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医用材料研究中心

发表日期:2019-01-11 11:44:06

     生物材料(Biomaterials)是用于与生命系统接触和发生相互作用的,并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料,又称生物医用材料。生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域,其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科,同时还涉及工程技术和管理科学的范畴。生物材料有人工合成材料和天然材料;有单一材料、复合材料以及活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。生物材料本身不是药物,其治疗途径是以与生物机体直接结合和相互作用为基本特征。
生物材料应用广泛,品种很多。包括金属材料(如碱金属及其合金等)、无机材料(生物活性陶瓷,羟基磷灰石等)和有机材料三大类。有机材料中主要是高分子集合物材料,高分子材料通常按材料属性分为合成高分子材料(聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸及其他医用合成塑料和橡胶等)、天然高分子材料(如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等)。根据材料的用途,这些材料又可以分为生物惰性、生物活性或生物降解材料。根据材料对血液的影响状态则分为血液相容性聚合物和血液不相容性;根据材料对机体细胞的亲和性,可分为生物相容性和生物不相容性聚合物等。
     世界生物材料科学和技术迅速发展,即使在当今全球经济低迷的大环境下,生物材料依然保持着每年13%高速增长,充分体现了其强大的生命力和广阔的发展前景。现代医学正向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体生理功能、个性化和微创治疗等方向发展。传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足医学发展的要求,生物医学材料科学与工程面临着新的机遇与挑战。
    未来,生物医用材料的市场占有率大有可能将赶上药物。因此,加强生物医用材料的临床应用研究和推广应用,重点发展生物医用材料的研究、开发、生产与营销紧密结合的一体化体系是当务之急。
   一种抑制成纤维细胞增殖的新型防粘连材料
 
      术后组织粘连是腹部手术患者一种普遍的并发症。固体阻隔物是临床上应用最为广泛和成熟的预防粘连方法,也是未来防治粘连主流方法。然而只是单纯依靠物理阻隔作用的固体阻隔物法并不能达到令人满意的防粘连效果。
     从术后粘连发生机制来看,成纤维细胞的大量增殖与凋亡抑制粘连形成的生物学基础之一。因此,抑制成纤维细胞的增殖是控制术后粘连的重要手段。PPDO是一种兼具良好的柔韧性和力学强度的聚合物,对PPDO进行共聚改性,在充分利用其优良性质的基础上赋予其特定的生物学性能可使其被应用于粘连预防领域。研究证实L-苯丙氨酸(L-Phe)具有特异性抑制成纤维细胞增殖的作用,本发明通过共聚反应将L-Phe引入到PPDO分子链中制备成具有成纤维细胞抑制作用的共聚物PDPA(Fig.1),对于PPDO作为固体屏障材料应用于防粘连领域是十分有益的。
 
Fig.1 PDPA共聚物部分链段结构。
PDPA复合静电纺丝纤维膜的实验各组大鼠在纤维膜的阻隔及生物学作用下,盲肠组织与相应腹壁组织在术后仍是相互游离状态,未发生粘连。
 
Fig2. 大鼠盲肠-腹壁摩擦损伤模型术后使用PDPA一周a) 对照组,b)-d) 不同PDPA静电纺丝膜实验组。
 可见PDPA/PLGA静电纺丝膜具有抑制成纤维细胞增殖的生物学特性,可用于预防过度纤维化导致术后粘连、瘢痕增生及腹壁纤维化等。
一种抗肿瘤大分子前药PDCM
   目前缓释载体在肿瘤化疗领域得到了广泛应用,但临床所用载体的负载方式多为物理包裹,这种负载方式存在释放速度不均匀,药物负载效率低等问题。L-苯丙氨酸氮芥是广泛应用于临床的抗肿瘤药物,治疗多发性骨髓瘤、乳腺癌、卵巢癌。多为口服制剂,其盐酸盐可静脉注射,但该药物毒性较大,全身给药易造成多种毒副作用。为此,我们致力于开发一种适用于局部注射或局部植入给药的,且药物释放速率均匀、载药效率高的缓释体系。
 本发明通过化学方法将L-苯丙氨酸氮芥以共价结合的形式结合于聚对氧环己酮分子链上(PDCM抗肿瘤大分子前药,Fig.1)并通过静电喷雾法制备成纳米颗粒(Fig.2),其目的是使其置于有安全稳定的缓释体系中进行局部给药,降解共价键结合的纳米级L-苯丙氨酸氮芥体系,从而降低L-苯丙氨酸氮芥的毒性。
 
Fig.1. PDCM大分子前药部分链段结构。
 
Fig.2. PDCM\纳米颗粒SEM图。
 
Fig. 3. 不同浓度PDCM纳米颗粒对癌细胞增殖的抑制作用。
研究发现给药三天后聚合物纳米颗粒对癌细胞的增殖开始产生抑制作用,到第五至七天,PDCM的细胞增殖抑制率可达80%。
PDCM纳米颗粒在裸鼠移植瘤模型体内抗肿瘤效果也显示PDCM纳米颗粒有效抑制了肿瘤的增殖。