 影響材

7、料表面鈣化的因素很多，包括生物因素（如物種、年齡、激素水平、血清磷酸鹽水平、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)吸附、局部血流動(dòng)力學(xué)、凝血等）和材料因素（親疏水性、表面缺陷）等。 一般而言，材料植入時(shí)，被植個(gè)體越年青，材料表面越可能發(fā)生鈣化。多孔材料的鈣化情況比無(wú)孔材料要嚴(yán)重。生物材料植入對(duì)組織反應(yīng)的影響生物材料在體內(nèi)的表面鈣化生物材料的致癌性 許多試驗(yàn)動(dòng)物研究表明，當(dāng)生物材料植入鼠體內(nèi)時(shí)，只要植入的材料是固體材料而且面積大于1cm2，無(wú)論材料的種類（高分子、金屬或陶瓷）、形狀（膜、片狀或板狀）以及材料本身是否具有化學(xué)致癌性，均有可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。這種現(xiàn)象稱為固體致癌性或異物致癌性。 根據(jù)癌癥的發(fā)生率和潛伏期，生物

8、材料對(duì)大鼠的致癌性可分為三類。 能釋放出小分子致癌物的材料，具有高發(fā)生率，潛伏期短的特征。 本身具有癌癥原性的材料，發(fā)生率較高，潛伏期不定； 只是作為簡(jiǎn)單異物的材料，發(fā)生率較低，潛伏期長(zhǎng)。 顯然只有第三類高分子材料才有可能進(jìn)行臨床應(yīng)用。 研究發(fā)現(xiàn)，異物致癌性與慢性炎癥反應(yīng)、纖維化特別是纖維包膜厚度密切相關(guān)。 例如當(dāng)在大鼠體內(nèi)植入高分子材料后，如果前312 個(gè)月內(nèi)形成的纖維包膜厚度大于0.2 mm，經(jīng)過(guò)一定的潛伏期后通常會(huì)出現(xiàn)癌癥。而低于此值，癌癥很少發(fā)生。因此，0.2 mm可能是誘發(fā)鼠體癌癥的臨界纖維包膜厚度。 血液相容性：植入體內(nèi)的生物材料與血液的生物學(xué)反應(yīng)和起有效作用的能力。 Blood

9、compatibility relates to the specific interactions between biomaterials and circulating blood.高分子材料的凝血作用血液相容性高分子材料的制取高分子材料的凝血作用血液相容性高分子材料的制?。?）血栓的形成人體的表皮受到損傷時(shí)，流出的血液會(huì)自動(dòng)凝固，稱為血栓。血液在受到下列因素影響時(shí)，都可能發(fā)生血栓： 血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化； 血液的性質(zhì)發(fā)生變化； 血液的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。 血液的循環(huán)，人體內(nèi)存在兩個(gè)對(duì)立系統(tǒng)：促使血小板生成和血液凝固的凝血系統(tǒng)由肝素、抗凝血酶以及促使纖維蛋白凝膠降解的溶纖酶等組成的抗凝

10、血系統(tǒng) 當(dāng)材料植入體內(nèi)與血液接觸時(shí)，血液的流動(dòng)狀態(tài)和血管壁狀態(tài)都將發(fā)生變化，凝血系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)揮作用，從而發(fā)生血栓（考）。血栓的形成機(jī)理是十分復(fù)雜：異物與血液接觸時(shí)，首先將吸附血漿內(nèi)蛋白質(zhì)，然后粘附血小板，繼而血小板崩壞，放出血小板因子，在異物表面凝血；此外，紅血球粘附引起溶血；凝血致活酶的活化;血栓形成過(guò)程示意圖（2）影響血小板在材料表面粘附的因素 1) 血小板的粘附與材料表面能有關(guān)血小板難粘附于表面能較低的有機(jī)硅聚合物，而易粘附于尼龍、玻璃等高能表面上。在聚甲基丙烯酸-羥乙酯、接枝聚乙烯醇、主鏈和側(cè)鏈中含有聚乙二醇結(jié)構(gòu)的親水性材料表面上，血小板的粘附量都比較少。這可能是由于容易被水介質(zhì)潤(rùn)濕而具

11、有較小的表面能。血小板的粘附與界面自由能有直接的關(guān)系界面自由能越小，材料表面越不活潑，則與血液接觸時(shí)，與血液中各成分的相互作用力也越小，故造成血栓的可能性就較小。大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，除聚四氟乙烯外，臨界表面張力小的材料，血小板都不易粘附 血小板的粘附與界面自由能有直接的關(guān)系：界面自由能越小，材料表面越不活潑，則與血液接觸時(shí)，與血液中各成分的相互作用力也越小，故造成血栓的可能性就較小。材 料臨界表面張力 /Pa血小板粘附量 /尼龍6611.65637聚四氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅氧烷2.27.34.5聚氨酯2.01.80.2 人血浸漬3分鐘； 狗血循環(huán)1分鐘2) 血小板的粘附與材料的含水率有

12、關(guān)有些高分子材料與水接觸后能形成高含水狀態(tài)（2090以上）的水凝膠。在水凝膠中，由于含水量增加而使高分子的實(shí)質(zhì)部分減少，因此，植入人體后，與血液的接觸機(jī)會(huì)也減少，相應(yīng)的血小板粘附數(shù)減少。實(shí)驗(yàn)表明，丙烯酰胺、甲基丙烯酸-羥乙酯和帶有聚乙二醇側(cè)基的甲基丙烯酸酯與其他單體共聚或接枝共聚的水凝膠，都具有較好的抗血栓性。水凝膠的抗血栓性質(zhì)，與其交聯(lián)密度、親水性基團(tuán)數(shù)量等因素有關(guān)。研究認(rèn)為，抗血栓性較好的水凝膠，其含水率應(yīng)維持在6575。3) 血小板粘附與材料表面疏水親水平衡有關(guān)；無(wú)論是疏水性聚合物還是親水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓性。材料的抗血栓性，并不簡(jiǎn)單決定于其是疏水性的還是親水性的，而是

13、決定于它們的平衡值。一個(gè)親水疏水性調(diào)節(jié)得較合適的聚合物，往往有足夠的吸附力吸附蛋白質(zhì)，形成一層隋性層，從而減少血小板在其上層的粘附。 例如：甲基丙烯酸-羥乙酯/甲基丙烯酸乙酯共聚物比單純的聚甲基丙烯酸-羥乙酯對(duì)血液的破壞性要小；甲基丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸共聚物也比單純的聚甲基丙烯酸對(duì)血液的破壞性要小。用作人工心臟材料的聚醚型聚氨酯，具有微相結(jié)構(gòu)，也是為達(dá)到這一目的而設(shè)計(jì)的。 4) 血小板的粘附與材料表面的電荷性質(zhì)有關(guān)人體中正常血管的內(nèi)壁是帶負(fù)電荷的(1-5 mV)，而血小板、血球等的表面也是帶負(fù)電荷的，由于同性相斥的原因，血液在血管中不會(huì)凝固。因此，對(duì)帶適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面，血小板難于粘附，有

