（特种经济动物饲养专业论文）海狸鼠尾部肌腱制作医用可吸收缝合线的研究.pdf

摘要 医用可吸收手术缝合线的研究是生物医用高分子研究中最活跃的领域之一，已 广泛应用于医学和动物医学的外科手术中。本研究的目的就是要研制一种新型的， 具有良好的生物相容性、较低的抗原性和优良的降解、吸收性能的手术缝合线。研 究的主要内容有： 1 肌腱缝合线的制作及物理性能的研究：采用海狸鼠尾部肌腱经过脱脂、脱水、 两次固定等一系列加工过程而制成缝合线，然后测算它的长度、直径及抗拉强度。 结果发现，5 5 的肌腱长度在2 0c m 以上，8 0 多的肌腱直径集中在0 3 0 0 5 9 姗 之间：用适当浓度的戊二醛溶液处理的肌腱缝合线抗拉强度最大，达2 7 5 4 3n ，m m ， 此强度完全符合伤口愈合的要求。 2 肌腱缝合线细胞毒性的研究：将它与鸡胚成纤维细胞共同体外培养，观察其 对细胞形态和增殖率的影响。结果表明，这种缝合线对细胞形态无影响，对细胞增 殖具有一定的促进作用，细胞相容性好，符合医用缝合线的要求。 3 生物相容性的研究；对肌腱缝合线进行了以下试验；急性毒性试验、溶血试 验、热原试验、皮肤刺激试验，根据标准对试验数据进行分析和评估，结果显示肌 腱缝合线的生物相容性试验结果均为阴性，从而说明了这种缝合线的生物相容性好， 是理想的医用生物材料。 4 抗原性的研究：将大量肌腱缝合线溶液输入家兔耳静脉内，观察家兔的免疫 反应，并分别取肌腱缝合线溶液、天然兔抗原、天然牛抗原皮下多点、腹腔、肌肉 注射途径常规免疫家兔，来研究这三种抗原的免疫性强弱。结果发现，肌腱缝合线 溶液的免疫反应性很弱。 5 植入后反应及降解性能、吸收性能的研究：用肌腱缝合线缝合家兔胃、小肠 壁，发现缝合后家兔无体温升高现象，呼吸、脉搏正常，白细胞记数正常，病理检 查正常。肌腱缝合线在家兔体内1 4 天时张力降解为原来的6 0 左右，此时直径开始逐 渐变细，3 5 天时，肌腱缝合线己难测量其直径，6 0 天后成粘糊状，用摄子轻夹缝线 即碎裂，1 2 0 天后肌腱缝合线完全降解吸收，此降解和吸收速度完全符合医用可吸收 缝合线的要求。 由此可知，用海狸鼠尾部肌腱可以制作成一种新型的可吸收缝合线，此缝合线 具有良好的生物相容性，较低的抗原性，降解、吸收性能优良的特点，是一种理想 的可吸收手术缝合线。 【关键词】生物材料可吸收手术缝合线胶原蛋白生物相容性抗原性生物降解 a b s tr a c t t h es t u d yo nt h ea b s o r b a b l es u t u r ei so n eo ft h em o s ta c t i v ed o m a i n so n b i o m e d i c i n em a c r o m 0 1 e c u l er e s e a r c h t h e yh a db e e n u s e di nm e d i c i n ea n d v e t e r i n a r yw i d e l y t h ep u r p o s eo f t h i sr e s e a r c hi st om a n u f a c t u r ean e ws t y l e s u t u r ew h i c hh a se x c e l l e n tb i o c o m p a t i b i l i t y ，l o w e ra n t i g e n i c i t y ，g o o d d e g r a d a b i l i t ya n da b s o r b i l i t y t h ef o l l o w i n ga r et h em a i n c o n t e n t ： 1 t h ep r o d u c t i o no ft e n d o ns u t u r ea n ds t u d i e so np h y s i c a lp r o p e r t i e so fi t ： t e n d o ns u t u r ew a sp r o d u c e db yf a ta n dw a t e rr e m o v a lt e n d o nt h a tw a sd o u b l e f i x i n g ，e t c t h e nt h el e n g t ha n dd i a m e t e ro fs u t u r e sw e r em e a s u r e da n dt h e t e n s i l es t r e n g t hw a sc a l c u l a t e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h