输尿管支架降解材料的筛选.doc

输尿管支架降解材料的筛选 作者：岳鑫 孔祥波 岳磊 李宁【摘要】 目的 评价可生物降解输尿管支架材料己内酯/环氧乙烷(PCLEO)共聚物在体外环境中的降解、临床应用和材料的毒性。方法 PCLEO试样24个，随机分成3组，每组8个，分别浸于pH值为4，6，8的浸泡液中，将所有试管置于37恒温水浴箱中，浸泡液每日更换1次，分别于2，4，6和8 w时各取出3种浸泡液中的各2个试样，对试件进行质量、分子量的测量及扫描电镜观察，进行细胞生长抑制试验。结果 (1)PCIEO降解初期，前6 w分子量下降迅速，随后趋缓，重量的损失滞后于分子量的损失，此种共聚物的降解为无规则本体水解过程。(2)PCLEO降解吸收时间延长，可用做长期植入材料使用。通过共聚的方法，可调控试样的生物降解规律及周期。(3)材料的细胞毒性为2级。结论 PCLEO是临床中有希望的输尿管替代材料。 【关键词】 体外降解;生物降解材料;己内酯/环氧乙烷共聚物(PCLEO);输尿管支架，生物相容性高分子降解性输尿管支架材料体内外生物降解性质的研究国外报道较少，国内则未见报道，目前该领域处于基础研究阶段。作为生物降解性高分子材料，降解性质及相容性是此种材料得以应用的首要条件，了解材料的降解及相容性对材料的临床应用具有极其重要的意义1。本课题组就己内酯/环氧乙烷(PCLEO)的体外降解行为及相容性进行了一系列实验研究，本文主要探讨PCLEO(5050)共聚物的动物体内降解情况及相容性，以初步评价该材料的应用前景。1 材料与方法1.1 材料 PCLEO：由长春应用化学研究所生物医用高分子材料中心制备，除去残留有机溶剂，真空干燥48 h，PCLEO试样截成10 mm5 mm，厚约1 mm的片状，并甲醛熏蒸消毒备用。主要仪器、试剂：精密光电分析天平(上海天平仪器厂)、扫描电子显微镜、410型凝胶渗透色谱仪(GPC，美国WATERS公司)、DZF41B型真空干燥箱(上海电子仪器厂)、酸度计、尿酸、尿素、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁、磷酸钠盐、氯化铵、肌酸等试剂均购自北京生物制剂公司，为国产分析纯。24孔培养板(NUNCLON，丹麦);1640培养基(Gibco,美国);紫外线分光光度计(上海);MTT(北京中山公司);L29细胞株;人工降解液1 L,尿素60 g，氯化钾13 g，氯化钠17 g，氯化钙1.6 g，氯化镁1.6 g，磷酸钠盐4 g，氯化铵3 g，肌酸200 mg，调节其pH值至4，0，6.0，8.0共3种浸泡液。1.2 方法 PCLEO试样24个，随机分成3组，每组8个试样，试样真空干燥并福尔马林熏蒸消毒后，将分组试样分别浸于pH值为4.0，6.0，8.0的浸泡液中，将所有试管置于37恒温水浴箱中，浸泡液每日更换1次，分别于2，4，6和8 w时各取出3种浸泡液中的各2个试样。失重率：用滤纸吸去试样表面水分后，真空干燥48 h，用精密光电分析天平称残重，计算失重率。试样的原始重量为初重，失重率=100%(初重-残重)/初重，每组取算术平均值。分子量：凝胶渗透色谱仪测量材料的分子量。以聚苯乙烯(PS)为标样，氯仿为流动相，用GPC测量材料的均数相对分子量。生物降解率=100%(初始分子量-降解后分子量)/初始分子量。细胞生长抑制实验(MTT比色法)：试验分为PCLEO组及阳性对照组，将L29细胞株接种于24孔培养板，每孔加入培养液1 ml，两组每孔分别加入测试及对照材料，于第2,4,7天弃培养基，加入MTT 50 l，在37温箱内孵育4 h，加入DMSO溶液1 ml，用分光光度仪，在波长570 nm下测定光吸收值，并计算细胞的相对增殖度(RGR)。按GB/T 16886标准进行材料的毒性评定。1.3 统计学分析 采用t检验。2 结 果2.1 质量变化 PCLEO共聚物经过8 w的降解，均有失重情况，PCLEO在前6 w重量损失不明显(P>0.05)。pH=8时，重量损失最快，pH=4时，重量损失较慢，pH=6时，重量损失居中。在体外实验中，pH=8时PCLEO于2，4，6，8 w时的重量分别是5.8%，12.68%，15.23%，21.98%。pH=6时PCLEO失重率分别是43%，9.6%，11.42%，12.43%。pH=4时PCLEO失重率分别是1.89%，2.54%，3.3%，6.89%。