14、利于材料的抗血栓性。但也有實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，血小板中的凝血因子在負(fù)電荷表面容易活化。因此，若負(fù)電荷密度太大，容易損傷血小板，反而造成血栓。 5) 血小板的粘附與材料表面的光滑程度有關(guān)由于凝血效應(yīng)與血液的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，血液流經(jīng)的表面上有任何障礙都會(huì)改變其流動(dòng)狀態(tài)，因此材料表面的平整度將嚴(yán)重影響材料的抗血栓性。材料表面若有3m以上凹凸不變的區(qū)域，就會(huì)在該區(qū)域形成血栓。由此可見(jiàn)，將材料表面盡可能處理得光滑，以減少血小板、細(xì)胞成分在表面上的粘附和聚集，是減少血栓形成可能性的有效措施之一。高分子材料的凝血作用血液相容性高分子材料的制?。?）使材料表面帶上負(fù)電荷的基團(tuán)將（1-氨基-8-萘酚-2, 4-二磺酸萘

15、）引入聚合物表面后，可減少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。芝加哥酸（2）高分子材料的表面接枝改性采用化學(xué)和物理法（等離子體法、高能輻射法、紫外光法等）將具有抗凝血性的天然和化學(xué)合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，血小板不能粘附于用聚氧化乙烯處理過(guò)的玻璃上。 添加聚氧化乙烯（分子量為6000）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶對(duì)玻璃的吸附。因此，在血液相容性高分子材料的研究中，聚氧化乙烯是十分重要的抗凝血材料。通過(guò)接枝改性調(diào)節(jié)高分子材料表面分子結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)的比例，使其達(dá)到一個(gè)最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。 （3）制備具有微相分離結(jié)構(gòu)的

16、材料研究發(fā)現(xiàn)，具有微相分離結(jié)構(gòu)的高分子材料對(duì)血液相容性有十分重要的作用，而它們基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。聚氨酯嵌段共聚物，即由軟段和硬段組成的多嵌段共聚物，其中軟段一般為聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成連續(xù)相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。聚醚對(duì)材料的抗凝血性的貢獻(xiàn)較大，而其分子量對(duì)血液相容性和血漿蛋白質(zhì)的吸附均有顯著影響。具有微相分離結(jié)構(gòu)的接枝共聚物、親水/疏水型嵌段共聚物等都有一定的抗凝血性。（4）高分子材料的肝素化肝素是一種硫酸多糖類物質(zhì)，是最早被認(rèn)識(shí)的天然抗凝血產(chǎn)物之一。肝素的作用機(jī)理是催化和增強(qiáng)抗凝血酶與凝血酶的結(jié)合而防止凝血。將肝素通過(guò)接枝方法固定在高分子材料

17、表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改變的重要途徑。在高分子材料結(jié)構(gòu)中引入肝素后，在使用過(guò)程中，肝素慢慢地釋放，能明顯提高抗血栓性。（5）材料表面?zhèn)蝺?nèi)膜化人們發(fā)現(xiàn)，大部分高分子材料的表面容易沉漬血纖蛋白而凝血。如果有意將某些高分子的表面制成纖維林立狀態(tài)，當(dāng)血液流過(guò)這種粗糙的表面時(shí)，迅速形成穩(wěn)定的凝固血栓膜，但不擴(kuò)展成血栓，然后誘導(dǎo)出血管內(nèi)皮細(xì)胞。這樣就相當(dāng)于在材料表面上覆蓋了一層光滑的生物層偽內(nèi)膜。這種偽內(nèi)膜與人體心臟和血管一樣，具有光滑的表面，從而達(dá)到永久性的抗血栓。2.1 人體生理環(huán)境2.2 生物相容性概念和原理2.3 生物相容性分類2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)2.5 宿主反應(yīng)2.6

18、 植入物的病理學(xué)反應(yīng)2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)2.8 生物相容性研究及評(píng)價(jià)展望膨脹與浸析腐蝕與溶解生物分子與材料 表面的反應(yīng)高分子材料的 水解與降解膨脹與浸析腐蝕與溶解生物分子與材料 表面的反應(yīng)高分子材料的 水解與降解膨脹：物質(zhì)從體液進(jìn)入生物材料，導(dǎo)致其體積的增加；浸析：生物材料溶解在組織液相中，導(dǎo)致材料產(chǎn)生孔隙；膨脹 和 浸析都是擴(kuò)散的結(jié)果；產(chǎn)生的結(jié)果：造成材料持續(xù)的形變；降低材料的彈性極限，產(chǎn)生裂紋；斷裂彈性模量降低、形成空洞；內(nèi)部黏度的增加、延展性改變、抗磨損性能改變（一般是降低）。膨脹與浸析腐蝕與溶解生物分子與材料 表面的反應(yīng)高分子材料的 水解與降解金屬材料的腐蝕是在機(jī)體內(nèi)的重要

19、反應(yīng)之一高分子材料 和 陶瓷材料腐蝕不顯著不銹鋼、鈦基合金、鈷基合金等生物醫(yī)用金屬材料, 廣泛地應(yīng)用于對(duì)人體某些組織和器官的固定、修復(fù)和替代, 如斷骨結(jié)合夾板、矯形植入體、各種牙科材料、生物電極傳感件等；體外研究動(dòng)物試驗(yàn)研究人體試驗(yàn)研究展 望體外研究動(dòng)物試驗(yàn)研究人體試驗(yàn)研究展 望1、生理環(huán)境指標(biāo)的評(píng)定2、材料的腐蝕行為3、腐蝕與生物相容性的關(guān)系許多研究討論了影響生物醫(yī)用金屬材料腐蝕的生理環(huán)境指標(biāo), 合理的模擬生理環(huán)境迄今仍然未能確定。 生物電效應(yīng), 生理環(huán)境pH , 生理溶液中各種離子濃度，不同氣體的溶解，靜載和動(dòng)載作用；1、生理環(huán)境指標(biāo)的評(píng)定2、材料的腐蝕行為3、腐蝕與生物相容性的關(guān)系1、腐

