医学课件生物材料（biomaterials）

生 物 材 料 (Biomaterials) 赵洪武 副研究员 北京工业大学 生命科学与生物工程学院 药物合成研究室 2011年11月06日 联系方式 n赵洪武 副研究员 n联系电话：67396211 n电子邮件: n办公室：环化楼1311房间 n生物材料学，阮建名编著，科学出版 社，200年月 n生物医用材料学，郑玉峰，李莉编著， 哈尔滨工业大学出版社，200年月 n生物材料学，周长忍主编，中国医药科 技出版社 n实用生物医用材料学，顾其胜等编，上 海科学技术出版社，2005年月 使用教材及参考书 钙化：生物体内的一些钙盐在材料表面的沉积。 经常会引起植入材料或器官的应用失败。材料在 生物体内的钙化氏病理性钙化，生物体内产生的 病理性钙化主要有两种： 转移性钙化：正常组织中钙盐在材料表面沉积， 是生物体内的一个平衡过程，调节血液中的钙离 子浓度。 营养不良钙化：主要是受损或病态组织中的钙盐 在材料表面的沉积，也可能是材料自身钙的新陈 代谢产生。 影响钙化的因素： 材料的化学组成和表面形态的影响：材料表面的醛基 、环氧基和羧基等基团有利于钙化的发生 植入材料的部位的影响：若材料在体内做周期性运动 ，在应力存在处优先钙化；因摩擦而产生的材料表面 缺陷也能加速细胞沉积，导致钙化 剪切应力，局部过热，导致细胞死亡；凝血加速钙化 ，血小板吸附 生物体液的钙、磷含量，成骨素脂质和蛋白的含量， 也是加速钙化的原因 避免延缓钙化的措施： 抗血小板聚集的药物可防止血小板在材料表面的聚 积，可防止钙化 材料表面处理，增加材料表面的亲水性和在表面引 入表面活性剂可防止细胞在材料表面的黏附 减少生物体固定时的压力，从而减少材料表面的缺 陷 在局部使用钙通道阻滞剂可以防止内源性钙化 材料交联时选择含环氧基团的而不用戊二醛，后者 可使组织变硬 致癌性：植入物 引发肿瘤的直接因素尚不清楚，一 般认为肿瘤的出现与生物体的免疫性相关。植入物 引起肿瘤的基本发展过程： 植入物在急性反应过程中发生细胞增生和组织浸润 在植入物周围形成一个界限分明的纤维组织包膜 组织反应静止期，即与植入物接触的巨噬细胞处于 潜伏状态或吞噬功能失活期，肿瘤前体细胞与植入 物表面直接接触 肿瘤前体细胞最终成熟为癌变细胞，肉瘤性增生 植入物引发癌变的一些经验规律 大量动物实验表明，材料的外形，以及材料的填埋 方法与组织癌变的关系也较明显 肿瘤发生率与组织反应后形成的纤维组织包膜的厚 度及成熟度有直接关系 材料被致癌物质污染或生物材料老化过程中释放致 癌物质 材料的制备、加工和临床使用过程中注意的问题 不要使用致密膜状植入材料，多块材料使用 时不要采用连续相临的埋植法 植入材料的机械性能要尽量与周围组织的机械性能相 容，材料与生物组织之间尽量避免间隙，材料不要发 生相对与周围组织的机械运动。 材料植入体内后，不要有小分子渗出或溶出，若是生 物降解材料应保证降解产物无毒，材料产生的小分子 化合物不能使周围组织的生态环境受影响 三、影响组织反应的因素：一是生物体本身的生物学 环境和临床情况；二是植入材料的性质和形状。