el e n g t ho f5 5p e r c e n t t e n d o nw a sm o r et h a n2 0c ma n dt h ed i a m e t e ro f8 0p e r c e n tt e n d o nw a sa r o u n d 0 3 0 0 5 9 珊t h et e n s i l es t r e n g t ho ft e n d o ns u t u r e sw h i c hw e r ec r o s s l i n k e d b y2 c o n c e n t r a t i o ng l u t a r a l d e h y d ei st h es t r o n g e s t i ti s2 7 54 3n 啪t h a t i si d e a lf o rt h ed e m a n do fw o u n dh e a l i n g 2 r e s e a r c ho nt h ec y t o t o x i c it yo ft h et e n d o ns u t u r e ：t h es u t u r em a t e r i a ls a n dc h i c k e ne m b r y o sf i b r o b l a s t sw e r ec u l t i v a t e di nv it r ot o g e t h e r a n dt h e e f f e c to ft h es h a p ea n dp r o li f e r a t i o no fc e ll sw e r eo b s e r v e d r e s u l t ss h o w e d t h a tt h i sn e ws t y l es u t u r eh a d n tn e g a t i v ee f f e c to nc e l l sf o r m a t i o nb u t a c t i v ee f f e c to n p r 0 1 i f e r a t i o n o fc e l l s s oi th a sa ne x c e l l e n t b i o c o m p a t i b i l i t ya n di ss u i t a b l ef o rm a k i n gm e d i c a ls u t u r e 3 s t u d i e so nt h ec o m p a t i b i l i t yo ft h et e n d o ns u t u r e ：s o m ee x p e r i m e n t sw e r e d o n eb a s e do nt h ec e l lt o x i c i t yt e s t t h e ya r eu r g e n tt o x i c i t y ，p y r o g e n i c r e a c t i o n ，s k i ns t i m u l a t e da n dh e m o l y t i ct e s t t h e nt h e i rt e s td a t a sw e r e a n a l y z e da n de v a l u a t e da c c o r d i n gt oi s o t h e s ee x p e r i m e n t sh a dt h en e g a t i v e o u t c o m e s i ts h o w e dt h a tt h et e n d o ns u t u r eh a dg o o db i o c o m p a t i b i l i t y ，a n d i t i sa ni d e a lb i o l o g ym a t e r i a lf o rm e d i c i n e 4 s t u d i e so na n t i g e n i c i t yo ft e n d o ns u t u r e ：al a r g ea m o u n to ft e n d o ns u t u r e s o l u t i o nw e r ei n j e c t e di n t or a b b i t sb yv e i n i m m u n i z i n g t o s t u d y t h e i r i m m u n o l o g i c a lr e s p o n s e s a n dr e a c t i o n s a n dt e n d o ns u t