20、蝕電化學(xué)2、縫隙腐蝕和微動(dòng)腐蝕3、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞生物醫(yī)用金屬材料在模擬生理溶液中電化學(xué)腐蝕參數(shù)許多金屬構(gòu)件的連接處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在0.0250.1mm）足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。微動(dòng)腐蝕是指在施加載荷的兩種材料互相接觸的表面之間,由于微小振動(dòng)和滑動(dòng)所產(chǎn)生的腐蝕（考）。不銹鋼的縫隙腐蝕現(xiàn)象非常嚴(yán)重；鈷基合金和Ti-6Al-4V則具有較強(qiáng)的抗縫隙腐蝕的能力；Co-Cr-Mo 合金在50 的模擬生理溶液中浸泡一年以上, 同樣觀察到縫隙腐蝕現(xiàn)象；不銹鋼的微動(dòng)腐蝕速率最大，鈷基合金最低，Ti-6Al

21、-4V與Co-Cr-Mo合金相當(dāng)。應(yīng)力腐蝕是指在拉應(yīng)力作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中引起的破壞。當(dāng)金屬受到酸堿的腐蝕，一些部位的應(yīng)力就比其他部位高得多，加速裂縫的形成，稱為腐蝕疲勞。1、生理環(huán)境指標(biāo)的評(píng)定2、材料的腐蝕行為3、腐蝕與生物相容性的關(guān)系生物醫(yī)用金屬材料in vitro 腐蝕研究的主要缺點(diǎn)就是未能將釋放腐蝕產(chǎn)物的種類、濃度和數(shù)量與生物相容性之間建立起直接聯(lián)系。盡管細(xì)胞培養(yǎng)法存在著沒(méi)有循環(huán)系統(tǒng)參與、新陳代謝速度緩慢等缺點(diǎn), 但是作為一種研究金屬腐蝕對(duì)生物相容性影響作用的方法, 已取得了大量有參考價(jià)值的研究結(jié)果。 生物醫(yī)用金屬材料的毒性表現(xiàn)為：新陳代謝過(guò)程的改變, 宿主-植入體間相互作用的變化

22、, 金屬半抗原部分的免疫致敏作用( 特殊的免疫活化作用) , 化學(xué)趨向性造成的非特異免疫抑制作用, 化學(xué)致癌作用等方面。金屬腐蝕產(chǎn)生的金屬固體顆粒, 或者溶解于模擬生理溶液的金屬離子對(duì)成纖維細(xì)胞、癌細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生明顯的影響；固體顆粒的尺寸和形狀表現(xiàn)出對(duì)成纖維細(xì)胞吸附、遷徙和定向排布的明顯影響；不同金屬離子的生物毒性相差2-3 個(gè)數(shù)量級(jí), 而且金屬離子濃度對(duì)細(xì)胞的毒性作用存在一臨界值, 低于臨界濃度, 則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)金屬離子的毒性作用；針對(duì)矯形植入體關(guān)節(jié)頭-柄結(jié)合部通常形成的腐蝕產(chǎn)物-磷酸鉻鹽, 磷酸鉻鹽顆粒作為一種有效的單核巨噬細(xì)胞激活劑, 可加快骨質(zhì)吸收。體外研究動(dòng)

23、物試驗(yàn)研究人體試驗(yàn)研究展 望動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（animal experiment），動(dòng)物實(shí)驗(yàn)指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，為了獲得有關(guān)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面的新知識(shí)或解決具體問(wèn)題而使用動(dòng)物 進(jìn)行的科學(xué)研究。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)必須由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的、具備研究學(xué)位或?qū)?業(yè)技術(shù)能力的人員進(jìn)行或在其指導(dǎo)下進(jìn)行。 動(dòng)物試驗(yàn)研究主要包括：生物醫(yī)用金屬材料在體液或者在組織中發(fā)生腐蝕造成的金屬濃度變化；相應(yīng)的組織反應(yīng)和機(jī)體系統(tǒng)反應(yīng)。觀察各種金屬材料在動(dòng)物體內(nèi)的腐蝕破壞現(xiàn)象：90% 以上的奧氏體不銹鋼矯形植入體均出現(xiàn)孔蝕和界面腐蝕現(xiàn)象；鈦基合金則未見(jiàn)明顯的腐蝕破壞痕跡。 動(dòng)物試驗(yàn)測(cè)定的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與in vitro 采用的電化學(xué)和非電化方法獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)

24、果多有很好的一致性。 但也存在沖突結(jié)果的報(bào)道：如Co-Cr-Mo 和Ti-6Al-4V合金動(dòng)物試驗(yàn)測(cè)定的擊穿電位高于in vitro 的測(cè)量結(jié)果；如Co-Cr-Mo 的擊穿電位 低于不銹鋼的水平。究其原因, 一方面由于組織本身造成的壓降產(chǎn)生電路的測(cè)量誤差。解決這一問(wèn)題的方法是采用交流阻抗技術(shù)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量, 或者采用非電化學(xué)方法觀測(cè)縫隙腐蝕, 電池作用腐蝕, 均勻腐蝕, 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等。另一方面由于不同的動(dòng)物模型( 如兔, 狗, 羊, 鼠等) 差異, 獲得的研究結(jié)果有所不同。目前尚缺乏更適宜的動(dòng)物模型用于生物醫(yī)用金屬材料的in v ivo 腐蝕研究。 第一、動(dòng)物試驗(yàn)為研究腐蝕釋放產(chǎn)物在機(jī)體內(nèi)的

25、局部組織及遠(yuǎn)隔臟器的系統(tǒng)分布提供了很好的條件。 方法：采用模擬腐蝕產(chǎn)物的肌肉注射或者利用金屬粉末增加矯形植入體與組織或體液的接觸面積, 定量測(cè)定相鄰組織和體液中金屬濃度。 結(jié)果：與金屬粉末相鄰組織的金屬離子含量有明顯增加, 但與粉末數(shù)量之間并沒(méi)有一定的比例關(guān)系, 相應(yīng)形成的腐蝕產(chǎn)物主要是金屬離子與一些血清蛋白質(zhì)形成的金屬有機(jī)復(fù)合體。金屬粉末中的鎳和鈷可隨尿液排除, 特別是鎳排泄的速度很快, 相反鉻因與紅細(xì)胞相結(jié)合, 排泄速度緩慢, 在實(shí)驗(yàn)鼠的肝、肺、脾和腎中均表現(xiàn)出很高的濃度。 第二、腐蝕釋放的金屬離子的致癌作用在動(dòng)物試驗(yàn)中也被證明。 方法：將高鈷、鉻、鎳的金屬材料植入試驗(yàn)鼠, 結(jié)果：發(fā)現(xiàn)惡性