从 材料的角度考虑，影响组织反应的主要因素如下： 材料的化学组成：是影响材料相容性的最关键因 素，若材料有毒、或释放出毒性分子、或降解产物 有毒，均不能作为植入材料 材料中的杂质：加速材料本身在体内的老化；加 剧组织的生物学反应 物理力学性能：材料的硬度、模量和弹性等应尽 可能与周围环境匹配 物理力学性能：材料的硬度、模量和弹性等应尽 可能与周围环境匹配 形状：锐利的边角会造成周围组织的损伤而加剧 组织反应 表面的形态结构：粗糙不均匀的表面会加剧周围 组织反应 材料表面性能：材料表面直接与组织接触，材料 表面的分子结构和性质显得十分重要。材料的表 面改性是研究生物材料的一个重要内容 四、组织相容性的评价方法 急性全身毒性：用材料或材料浸提液，通过单一或多种途 径，用动物模型做试验，评价其毒害作用 刺激试验：利用上述浸提液做家兔内刺激试验，按注射部 位红斑、疤痛和水肿程度不同，把被检品的刺激性分为五 等 细胞毒性：由细胞培养技术测定细胞溶解、抑制细胞生长 或 其他毒性 局部毒性试验：将材料植入适当部位和组织，观察70-90 天，评价材料对活体组织的局部毒性 致突试验：测定由材料或材料浸提液引起的基因 突变、染色体结构和数量的变化或遗传毒性 亚慢性、慢性毒性：方法同急性全身毒性相同， 只是试验时间不同 致癌基因的生物评价：由单一途径或多种途径， 在实验动物整个生存期内，观察材料或浸提液 对 基因突变的作用。 生殖和发育毒性：主要针对计划生育材料的毒性 刺激性试验，如缓释药物等 第四节 血液相容性 一、概念：材料与血液接触时表现出的功能或性能。血液相 容 材料能够正常发挥功能，不产生任何毒副作用 二、血液凝固和抗凝 血液凝固过程：血液由流动状态变为胶冻状的过程。凝 固 过程主要分为三个步骤：形成凝血酶原酶复合物、凝血 酶 的形成、血液的凝固 形成凝血酶原酶复合物：是凝血因子Xa与V，Ca 2+ ， PF3 形成复合物的总称。凝血因子的激活可通过内源性和外 源 性两条途径激活 第四节 血液相容性 内源性激活途径：在一定因素的作用下，血浆内的凝血 因子发生变化，从激活因子XII开始，到激活因子X的过 程 外源性激活途径：血管以外的组织受伤后，释 放凝血因子III，从而激活X凝血因子的过程 凝血酶的形成：在凝血酶原酶复合物的作用下，凝血酶原水 解 成凝血酶（IIa） 血液的凝固：在凝血酶的作用下，纤维蛋白原分解成纤维蛋 白；在Ca2+参与下，凝血酶激活因子VIII成为VIIIa， VIIIa可使纤维蛋白互相联结，形成牢固不溶于水的纤维蛋白 多聚体 血液的抗凝：最理想的系统应是生物体内的血管。一 是血液中含有抗凝物质，二是血管的结构影响血管血液的抗凝 因素： 血管内膜的多相结构使其具有亲水、光滑、荷电等特 点，从而不破坏血小板，使血浆蛋白变性，不激活凝 血因子 血流速度快，血小板不易在血管壁上大量黏附，血浆 中的凝血因子也不易在局部聚集而相互作用 人体中含有抑制血液凝固的物质 其他物理、化学方法。如血液降温可减缓凝血速度 （三）纤维蛋白的溶解：生理性止血过程中，血凝块 成为血栓，血管创伤愈合后，构成血栓的纤维蛋白 又逐渐溶解。纤维蛋白溶解包括四种成分：纤维蛋 白溶解酶原、纤维蛋白溶解酶、激活物和抑制物 1.纤维蛋白溶解酶原的激活 血管内激活物：是由血管内皮细胞合成，直接进 入血液，主要作用是维持血浆内激活物浓度 组织激活物：在组织损伤时，组织会释放组织激 活物，促进纤维蛋白溶解，组织激活物在甲状腺、 肾上腺和前列腺中含量较高 激态释放酶：血浆中无活性的前激肽释放酶被 VIIa激活后，形成激肽释放酶，激肽释放酶可激活 纤溶酶原，维持血凝和纤溶之间的动态平衡 纤维蛋白的降解：纤维蛋白溶解酶