u r es o l u t i o n ，b o v i n e s f i ba n dr a b b i t sh bw e r ei n f u s e di n t or a b b i t s b ys u b c u t a n e o u s ，a b d o m i n a lc a v i t y a n dm u s c l ei n 帅u n i z i n g i tw a si n t e n d e dt os t u d yt h ed e g r e e so fa n t i g e n i c a c t i v i t y i n f e r e n c ec a nb ed r a w nt h a tt h e r ew o u l du n li k e l ye m e r g ea c c i d e n t s i nr a b b i t sa f t e ri n f u s i o nt e n d o ns u t u r es o l u t i o n 5 t h er e a c t i o n sa f t e ri m p l a n t a t i o na n dr e s e a r c ho nt h ed e g r a d a t i o n p r o p e r t y a n da b s o r p t i v ec h a r a c t e r ：r a b b i t sh a dn o af e v e ra n db r e a t h e d ，p u l s e d r e g u l a r l y a f t e r i m p l a n t a t i o n c l a s s i f i c a t i o n o fw h i t e b l o o dc e l la n d p a t h o l o g i c a le x a m i n a t i o na r en o r m a l l y t h et e n d o ns u t u r e t e n s i l es t r e n g t h a r ed e g r a d e dt o6 0 a f t e rb e i n gi m p l a n t e di n t or a b b i t s b o d i e sf o r1 4d a y s w h e nt h et e n d o ns u t u r ed e f l a t e ds l o w l y 。w h e nb e i n gi m p l a n t e df o r3 5d a y s ， t h et e n d o ns u t u r e s d i a m e t e r sw e r em e a s u r e dv e r yd i f f i c u l t l y a f t e rb e i n g i m p l a n t e df o r6 0d a y st h e yb e c a m ed o u g h i n e s s a n df o r1 2 0d a y s ，t h et e n d o n s u t u r e sa r ea b s o r b e dc o m p l e t e l y t h i sd e g r a d a t i o na n da b s o r p t i o nr a t eg i v e ag o o df i tt ot h ed e m a n do fm e d i c a la b s o r b a b l es u t u r e s ot h et e n d o ni nt a i l so fmy o c a s t o rc o y p u sc a nb em a n u f a c t u r e dt oan e w s t y l e a b s o r b a b l es u t u r ew h i c hh a se x c e l l e n tb i o c o m p a t i b i l i t y ，l o w e r a n t i g e n i c i t y ，g o o dd e g r a d a b i l i t ya n da b s o r b i l i t y k e yw o r d s ：b i o m a t e r i a l ：a b s o r b a b l es u t u r e ：c o l l a g e n ：b i o c o m p a t i b i l i t y ： a n t i g e n i c i t y ：d e g r a d a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研触签名： 仍寺 时间：妒歹年历蛔 关于论文使用授权的说明 本人完全了解有关湖南农业大学保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不问方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议l 研究生签名：j 可的辱时间：缈f 年易月午日 导师签名： 巷婢 j 时间：7 一岁年钿7 日 前言 1 研究的目的和意义 1 1 研究的目的 外科手术主要有切割、止血和缝合三个基本操作，止血和缝合时必须使用医用缝 合线。缝合线有很多种类，根据生物降解性能可分为两种：一种是非可吸收缝合线， 它在体内不降解，如不通过手术取出则作为身体异物留在组织中；另一种是可吸收缝 合线，它在体内可以通过降解成为可溶性产物，通常在2 6 个月后从植入点消失【l 】。 使用非可吸收缝合线缝合表皮，尤其是面部皮肤，会使皮肤留下疤痕，对于内脏器官 的缝合，使用可吸收缝合线具有不可比拟的优点，它既能为机体提供暂时的支架或屏 障，又能在完成使命后，通过降解成为人体可吸收的物质而消失，避免体内因长期存 在外来异物而产生的排异反应、非感染性炎症及其他一些不良因素影响，同时也避免 了伤口愈合后拆线给病人造成的痛苦，减少了被感染的机会，加快了医务人员的工作 效率【2 1 ，因而在医学上，它与非可吸收手术缝合线相比具有明显的优势。受到了广大医 生和手术患者的青睐，是一种极具发展潜力的可吸收型生物材料。 目前国内使用的可吸收缝合线主要是羊肠线，羊肠线在体内经过一定时间后被人 体吸收，不留异物，但手感硬，打结困难，且需浸泡在二甲苯等有机溶剂中，有难闻 气味。国外在八十年代初已开始大量使用合成的可吸收缝合线，如d e x o n , p l a ，p d s 等，这些合成的可吸收缝合线在七十年代研制出来后，由于它具有无毒、无刺激性、 无免疫抗原性、生物相容性好。并能在体内水解或酶鳃等特性，很快占领了欧美的医 疗市场，传统的真丝线、涤纶线、羊肠线已趋于淘汰【3 l 。我国由于目前这项技术的研究 不是很先进，至今还在沿用非可吸收的缝合线或从国外进口可吸收的合成缝合线，但 价格昂贵，因此研制可吸收缝合线势在必行。 本研究的目的就是要以海狸鼠尾部肌腱为原料，经过脱脂、脱水、二次固定等 系列的n - r 过程而制成一种新型的可吸收缝合线。肌腱本身无毒，如经清洁处理用于 异体内，应该没有毒性，但据国际标准化组织( i s o ) 和中国卫生部规定【4 l ，对长期植 入机体的材料，当其原料配方、化学组成、制备过程有所改变时，应考虑到其可能毒 性作用，这就需要重新进行生物学试验评价，它包括组织相容性、血液相容性和细胞 相容性试验。因此，本研究还将通过一系列试验来验证它是否比以往各种缝合线具有 更加优良的特性。 1 ，2 研究的意义 & 目前，我国实际生产的可吸收缝合线主要为羊肠线，具有柔韧性差，组织反应大， 在消化液和感染环境下抗张强度耗损快等缺点，而人工可吸收缝合线的生产，其质量 和国外先进水平相比，仍有一定的差距，如需用时，大部分依靠进口。就以眼科缝合 线来说，每根长度为5 0 厘米、线径为1 1 0 2 厘米的缝合线价值为5 0 元，而我国全年 需求量约为5 0 万根，价值为2 5 0 0 万元【5 1 ，因此，研制新型可吸收缝合线具有光明的前 景。本研究研制的这种新型的手术缝合线具有优良的性能，研究成功后，将为我国节 省大量的外汇，为临床医学和动物医学增加一种极为理想的可吸收手术缝合线。可以 预测，它会有广阔的应用前景，能够创造良好的经济效益和社会效益。 b 海狸鼠尾部肌腱制作可吸收手术缝合线的研究可以促进生物医学材料工业的发展， 为新材料的开发、利用提供极有意义的参考价值。 c 本研究以海狸鼠的副产品尾巴为原料，加工成附加值极高的高科技产品，促进了海 狸鼠养殖业的发展，提高了海狸鼠的经济效益，为农民致富开辟了一条新的途径。 2 可吸收缝合线研制的可行性 a 成年海狸鼠尾部长度与体长相当，约3 5 5 0c m ，从解剖结果可以看出，海狸鼠的 尾部肌腱十分发达，每只合计达1 0 0 多根，从长度分布情况可见，其尾部肌腱长度在 2 0c m 以上的约占一半，这种长度完全符合医用缝合线的要求。 b 从肌腱细度分布情况来看，通过解剖和显微镜观察发现，尾部肌腱较为均匀，其横 径范围大都在0 2 0 6 9i n t o 之间，风干后它的直径是新鲜时的9 0 9 6 ，缩小幅度不很明 显“) ，在此方面无需再加工就可满足医用缝合线的要求。 c 海狸鼠尾部肌腱主要由胶原纤维组成，其化学成分9 5 以上为胶原蛋白，胶原蛋白 的结构和成分都表明。