26、腫瘤的發(fā)生率略有升高, 而與骨質(zhì)相連的惡性淋巴瘤則比較常見(jiàn)。 在鈷基合金和鈦合金植入體附近形成伴生的腫瘤, 表明異體反應(yīng)是致癌作用的主要機(jī)理。體外研究動(dòng)物試驗(yàn)研究人體試驗(yàn)研究展 望 人體實(shí)驗(yàn)（experimenting on human being）是指在人（病人或健康人）身上進(jìn)行的以取得實(shí)驗(yàn)者所需資料的實(shí)驗(yàn)；人體實(shí)驗(yàn)使醫(yī)學(xué)知識(shí)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展有重要意義。 局部組織反應(yīng) 在不銹鋼內(nèi)固定裝置周圍,包括骨整合和纖維包囊作用區(qū)域在內(nèi)的植入體附近的局部組織中, 形成的鐵氧化物、含鐵和磷的鉻氧化物等腐蝕產(chǎn)物之間發(fā)現(xiàn)有巨細(xì)胞、異體巨細(xì)胞和數(shù)量多少不均的淋巴細(xì)胞。 全身反應(yīng)十位鈷基合金全膝關(guān)

27、節(jié)植入患者的臨床實(shí)踐：植入后90 d 患者血清和血液中鈷的含量增加了2 倍。同時(shí)對(duì)比進(jìn)行的臨床隨訪發(fā)現(xiàn), 23 位全膝或全髖鈷基合金關(guān)節(jié)植入患者在植入體并未發(fā)生松動(dòng)的條件下, 有4 位患者的血清中鈷的含量較術(shù)后152 個(gè)月時(shí)高6倍。與鈷不同, 血清中鉻的含量則沒(méi)有發(fā)生變化。 全身反應(yīng)對(duì)鈦基合金全關(guān)節(jié)植入患者的臨床隨訪表明, 21 位出現(xiàn)關(guān)節(jié)松動(dòng)現(xiàn)象的患者血清中鈦的濃度與對(duì)比組相比升高了近10 倍。而在血清和尿液中鈦和鋁的濃度均無(wú)顯著差別, 釩則完全處在很低的濃度水平。目前個(gè)體出現(xiàn)的最高的血清和尿液中鈷和鉻的濃度，較植入20 年的全金屬髖關(guān)節(jié)患者血清中鉻的濃度增加了9 倍，尿液中鉻增加了35 倍

28、, 血清中Co 的濃度至少增加了3 倍以上。體外研究動(dòng)物試驗(yàn)研究人體試驗(yàn)研究展 望伴隨著新型金屬材料的研制和表面改性技術(shù)的采用, 生物醫(yī)用金屬材料腐蝕研究又開(kāi)辟了新的研究和發(fā)展空間。特別是通過(guò)各種新的表面改性技術(shù)處理的金屬材料不僅保證優(yōu)良的耐腐蝕性能和生物相容性, 同時(shí), 磨損和微動(dòng)磨損腐蝕性能也可以相應(yīng)地獲得改善。在in vitro 研究的基礎(chǔ)上, 繼續(xù)綜合的in vivo 研究, 最終可研制出用于臨床應(yīng)用的表面改性生物醫(yī)用金屬材料。膨脹與浸析腐蝕與溶解生物分子與材料 表面的反應(yīng)高分子材料的 水解與降解生物材料植入體內(nèi)將在體內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，通常在材料與生物體接觸的界面進(jìn)行。反應(yīng)方式取決于植入的位

29、置、反應(yīng)過(guò)程與材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。膨脹與浸析腐蝕與溶解生物分子與材料 表面的反應(yīng)高分子材料的 水解與降解許多高分子材料植入人體內(nèi)后只是起到暫時(shí)替代作用，例如高分子手術(shù)縫合線用于縫合體內(nèi)組織時(shí)，當(dāng)肌體組織痊愈后，縫合線的作用即告結(jié)束，這時(shí)希望用作縫合線的高分子材料能盡快地分解并被人體吸收，以最大限度地減少高分子材料對(duì)肌體的長(zhǎng)期影響。由于生物吸收性材料容易在生物體內(nèi)分解，參與代謝，并最終排出體外，對(duì)人體無(wú)害，因而越來(lái)越受到人們的重視。生物吸收性高分子材料的設(shè)計(jì)原理生物吸收性天然高分子材料生物吸收性合成高分子材料生物吸收性高分子材料的設(shè)計(jì)原理生物吸收性天然高分子材料生物吸收性合成高分子材料生物降解性和

30、生物吸收性生物吸收性高分子材料 的分解吸收速度生物吸收性高分子材料在體液的作用下完成兩個(gè)步驟，即降解和吸收。降解涉及高分子主鏈的斷裂，使分子量降低。作為醫(yī)用高分子要求降解產(chǎn)物（單體、低聚體或碎片）無(wú)毒，并且對(duì)人體無(wú)副作用。高分子材料在體內(nèi)最常見(jiàn)的降解反應(yīng)為水解反應(yīng)，包括酶催化水解和非酶催化水解。能夠通過(guò)酶專一性反應(yīng)降解的高分子稱為酶催化降解高分子；而通過(guò)與水或體液接觸發(fā)生水解的高分子稱為非酶催化降解高分子。從嚴(yán)格意義上講，只有酶催化降解才稱得上生物降解，但在實(shí)際應(yīng)用中將這兩種降解統(tǒng)稱為生物降解。吸收過(guò)程是生物體為了攝取營(yíng)養(yǎng)或通過(guò)腎臟、汗腺或消化道排泄廢物所進(jìn)行的正常生理過(guò)程。高分子材料一旦在體

31、內(nèi)降解以后，即進(jìn)入生物體的代謝循環(huán)。這就要求生物吸收性高分子應(yīng)當(dāng)是正常代謝物或其衍生物通過(guò)可水解鍵連接起來(lái)的。生物降解性和生物吸收性生物吸收性高分子材料 的分解吸收速度第一、用于人體組織治療的生物吸收性高分子材料，其分解和吸收速度必須與組織愈合速度同步（人體中不同組織不同器官的愈合速度是不同）。 例如：表皮愈合一般需要310天，膜組織的痊愈要需1530天，內(nèi)臟器官的恢復(fù)需要12個(gè)月，而硬組織如骨骼的痊愈則需要23個(gè)月。第二、對(duì)植入人體內(nèi)的生物吸收性高分子材料在組織或器官完全愈合之前，必須保持適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能和功能。而在肌體組織痊愈之后，植入的高分子材料應(yīng)盡快降解并被吸收，以減少材料長(zhǎng)期存在所產(chǎn)生