2.2 分子量变化 PCLEO在pH值为8的浸泡液中，2，4，6，8 w降解率分别为：17.32%,29.48%，39.13%，42.20%;在pH值为6的浸泡液中，其降解率分别为：12.20%，19.30%，24.59%，26.20%;在pH值为4的浸泡液中，其降解率分别为：8.74%，12.10%，20.05%，21.10%。从中可以看到试样的降解率逐渐增大，试样的分子量逐渐下降，在3种浸泡液中随着浸泡液pH值的增高，降解程度逐渐加重。在前6 w生物降解率变化较明显(P<0.05)。2.3 电镜观察 随时间的延长，PCLEO表面及截面均可见程度逐渐加重的受侵蚀现象，孔洞逐渐增多、连成片状。PCLEO于pH值为8时降解情况明显，pH值为6时居中，pH值为4时降解程度较小。见图1。图1 PCLEO截酸表面降解情况2.4 MTT试验的结果 RGR值及材料毒性分级：第2天RGR=109%(0级)，第4天RGR=66%(2级)，第7天RGR=58%(2级)。材料的细胞毒性评价是2级。3 讨 论本研究中试验材料PCLEO的细胞毒性分级是2级，其细胞毒性的产生可能有以下几个原因：(1)材料生产过程中残留的原料单体，低分子聚台物，催化剂和添加剂产生的毒性作用;(2)材料消毒过程中残留的环氧乙烷的毒性作用;(3)材料本身的毒性作用。因为医用材料同体液直接接触，聚合物中的易溶出物质(包括残留的原料单体、低分子聚合物、催化剂和添加剂)是引发炎症和组织反应的主要原因，不能除外某些物质会产生细胞毒性。有研究认为聚合物中可能存在的低分子量物质级聚合物中的可滤出物具有细胞毒性作用2。尿液的pH值是影响材料的降解性因素之一。PCLEO在体外模拟尿液环境下(pH=8时)，降解最迅速，pH=6时降解率居中，pH=4.0时降解较为缓慢46，这是因为尿液中所含的NH+4的作用，NH+4有促进降解的作用。但即使pH=8，共聚物PCLEO于4 w时生物降解率达到29.48%，电镜下改变有渐近的降解趋势，但大体性状无明显变化。作为一种输尿管内置入材料，PCL降解时间较长，在体内尿液中完全降解掉约需时12年，不适合临床工作需要，降解时间在数月内则较为适宜，利用两种单体共聚后，强度、韧性适中，可缩短降解时间。EO呈亲水性，而水合作用又是降解的重要步骤，聚合物的吸水率与它的降解性能具有相关性，但EO本身机械强度不高，难以满足支架材料的要求。EO与PCL的共聚物，不但具有良好的强度而且具有可调控的生物降解周期。共聚物的体外失重率和生物降解率变化趋势相近，说明聚合物的降解过程主要是水解过程。PCLEO结构中的EO为亲水组份，吸水后促进聚合物水解，所以PCLEO降解快于单体PCL，体外实验8 w时PCLEO生物降解率为30%左右。电镜下可见试样表面出现增多的凹陷，逐渐变成小孔洞，裂隙增宽、加深，密度降低，表明聚合物降解是一个酯键无规则水解过程。PCLEO是临床工作中有希望的输尿管替代材料，但共聚物降解时间不宜延长，而且可满足临床工作需要。材料制成管状后，降解性质会受几何形状的影响，需要进一步研究。【参考文献】 1 Matsuseue Y,Yamamuro T,Oka M,et al.In vitro and in vivo studies on bioabsorbable ultrahighstrength poly(dllactde)rodsJ.J Biomed Master Res，1992;26(6):155367.2 张彩霞，孙 皎，孟爱英.紫外分光光度仪测量不同含铜银汞合金细胞毒性的新方法J.中华口腔医学杂志，1990;25(1)：21.3 庄振武，李 麟.生物降解性聚合物支架J.国外医学临床放射学分册，1999;3：1425.4 Leveilee RJ,Pinchuk L,Wilson GJ,et al.A New self expanding lined stentgraft in the dog ureter：radiological,gross,hystopathological,and scanning electron microscopic lindingsJ.J Urol,1998;160(5)：187782.5 Paridian SS，Hussey JK,Mc CImton S.Metallic ureteric stents：e