它是一种弹性和韧性很强的组织，且抗原性较小”1 ，经过适当处 理后，就是一种新的生物型医用材料。其制作和处理的方法，我们将在本论文第一章 中详述。 3 可吸收缝合线国内外研究进展 伤口缝合的历史可追溯到公元前5 0 0 0 3 0 0 0 年外科手术产生时期。早期的伤口缝 合纤维材料主要是亚麻、真丝、大麻、马鬃毛和棉花。这些天然材料在使用前需要用 油或酒润滑，以减轻组织牵扯，并能创造出一个比较清洁的伤口缝合过程嘲。随着科技 的发展，人们对可吸收手术缝合线的研究越来越深入，目前人们正在寻找各种合适的 材料来研制缝合线。对一个特殊手术缝合线的选择，应根据缝合线材料的已知物理特 性和生物学特性及被缝组织的伤口愈合性质来确定。一般来说，理想的可吸收手术缝 合线有六个基本要求：可以进行彻底的消毒杀菌处理：有一定的机械性能，如 适当的机械强度和延伸度，有一定的柔软性和弹性回复，有一定的湿润强度和摩擦系 数；缝合、打结时操作方便，作结后持结性能良好：缝合线在体内一定时间内 保持一定的强度，并在伤口愈合后能够被吸收；对人体组织有适应性，不致因异物 反应而发生炎症；产品质量稳定可靠，制作容易，价廉易得 9 】。 天然可吸收手术缝合线主要来源于天然材料如羊肠黏膜，甲壳素、壳聚糖，胶原 纤维等，人工合成可吸收缝合线主要来源于各种人工合成材料如聚乙交酯、聚乳酸、 聚对二氧杂环已酮等【l o l 。因天然材料具有无毒的特点，它在临床上替代人工合成生物 2 材料已成为趋势。下面重点论述这些应用于体内的可吸收手术缝合线的研究进展情况。 3 1 天然可吸收手术缝合线 3 1 1 羊肠线 在所有天然可吸收缝合线中，羊肠线是最传统的一种了，从最早的医学记录开始， 在外科手术中即已使用羊肠线，它取自羊肠黏膜下层的黏膜加工而成，在体内的降解 和吸收主要取决于给巨嗜细胞活动提供能量的组织蛋白酶的存在情况。羊肠线至今仍 是缝合手术的主要材料来源，因为它来源广阔且制作工艺相对简单，成本低廉，但它 具有柔韧性差，组织反应大，在消化液和感染环境下抗张强度耗损快等缺点。为解决 这些缺点，人们制作了掺有交联剂铬制成的铬肠线以及加碘制成的碘肠线，前者可增 加羊肠线的抗张强度和延长维持应力的时间，后者有减少切口感染率的可能，但两者 均不能完全避免羊肠线的上述缺点【l ”。 3 1 2 甲壳素、壳聚糖可吸收缝合线 以甲壳素为原料制作可吸收缝合线始于2 0 世纪7 0 年代，日本在该领域的研究处 于世界前列，著名的尤尼吉卡公司已有多项专利和产品问世【1 2 1 。国内相关研究工作始 于9 0 年代。据有关学者的试验【1 31 4 】，甲壳素缝合线具有众多独特的优点：人体耐受 性良好；具有一定的抗菌消炎作用，能促进伤口愈合，疤痕小；强度和柔韧性适 中，表面摩擦系数小，易于缝合和打结；可进行常规消毒，还可进行染色、防腐等 特殊处理：植入后吸收均匀，强度衰减速率适中，能满足伤口愈合全过程对缝合线 强度的要求：原料来源广，加工简便，成本低。侯春林等【1 5 】进行的动物体内试验也 充分表明了甲壳素缝合线的性能明显优于肠线。但目前甲壳素缝合线在临床上并未大 规模使用，其主要问题在于其拉伸强度与聚乳酸类缝合线相比还有一定的差距，还不 能满足高强度缝合的需要；而且在胃液等酸性条件下强度损失较快；也有动物实验表 明，使用甲壳素缝合线在伤口愈合中期会出现原因不明的轻度炎症【l6 】。为解决实际使 用中的问题，已有文献报道采用甲壳素衍生物制备缝合线，同时，采用一些新的纺丝 工艺，如提高甲壳素液晶纺丝强度等，可收到较好的效果【1 3 l 。 苏秀榕等f 1 7 l 报道了从虾蟹壳中提取壳聚糖制备医用外科可吸收手术缝合线的研 究，并将该缝合线同羊肠线在小白鼠体内进行了缝合实验，通过组织切片，电镜扫描 观察，证明了壳聚糖手术缝合线在机体内的吸收优于羊肠线；并且通过实验证明了壳 聚糖手术缝合线是无毒、无害、无任何剐作用，易打结、易被机体吸收的优良医用材 料。 人类发现甲壳素及壳聚糖已有1 0 0 多年的历史，但将其用于制作医用手术缝合线 还是近3 0 年的事。从现有的研究成果看，甲壳素及壳聚糖有着良好的应用前景。但目 前投入临床使用的甲壳素和壳聚糖植入材料还非常有限，究其原因主要是面临着三大 困难；一是制备工艺受限，目前除将其溶于特定溶剂外，尚无更有效的加工方法；二 是制品在植入后总不可避免带来原因不明的机体异样反应；三是制品的降解速率受多 3 种因素( 主要是酶) 的影响，无法控制。 3 1 3 胶原纤维可吸收缝合线 一九八三年以来，我国开始了胶原医用可吸收缝合线的研制。胶原是一种蛋白质， 每个胶原分子的分子量为3 0 万左右。它是从动物骨骼、筋腿中经浸煮、水解等多道工 净提炼，再经过加捻和交联剂的作用而制成的。胶原医用手术缝合线酌研制，就在于 胶原的性质。