32、的副作用。 影響生物吸收性高分子材料吸收速度的因素如下所示：高分子主鏈和側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、疏水/親水平衡、比表面積、形狀等。其中主鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)降解吸收速度的影響較大（是指大分子之間的幾何排列(如何堆砌的)包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)，取向態(tài)，液晶態(tài)，織態(tài)等結(jié)構(gòu)）。 第三、酶催化降解和非酶催化降解的結(jié)構(gòu)-降解速度關(guān)系不同。對(duì)非酶催化降解高分子而言，降解速度主要由主鏈結(jié)構(gòu)（鍵型）決定。主鏈上含有易水解基團(tuán)如酸酐、酯基、碳酸酯的高分子，通常有較快的降解速度。對(duì)于酶催化降解高分子，如聚酰胺、聚酯、糖苷等，降解速度主要與酶和待裂解鍵的親和性有關(guān)。酶與待裂解鍵的親和性越好，則降解越容易發(fā)

33、生，而與化學(xué)鍵類型關(guān)系不大。第四、其他影響高分子降解的因素低分子量聚合物的溶解或溶脹性能優(yōu)于高分子量聚合物，因此對(duì)于同種高分子材料，分子量越大，降解速度越慢。親水性強(qiáng)的高分子能夠吸收水、催化劑或酶，一般有較快的降解速度。羥基、羧基的生物吸收性高分子，不僅因?yàn)槠漭^強(qiáng)的親水性，而且由于其本身的自催化作用，所以比較容易降解。相反，在主鏈或側(cè)鏈含有疏水長(zhǎng)鏈烷基或芳基的高分子，降解性能往往較差。固態(tài)下高分子鏈的聚集態(tài)可分為結(jié)晶態(tài)、玻璃態(tài)、橡膠態(tài)。如果高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，那么不同聚集態(tài)的降解速度有如下順序：橡膠態(tài)玻璃態(tài)結(jié)晶態(tài)； 上述結(jié)果表明：聚集態(tài)結(jié)構(gòu)越有序，分子鏈之間排列越緊密，降解速度越低。2.

34、1 人體生理環(huán)境2.2 生物相容性概念和原理2.3 生物相容性分類2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)2.5 宿主反應(yīng)2.6 植入物的病理學(xué)反應(yīng)2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)2.8 生物相容性研究及評(píng)價(jià)展望宿主反應(yīng)是指生物材料存留于生物系統(tǒng)期間所引起的活體系統(tǒng)對(duì)材料的反應(yīng)。包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、過(guò)敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等。其結(jié)果可能導(dǎo)致對(duì)機(jī)體的中毒和機(jī)體對(duì)材料的排斥。傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染大小、形狀、位置、物化性質(zhì)傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染

35、免疫反應(yīng)是指人體對(duì)病原體或異物通過(guò)免疫系統(tǒng)時(shí)作出的防御反應(yīng)。免疫反應(yīng)可分為非特異性免疫反應(yīng)和特異性免疫反應(yīng)（考）。免疫細(xì)胞是指參與免疫應(yīng)答或與免疫應(yīng)答相關(guān)的細(xì)胞包括淋巴細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等多種細(xì)胞（例如，B細(xì)胞、T細(xì)胞、單核白血球）分泌蛋白質(zhì)（抗體、細(xì)胞因子、補(bǔ)體蛋白），以此構(gòu)成了體液響應(yīng)19世紀(jì)末，在發(fā)現(xiàn)體液免疫的基礎(chǔ)上，Bordet證明，新鮮血液中存在一種不耐熱的成分，可輔助特異性抗介導(dǎo)的溶菌作用由于這些成分是抗體發(fā)揮溶細(xì)胞作用的必要補(bǔ)充條件，故被稱為補(bǔ)體補(bǔ)體并非單一分子，而是存在于血清、組織液和細(xì)胞膜表面的一組經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)，包括30多種可溶性

36、蛋白和膜結(jié)合蛋白，故被稱為補(bǔ)體系統(tǒng)。補(bǔ)體廣泛參與機(jī)體微生物防御反應(yīng)以及免疫調(diào)節(jié)，也可接到免疫病理的損傷性反應(yīng)，是體內(nèi)具有重要生物學(xué)作用的效應(yīng)系統(tǒng)和效應(yīng)放大系統(tǒng)。1固有成分：經(jīng)典激活途徑：C1q、C1r、C1s、C4、C2； MBL 激活途徑：MBL、絲氨酸蛋白酶； 旁路激活途徑：B因子、D因子； 共同末端通路：C3、C5、C6、C7、C8和C92. 調(diào)節(jié)蛋白：C1抑制物、I因子、H因子、C4結(jié)合蛋白、S蛋白、 促衰變因子、膜輔助蛋白、同種限制因子、膜反應(yīng) 溶解抑制因子等 3. 補(bǔ)體受體（CR）：CR1CR5、C3aR、C2aR、C4aR等隨著越來(lái)越多接觸性醫(yī)療器械在臨床上的使用，大量用于制造該

37、類醫(yī)療器械的生物材料被不斷地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并取得了良好的臨床使用效果。然而，生物材料及相應(yīng)醫(yī)療器械激活補(bǔ)體也可能對(duì)宿主產(chǎn)生損害或?qū)е箩t(yī)療器械使用的失效，如補(bǔ)體活化釋放的C3a和C5a進(jìn)入血液可導(dǎo)致血管擴(kuò)張、中性粒細(xì)胞聚集及過(guò)敏反應(yīng)；又如C3b可吸附于生物材料的表面，促進(jìn)血小板活化因子的釋放，引起血小板聚集，導(dǎo)致血栓形成，激活的血小板又能激活補(bǔ)體系統(tǒng)，從而使血栓形成的趨勢(shì)加劇。另外一些生物材料中的外源性蛋白，則可誘導(dǎo)產(chǎn)生與人類蛋白交叉反應(yīng)的IgG或IgM抗體，通過(guò)激活補(bǔ)體系統(tǒng)導(dǎo)致組織損傷。傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染系統(tǒng)毒性：在原始刺激的一定范圍之內(nèi)的毒性。是隨著

38、生物材料植入體內(nèi)，宿主對(duì)材料降解或產(chǎn)生磨粒磨損而造成的。由生物材料引起的非免疫系統(tǒng)毒性通常具有強(qiáng)烈的毒性作用。由生物材料引起的免疫性反應(yīng)，或是材料降解或磨損引起的系統(tǒng)毒性毒性較低。門(mén)檻值：低于這個(gè)值，說(shuō)明生物材料不具有毒性，高于這個(gè)值產(chǎn)生毒性。免疫反應(yīng)受到個(gè)體基因、材料劑量、植入物位置等因素影響。高度敏感的免疫相應(yīng)（高敏感反應(yīng)）：不正常的、多余的、不受控制的免疫反應(yīng)。高敏感反應(yīng)可分為四種類型：第一、抗原與IgE類免疫球蛋白抗體的反應(yīng)。 IgE粘附于皮膚或其它組織的細(xì)胞上（柱狀細(xì)胞、嗜堿細(xì)胞、血小板、啫伊紅細(xì)胞）。由于細(xì)胞質(zhì)的釋放導(dǎo)致抗原的產(chǎn)生，幾分鐘 或 幾小時(shí)內(nèi)導(dǎo)致局部體系的毒性癥狀。第二、

39、抗原與IgG 或 IgM類免疫球蛋白抗體的反應(yīng)?？乖掣皆谘“迳希纬砂肟乖?；它刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體，抗體與半抗原反應(yīng)，激活補(bǔ)體系統(tǒng)，造成血小板細(xì)胞膜破壞，細(xì)胞質(zhì)釋放。這種反應(yīng)較為罕見(jiàn)。第三、受到復(fù)雜的免疫性破壞引起的驗(yàn)證相應(yīng)刺激的結(jié)果。病癥癥狀通常發(fā)生在抗體 和 抗原產(chǎn)生反應(yīng)的幾天后 或 幾周后。通常發(fā)生在藥物緩釋 和 生物降解體系中。第四、抗原刺激T細(xì)胞大量的增值，導(dǎo)致淋巴因子部分造成損傷。反應(yīng)與抗體無(wú)關(guān)，反應(yīng)劇烈。這種免疫反應(yīng) 和 有毒植入體、工業(yè)化學(xué)物質(zhì)的出現(xiàn)相關(guān)。包括金屬、硅橡膠 和 丙烯酸樹(shù)脂等。傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染腫瘤：機(jī)體在各種置瘤因

40、子的作用下，某部易感細(xì)胞群體逐漸發(fā)生的、過(guò)度的異常反應(yīng)性增生，往往持續(xù)增長(zhǎng)，與機(jī)體功能不相協(xié)調(diào)。構(gòu)成：主體增殖細(xì)胞 及 由結(jié)締組織和血管構(gòu)成的支撐基質(zhì)。發(fā)展過(guò)程包括：開(kāi)始階段，潛伏階段和發(fā)生階段?？煞譃榱夹阅[瘤 和 惡性腫瘤。 與腫瘤增長(zhǎng)相區(qū)別的幾種正常細(xì)胞增長(zhǎng)：第一、兒童生長(zhǎng)分裂細(xì)胞、皮膚 和 造血骨髓細(xì)胞的增值和分化；第二、炎癥性 和 修復(fù)性增生（外傷引起的成纖維細(xì)胞 和 膠原細(xì)胞的增生）；第三、局部組織受刺激 或 內(nèi)分泌紊亂引起的細(xì)胞增生；第四、錯(cuò)構(gòu)瘤：先天發(fā)育障礙產(chǎn)生，局部細(xì)胞增長(zhǎng)過(guò)快形成腫塊，生長(zhǎng)有限，在機(jī)體成熟 或 成熟前停止生長(zhǎng)。良性腫瘤：腫瘤塊一直在它們的原發(fā)部位擴(kuò)大生長(zhǎng)，同周

41、圍鄰近的正常組織有一明顯 邊界分區(qū)。一般經(jīng)過(guò)手術(shù)可以治療；特殊的也可引起生命危險(xiǎn)： 第一、腦瘤或脊髓瘤，壓迫中樞神經(jīng)； 第二、腎上腺腫瘤，引起內(nèi)分泌紊亂；某些激素亢進(jìn)可以影響心血管系統(tǒng)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物材料越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，并獲得了較顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，獲得了可喜的進(jìn)展，但是生物材料在應(yīng)用過(guò)程中引入了新的的問(wèn)題，如引發(fā)腫瘤。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物材料越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，并獲得了較顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，獲得了可喜的進(jìn)展。如，生物材料的相容性得到大幅提高，使其能廣泛應(yīng)用于骨骼的修復(fù)，心血管功能的恢復(fù)，器官的代替等。但生物材料植入人體會(huì)引起血液凝固

42、，感染，腫瘤和鈣化等一系列不良反應(yīng)。我們這一章主要研究生物材料植入人體引發(fā)腫瘤這一現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理，預(yù)防及有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展相關(guān)內(nèi)容。1. 生物材料引起的異物致癌途徑的發(fā)生2. 生物材料引起的異物致癌途徑機(jī)理3. 致癌試驗(yàn)與腫瘤實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.1 Turner 的致癌試驗(yàn) 3.2 Huper 的致癌試驗(yàn) 3.3 腫瘤體外實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.4 腫瘤體內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)1. 生物材料引起的異物致癌途徑的發(fā)生2. 生物材料引起的異物致癌途徑機(jī)理3. 致癌試驗(yàn)與腫瘤實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.1 Turner 的致癌試驗(yàn) 3.2 Huper 的致癌試驗(yàn) 3.3 腫瘤體外實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.4 腫瘤體內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 異物致癌途徑的發(fā)生由如下幾步

43、組成：在材料植入體內(nèi)的過(guò)程中腫瘤細(xì)胞脫離原來(lái)的部位，侵襲周圍組織，脫離附近的正常細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)與基底膜然后傳入管壁，在血管或淋巴管內(nèi)運(yùn)行，再?gòu)哪程幋┏鲅?，最后在某處血管或某個(gè)器官定居下來(lái)。細(xì)胞繁殖的同時(shí)引起纖維的包裹，并將神經(jīng)細(xì)胞包裹于該位置。纖維包裹完成后，組織反應(yīng)停止，但是前成瘤細(xì)胞核和材料表面之間始終存在接觸，直到前成瘤細(xì)胞最終成熟。在潛伏期階段惡性轉(zhuǎn)化緩慢發(fā)生，最終產(chǎn)生腫瘤。1. 生物材料引起的異物致癌途徑的發(fā)生2. 生物材料引起的異物致癌途徑機(jī)理3. 致癌試驗(yàn)與腫瘤實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.1 Turner 的致癌試驗(yàn) 3.2 Huper 的致癌試驗(yàn) 3.3 腫瘤體外實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.4 腫瘤