试验表明【1 8 1 ，天然胶原表现出弹性态和粘弹态两个阶段的力学行为；并 且，胶原的抗原性相当低，具有天然可降解性，并能促进细胞生长。胶原的这些性质 使它能够成功的用来制各医用手术缝合线。用胶原纤维制作的可吸收缝合线有以下优 点：可塑性好，能加工成各种形状。成纤性能好。挤压成形经拉伸后有一定的强 度。有良好的缎织相容性，植入人体后无不良反应，无毒性，熊被机体吸收【1 9 1 。但 据郑淑芬【3 】报道，胶原纤维缝合线有吸收速率易变化的缺点。 温永堂等 2 1 研究了胶原可吸收缝合线的制作，他根据戊二醛与胶原蛋白结合的原 理，使用它作交联裁，并探索了所作手术缝合线的强度与戊二醛的浓度及戊二醛与胶 原蛋白反应时的p h 值、时间的关系，这为以后人们研制新型手术缝合线提供了参考。 胶原的吸收速率与它的强度有关，为得到更高强度的缝合线，从1 9 9 0 年起，郭振友等【1 】 开始了以胶原与胺基葡聚糖及其它天然混合材料为原料制作缝合线的研究，他所研制 的缝合线不仅保留了原有胶原缝合线可塑性好、成纤性能好、组织相容性好、植入无 毒性的特性，其强力大大高于胶原缝合线，打结强力也达到和超过了美国药典所规定 的指标。从哺乳动物的骨和皮中提取胶原制成胶原手术缝线，它们既具有天然丝样 的高强度，又有利于人体吸收，在使用时又具有优良的血小板凝聚性能，止血效果良 好。作为医用缝线使用时，具有较好的平滑性和弹性，缝合结头不易松散，操作过程 中不易损伤肌体组织m ，。 3 2 人工合成可吸收缝合线 近二三十年以来，针对人们为了得到具有更高柔韧性、更高强度和满足不同的外 科手术要求所需的不同降解性能的新的缝合线，人们作了进一步的研究，获得了具有 较优异性能的可吸收手术缝合线。这类缝合线克服了肠线和胶原缝合线的部分缺点， 具有断裂强度高、组织反应小和吸收作用好等优点，因此得到了人们的极大重视。目 前，主要有以下几种人工合成的缝合线得到了美国f d a 的批准，可以上市，因而它们 的研究和应用较为广泛【2 l 】。 3 2 1 聚乙交酯类( 聚羟基乙酸) 缝合线 这是最早商品化的一个品种，比较容易永解，且降解产物羟基乙酸是机体代谢的 中间产物，这使它在发展体内可吸收缝合线的研究中被优先考虑，并于1 9 6 2 年被美国 a m e r i c a n c y a n a m i a l 公司开发，商品名为d e x o n 。汪忠稿等 2 2 1 报道，它的抗张强度超过 肠线、棉线r 与聚酯线相近，但组织反应比它小。d e x o n 开始被吸收的时间随植入组 织的不同而不同，一般在3 0 - 6 0 天之间被吸收。有报道认为1 2 3 1 ，d e x o n 的机械强度在 4 体内损耗较快，降解速率大，一般只适合于2 - 4 周的外科手术。此缝合线具有均一性、 稳定性和惰性，无毒性、无抗原性、无致癌性，能抗胃酸和胃酶感染，组织反应极小 等特点。近1 0 年来，作为体内可吸收生物材料，聚乙交酯分子工程进展主要体现在以 下3 个方面：通过u 氧桥双金属烷基氧化物催化剂的活性开环聚合，成功合成了聚 羟基乙酸醮聚乳酸酯( p g a p l a ) 的嵌断共聚物，从而扩大了这类材料的范围；为 提高材料柔韧性而适于制造的单丝外科缝合线；发展以聚羟基乙酸酯，聚乳酸酯为 硬段，聚氧化乙烯( p e o ) 为软段的嵌段共聚物1 2 4 j 。 3 2 2 聚乳酸类( 聚丙交酯) 可吸收缝合线 聚乳酸( p l a ) 是一种具有优良的生物相容性和可生物降解的聚合物，经f d a 批 准可用作医用手术缝合线【2 5 】。据李孝红等【2 日报道：p l a 在体内代谢最终产物是c 0 2 和 h 2 0 ，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢的产物，所以不会在重要器官聚集。聚乳酸及 其共聚物作外科缝合线，由于其生物降解性，在伤口愈合后自动降解并吸收，无需二 次手术，因此受到医生的青睐【2 7 】。1 9 7 5 年，p l g a ( l a g a = 9 0 1 0 ) 开始作为手术缝 合线投入市场。目前，在聚乳酸及其共聚物制作可吸收手术缝合线的研究中，仍有许 多问题尚需解决。其中，寻找一种合适的催化剂是研究的重要课题【2 刖。近年研究主要 集中在以下几方面：提高缝合线的机械强度，合成高分子量p l a ，改进缝线加工工 艺：光学活性聚合物的合成。半结晶的p d l a 、p l l a 比无定形p d l l a 具有较高的 机械强度、较大的拉伸比率及较低的收缩率【2 9 】，更适于手术缝合线；缝合线的多功 能化。例如，在缝合线中掺入抗炎药来抑制局部炎症及异物排斥反应。同时，如何使 聚合物的降解速率与伤口愈合时间更好地相匹配，如何在缝合线中掺入抗炎药来抑制 局部炎症及异物排斥反应等方面的研究工作还有待深入。 