44、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)第一、聚合物本身的化學(xué)性質(zhì)在常態(tài)時(shí)十分穩(wěn)定，對(duì)人體無(wú)毒性，但某些聚合物中游離單體或合成材料在加熱，碾磨，燃燒和在一定的反應(yīng)過(guò)程中及生產(chǎn)中使用某些原料和添加劑時(shí)， 將會(huì)接觸有毒性的化合物，它們?cè)隗w內(nèi)氧化，通過(guò)烷化與抗酸呈共軛結(jié)合，引發(fā)癌癥。第二、除化學(xué)因素之外，還與材料的物理因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)研究成果表明，引起惡性腫瘤的原因與植入物的外形有關(guān)，將外形不同的材料埋在鼠的皮下發(fā)現(xiàn)它的惡性腫瘤發(fā)生率有何大的不同，還發(fā)現(xiàn)腫瘤發(fā)生率和組織反應(yīng)后形成的纖維組織包膜的厚度及成熟程度有直接關(guān)系。1. 生物材料引起的異物致癌途徑的發(fā)生2. 生物材料引起的異物致癌途徑機(jī)理3. 致癌試驗(yàn)與腫瘤實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.1

45、 Turner 的致癌試驗(yàn) 3.2 Huper 的致癌試驗(yàn) 3.3 腫瘤體外實(shí)驗(yàn)技術(shù) 3.4 腫瘤體內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù) Turner 的致癌實(shí)驗(yàn)：材料的致癌實(shí)驗(yàn)中，不同種類的動(dòng)物模型致癌的能力大不相同：多數(shù)材料對(duì)兔，雞，狗等動(dòng)物幾乎不致癌，但對(duì)老鼠特別是大鼠卻最易致癌。材料植入鼠的腹腔內(nèi)和皮下組織里，作為固體狀的異物存在，會(huì)引發(fā)癌癥。1941 年，Turner 把酚醛塑料植入鼠的皮下組織里，經(jīng)過(guò)20 個(gè)月后，8 例中有三例發(fā)生肉腫；后續(xù)研究增加了材料的種類，得到了相應(yīng)結(jié)果，并討論了致癌的各種因素。植入物大小的不同，致癌時(shí)間和發(fā)生率也隨之不同 材料的不同形態(tài)的致腫瘤性質(zhì)大不相同不同材料本身的致瘤能力不同

46、。不同尺寸，形狀，形態(tài)等對(duì)致癌的影響，與致癌過(guò)程的組織反應(yīng)有關(guān)。一般的，異物反映表現(xiàn)為急性期的延續(xù)，炎癥合并，血管形成旺盛或慢性炎癥反應(yīng)延續(xù)等，這些情況都幾乎不致癌。當(dāng)炎癥反應(yīng)少，進(jìn)行慢性纖維化時(shí)，就有可能致癌。 Huper 的致癌試驗(yàn)：1964 年，Huper 等人分別用35 只和30 只Blethes 大鼠頸背部皮下植入硫化和不完全硫化硅橡膠，而在不完全硫化硅橡膠植入周圍形成10 個(gè)腫瘤， 同時(shí)對(duì)不同類型聚氨酯泡沫及片材給予大鼠體內(nèi)植入及口服喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)不同形狀及不同品系動(dòng)物腫瘤形成有所差異，經(jīng)腹腔及皮下植入產(chǎn)生腸粘膜，肝臟及腹膜癌，皮下結(jié)締組織，結(jié)腸壁，胃壁產(chǎn)生肉瘤。Oppenheimer

47、 等報(bào)道用纖維素膜做腎包囊，在纖維附近產(chǎn)生肉瘤，目前有作者報(bào)道硅凝膠小鼠體內(nèi)植入產(chǎn)生漿細(xì)胞瘤。Weiss 最近的研究表明，植入物引起的癌變通常發(fā)生較晚，70%以上是在植入十五年后產(chǎn)生的，而且在人體內(nèi)的腫瘤絕大多數(shù)具有較長(zhǎng)潛伏期。聚氯乙烯在促癌劑的作用下產(chǎn)生小鼠肺癌，而長(zhǎng)期植入未見(jiàn)腫瘤的形成，以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明某些高分子材料在動(dòng)物體內(nèi)具有一定致癌性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)動(dòng)物致癌物質(zhì)有兩千多種，而確定對(duì)人致癌的只有30 多種， 因此盡管對(duì)動(dòng)物進(jìn)行的致癌實(shí)驗(yàn)對(duì)人類致癌機(jī)理的研究有重要參考價(jià)值，但動(dòng)物的致癌性不能與人的致癌性相混淆，最后對(duì)人的致癌作用必須通過(guò)多次反復(fù)的流行病學(xué)調(diào)查證實(shí)。 腫瘤體外實(shí)驗(yàn)技術(shù)腫瘤體外試驗(yàn)中，

48、通常要考察誘變效應(yīng)，通常的檢測(cè)誘變能力的方法是埃姆斯（Ames）實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)使用了具有變異能力的細(xì)菌，該類細(xì)菌需要氨基酸，組氨酸來(lái)維持生長(zhǎng)。把細(xì)菌與材料一起培養(yǎng)，在氨基酸介質(zhì)中進(jìn)行酶的制備。細(xì)菌只有能夠變異成不需要組氨酸的顯性才能生存和繁殖。存活下來(lái)的細(xì)菌數(shù)量被定量， 用于說(shuō)明材料的突變能力。該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是速度快，便宜，但是它對(duì)致變劑的敏感有限，特別是在含量低的時(shí)候。因此埃姆斯法實(shí)驗(yàn)要求使用合適的陽(yáng)性和陰性控制，而且只考慮作為初步的機(jī)制說(shuō)明。 腫瘤體內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)ISO 和ASTM 標(biāo)準(zhǔn)通常將體內(nèi)致癌物質(zhì)的評(píng)價(jià)作為生物相容性試驗(yàn)的部分。在該實(shí)驗(yàn)中，通常將實(shí)驗(yàn)制成最后所需要的形狀；同時(shí)將非致癌物質(zhì)制

49、成相同形狀植入同一位置，對(duì)照兩者的組織反應(yīng)情況，研究生物材料的植入是否為引起腫瘤的唯一原因。該實(shí)驗(yàn)的目的是確定新材料的化學(xué)，物理性質(zhì)引起的癌變的可能性。 為加快評(píng)價(jià)，特別是藥物的運(yùn)用，最近FDA 正考慮更新長(zhǎng)期使用的嚙齒動(dòng)物致癌標(biāo)準(zhǔn)， 使用專門(mén)培養(yǎng)的6 個(gè)月大的轉(zhuǎn)基因老鼠（RasH2），這種老鼠對(duì)人體特有的致癌物質(zhì)敏感。 不管動(dòng)物模型，研究時(shí)間，實(shí)驗(yàn)變化的時(shí)間點(diǎn)如何變化，將植入材料周圍組織切下來(lái)，使用組織技術(shù)進(jìn)行評(píng)估并且用SEM 觀察腫瘤的生長(zhǎng)情況。 對(duì)生物材料引起的人體的致癌機(jī)理仍需繼續(xù)探索，這一工作對(duì)生物材料在臨床醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的廣泛性和安全性具有極為深遠(yuǎn)的意義。傷口愈合過(guò)程免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)