3 2 3 聚对二氧杂环已酮缝合线 此物质是d c x o n 和聚乳酸类之后的另种可吸收缝合线，简称p d s 。由于其分子 链上有醚链，分子链柔性大，故可制成各种尺寸的单丝缝合线。p d s 引起的组织反应 小，单丝的抗张强度比聚酰胺和聚丙烯大，在生物体组织中强度保留率大，对于缝合 愈合时间较长的伤口特别有用【3 1 1 ，但对于愈合较快的伤口来说，缝合线在失去支持作 用时则成为组织的累獒。 8 0 年代中期，e t h i c o n 公司研制了对二氧杂环已酮与乙交酯的嵌段结晶共聚物 缝合线，这种缝合线不但具有单丝缝合线结构上的优点，而且缩短了缝合线的吸收期， 增加了线的柔韧性，扩大了聚对二氧杂环已酮的使用范围。其柔性和吸收性均优于对 二氧环已酮均聚物。有人认为【3 2 】，到目前为止，它是最好的可吸收缝合线。但是从文 献报道田j 来看，嵌段共聚操作难度大，工艺复杂，不易于工业化生产。因此，改进嵌 段共聚操作技术的发展，将会大大弥补对二氧杂环已酮缝合线的不足，使其成为可吸 收缝合线中的佼佼者。 3 2 4 乙交酯一三亚甲基碳酸酯共聚物缝合线 由乙交酯和三距甲基碳酸酯共聚所制成的手术缝合线在国外开发成功，又叫 m a x o n 手术缝合线。它是由3 2 5 的三亚甲基碳酸酯与乙交酯聚合而成，可制成单丝 缝合线【3 4 】。这种缝合线具有比聚丙烯和尼龙更高的结节强度和平直拉伸强度，它的组 织反应小。据刘青【1 0 1 报道，m a x o n 在体内的强度下降较慢，在2 8 天时，m a x o n 仍可维 持其原始强度的5 9 ，并能在6 7 个月内完全吸收。为了改善缝合线的操作性能，减 少组织摩擦阻力等，可以对缝合线表面进行涂层和浸渍，这对缝合线在人体内的吸收 速度和抗张强度的保留无明显影响1 3 ”。 以上几种是目前已经被美国f d a 批准上市的缝合线，现在正在实验并待批准的还 有聚酯酰胺、聚乙丙酯等【3 “。 3 3 我国可吸收手术缝合线研究状况 我国在这方面的研究已经起步，研究工作主要集中在聚乙交酯、聚乳酸等材料的 合成及体外降解和动物实验。但到目前为止，这些研究工作大多只处于实验室阶段， 尚有不少关键技术有待解决。目前国内医院使用的可吸收手术缝合线主要是羊肠线。 对胶原纤维的开发、利用，我国已经起步，目前已有批量生产，但仍有许多问题尚未 解决，如胶原纤维缝合线过早吸收的缺点。对壳聚糖、甲壳索缝合线原料的来源，笔 者认为，我国海岸线较长，虾、蟹及其它甲壳素资源相当丰富，开发甲壳素资源，用 来加工成手术缝合线和其他生物产品，具有很大的优势，但由于生产技术的限制，目 前我国对甲壳素的开发利用还不太完善。而对人工合成的可吸收缝合线的研究，虽有 些报道“”j ，但实际生产的产品质量和国外先进水平相比，仍有一定的差距，主要是 质量不稳定，高档次的可吸收缝合线不能生产，因此合成可吸收手术缝合线的使用受 到了很大的限制。究其原因，主要是研究中面临三大困难：一是制备工艺受限，制品 力学性能不尽如意：二是较为先进的可吸收缝合线大都价格不菲；三是提高聚合物的 强度及解决植入后期反应和并发症等方面的问题必须深入研究。为解决上述问题，在 我国大力进行这方面的研究是很必要的。目前，我们可采用各种方法，如考虑采用天 然生物材料的衍生物或对其进行化学改性和表面处理以解决抗原性问题。在我国，医 用可吸收手术缝合线的研究正越来越受到广大研究学者的重视，其研究领域也在不断 扩大，目前人们正在寻找新的性能优良的材料，改进生产技术，以使其研究越来越接 近世界先进水平。加快相关的研究开发工作有着重要的经济效益和社会效益，随着科 学技术的发展和新的材料的不断发现及应用，医用可吸收缝合线必将成为一个充满生 机和希望的研究领域。 4 动物肌腱、胶原蛋白的研究概况 本研究研制的缝合线肌腱缝合线是采用海狸鼠尾部肌腱经过脱脂、脱水、二次 固定等一系列的加工过程而制成。海狸鼠的尾部肌腱非常发达，共有1 0 0 余根，且5 0 以上的肌腱长达2 0 c m 以上，粗细均匀，主要由胶原纤维组成，其化学成分主要为胶原 蛋白，含量达9 5 以上口。1 。胶原蛋白是动物体内大量存在的支持结构成分，具有重要的 6 生物学性质。有关实验m 州表明，胶原不仅对细胞起支持作用，还为细胞的生长提供适 宜的微环境，参与细胞的迁移、分化与增殖过程，因此，胶原具有促进细胞生长的功 能。根据胶原的这一性质，笔者制作了这种新型的以胶原蛋白为原料的医用可吸收手 术缝合线。以胶原蛋白为原料制作成美容产品、人工肌腱及胶原膜等已有报道，而采 用动物尾部肌腱加工成医用缝合线却是目前研究的热点之一。现在就海狸鼠的生物学 特性及肌腱、胶原蛋白的结构、性质等的研究状况作简要的综述。 