50、全身反應(yīng)材料與腫瘤的產(chǎn)生植入感染各種醫(yī)用材料的植入已成為臨床常用的救治手段，但植入物感染問(wèn)題一直是困擾醫(yī)務(wù)人員的一個(gè)棘手問(wèn)題。植入物感染約占醫(yī)院感染的45 %。長(zhǎng)期觀察研究表明，只有近1/ 3 的植入物感染可通過(guò)感染控制措施得以預(yù)，而大多數(shù)則難以通過(guò)無(wú)菌技術(shù)及環(huán)境控制降低感染發(fā)生率。植入物感染對(duì)抗生素和宿主防御功能有極強(qiáng)的抵抗力，往往最終不得不取出植入物。隨著人們對(duì)植入物感染機(jī)制認(rèn)識(shí)加深，應(yīng)用抗生素控釋系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)符合生理特性，防止激發(fā)炎癥反應(yīng)的生物材料成為近年研究熱點(diǎn)。1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性相變異與 抗生素耐藥的

51、形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性相變異與 抗生素耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物

52、來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性相變異與 抗生素耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展引起植入物感染的微生物主要是各種條件致病菌，來(lái)源于宿主和手術(shù)醫(yī)生，經(jīng)內(nèi)源性移位到達(dá)宿主植入物表面或經(jīng)血液進(jìn)行播散。 植入物相關(guān)感染的微生物種類與植入物所用生物材料類型和植入部位有關(guān)。細(xì)菌粘附是引發(fā)植入物感染的重要起始動(dòng)因。細(xì)菌的種類及粘附力、植入物材料的化學(xué)組成、表面形貌、能量狀態(tài)、親(疏) 水性、表面電荷等均是影響

53、細(xì)菌粘附的重要因素。例如，凝固酶陰性葡萄球菌特別是表皮葡萄球菌逐漸成為植入物相關(guān)感染的主要微生物。當(dāng)前臨床應(yīng)用的植入物材料大多數(shù)具有表面理化活性，能激發(fā)炎癥和免疫反應(yīng)，影響正常組織細(xì)胞在植入物表面粘附與定植，并形成有利于微生物定植的植入物周圍微環(huán)境。1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性與抗生素 耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展植入物感染大多是由“

54、生物膜” 細(xì)菌引起的。在植入物存在下，細(xì)菌容易粘附。一旦粘附發(fā)生,以浮游方式(planktonic form) 生長(zhǎng)的無(wú)致病毒力的細(xì)菌即可通過(guò)表型相變異(phage variation) 轉(zhuǎn)化為有毒力的菌體，在增殖的同時(shí)分泌大量多糖粘液樣物質(zhì)(slime) ,使單個(gè)細(xì)菌相互粘結(jié)形成微菌落，并吸附于植入物表面，最終以生物膜方式生長(zhǎng)。生物膜細(xì)菌群可對(duì)多種抗生素產(chǎn)生耐藥、長(zhǎng)期存活并在適宜條件下釋放出生長(zhǎng)迅速的浮游細(xì)菌,從而引起感染播散,導(dǎo)致植入部位的慢性遷延性感染。 生物膜抵抗抗生素的分子機(jī)制 (1) 生物膜內(nèi)細(xì)菌生長(zhǎng)受抑，處于休眠低代謝狀態(tài)，對(duì)許多抗微生物因子不敏感； (2) 細(xì)菌胞外多糖粘質(zhì)層通

55、過(guò)偶極對(duì)、離子結(jié)合或形成絡(luò)和物等方式對(duì)某些抗生素產(chǎn)生理化干擾； (3) 細(xì)菌細(xì)胞壁成分因粘附而發(fā)生變異，誘導(dǎo)產(chǎn)生生物膜中對(duì)多種抗生素耐藥的特異性表型。 (4) 抗生素特定的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效動(dòng)力學(xué)特征也限制了它對(duì)生物膜細(xì)菌的作用。1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性與抗生素 耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展 植入物存在與局部免疫抑制原因和產(chǎn)生過(guò)程植

56、入物在體內(nèi)被視為異物，激活免疫系統(tǒng)，植入物周圍組織會(huì)聚集白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和吞噬細(xì)胞等，發(fā)生不同程度的炎癥反應(yīng)。細(xì)胞免疫反應(yīng)的刺激導(dǎo)致超氧化離子和細(xì)胞因子介導(dǎo)的組織損傷，同時(shí)也啟動(dòng)細(xì)胞因子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終在植入物周圍形成一個(gè)不與正常組織相容的、自我永久化的、免疫功能缺陷的纖維炎癥區(qū)。該區(qū)以炎癥細(xì)胞的反復(fù)浸潤(rùn)、活性氧中間產(chǎn)物的生成、巨噬細(xì)胞的耗竭及相鄰組織的損傷為特點(diǎn)，是導(dǎo)致植入物感染的重要原因 。1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性與抗生素 耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)

57、作用于生物膜的新型抗生素 2. 2 具有抗菌緩釋體系的植入材料的研究 2. 3 植入材料表面改性研究 2. 4 組織工程研究進(jìn)展植入物感染的發(fā)生與發(fā)展與切口感染等其它類型的感染相比，要復(fù)雜得多，其預(yù)防與治療也十分棘手。嚴(yán)格植入材料的衛(wèi)生學(xué)要求及植入手術(shù)的無(wú)菌技術(shù)操作是預(yù)防植入物感染的基本條件。盡管嚴(yán)格遵從衛(wèi)生學(xué)要求標(biāo)準(zhǔn)及盡快縮短手術(shù)時(shí)間，但細(xì)菌進(jìn)入宿主并不依賴手術(shù)技術(shù)和物品環(huán)境的無(wú)菌狀態(tài)，植入物感染仍難以避免。1 植入物感染的發(fā)病機(jī)制 1. 1 植入物感染的微生物來(lái)源與定植 1. 2 植入物感染微生物種屬的適應(yīng)性與抗生素 耐藥的形成 1. 3 植入物存在與局部免疫抑制2 植入物感染的預(yù)防及展望 2. 1 開(kāi)發(fā)作用于生物膜的新型抗生素 2.