4 1 海狸鼠的生物学特性 海狸鼠y o c s s t 0 1 一c o y p u s ) ，又名沼狸、河狸鼠等，属于啮齿目、海狸鼠科、海 狸鼠属的一种珍贵毛皮动物。它原产于南美洲，2 0 世纪5 0 年代引入中国，目前在中国 有着大量的养殖。它体形短胖，尾根发达，尾长与体长相当，成年狸尾长达3 0 4 0 c m 。 海狸鼠食性较广，可采食青草、干草、植物块根、软体动物等等，因此饲养成本较低。 它具有较高的繁殖力，一年可产2 胎以上，为多胎动物，窝产仔平均为5 - 6 只，成年 动物繁殖不受季节的限制、一年四季都可交配。它性情温驯，抗病力强，无瘟疫，因 而在农村发展很快1 4 l j 。 4 2 动物肌腱、胶原蛋白的结构 海狸鼠属于哺乳动物，据报道它的基因9 8 与人类相似“。在显微镜下观察到，肌 腱由两部分组成，即腱细胞和胶原纤维。海狸鼠尾部肌腱9 5 9 6 由胶原蛋白组成， 属于i 型胶原蛋白“”，现已研究清楚并被广泛用于生物医用材料。胶原蛋白是具有独 特结构的一族蛋白质，广泛存在于哺乳动物组织中，约占总蛋白质的3 0 以上。它为 骨、皮肤、肌膜和韧带提供生物力学性能，呈三股螺旋结构，由三条多肽链组成，每 一条胶原链都是左手螺旋构型，三条左手螺旋。一链又互相缠成右手螺旋结构即超螺 旋结构，单个a 一链至少含有一个g l y x y 序列”“。 腱的功能是把肌肉的收缩转变成关节的运动，这就要求腱既有弹性又有足够的强 度，同时，腱还要能吸收大量的能量而不断裂。而满足这些要求是靠胶原组成的独特 分级结构实现的。在偏振光学显微镜下可见，胶原分子首尾相连，并侧向聚集成微纤 维。在徽纤维中原胶原分子排列成亚纤维中的空间点阵结构，亚纤维组合在一起形成 电镜下可观察到的6 4 r a n 周期带状花样的胶原纤维，多根胶原纤维按一定规则组装成纤 维柬单元，为胶原纤维排列成波形形貌。在外力拉伸下，波形逐渐平缓，甚至可以拉 成直线，就是这种纤维束的波形构造使腱具有高度的弹性，在反复拉压作用下不会破 坏纳米尺度上原胶原分子的结构。最后一级结构是由两根或三根纤维束组成的腱。胶 原的这种多层次的组织，使腱具有韧性。在过度的应力作用下，各级结构层次可能相 互协调动作，直至局部失效。这样，各单元可以吸收尽可能多的能量，使得作为一个 整体的腱不至于毁坏1 4 5 1 。由此可见，胶原的天然结构是海狸鼠尾部肌腱可以用来作手 术缝合线且具有较强力学性能的关键。 4 3 胶原蛋白的性质 7 胶原蛋白是广泛存在于细胞外基质中的生物超大分子蛋白质家族，具有典型的三 螺旋结构。不同类型的胶原蛋白在结构、非螺旋域、组装以及功能等方面具有很大的 复杂性和多样性【4 6 1 。胶原蛋白的特有结构和化学组成使其具有许多独特性质和功能。 这些性质和功能使它在各个领域得到了广泛应用，如在生物医学材料、药物输送载体、 组织工程、化妆品和食品等领域“”。胶原在生理状态p n 值、温度等条件下，一般蛋 白水解酶对它不易降解，但是在此生理状态条件下，胶原酶可以降解细胞外基质中的 胶原，使胶原的三股螺旋裂解为两段碎片；在3 7 的条件下，两截碎片容易被胶原酶 和其它蛋白酶分解为小肽和氨基酸嗍。因此，从胶原的性质上弄清楚了肌腱是可被吸 收的物质，可以用来作为手术缝合线的原料。胶原的特殊立体结构，使成年动物的胶 原极为稳定。胶原不溶于水、稀酸、稀碱和酒精，这为肌腱洗涤、脱脂、消毒提供了 极为有利的条件，但胶原加热到6 0 c 便成明胶而溶解。胶原的这些性质是肌腱加工过 程中必须遵守的原则。对它的性质的研究，也使海狸鼠尾部肌腱应用于手术缝合线的 制作有着令人鼓舞的发展前景。 4 3 1 胶原的机械性能 胶原的机械性能主要由它的化学组成、交联和螺旋结构所决定。胶原的肽腱非常 牢固，要想得到所有游离的氨基酸，必须使它在1 0 5 、浓盐酸中水解2 4 小时。天然 胶原的螺旋结构对胶原高强度的力学性能起重要的作用，应力一应变试验表明，天 然胶原表现出弹性态和粘弹态两个阶段的力学行为，从而使肌腱具有韧性，单根尾肌 腱的负荷( 通过固定处理) 可达2 3 k g ，伸长率1 5 - 2 0 ，可以达到手术缝合线的要求； 而变性胶原( 没有螺旋结构) 仅表现出少许弹性性质，其断裂拉力仅为天然胶原的一 半。 4 3 2 胶原的抗原性 最近的研究表明：胶原有3 种类型的抗原因子。第l 类是由胶原肽链非螺旋的 端肽引起的，第2 类是由3 股螺旋的构象引起的，第3 类是由a 链螺旋区的氨基酸顺 序引起的。第2 类抗原因子仅存在于天然胶原分子中，第3 类只出现在变性胶原分子 中，第1 类抗原因子在天然和变性胶原蛋白中均存在。但是，胶原的抗原性非常低。 有关实验表明”“：天然胶原即使作注射试剂用也是无毒的，只有在剂量过大时才会产 生免疫反应。胶原的抗原性可以通过物理或化学的方法得以降低或消除。例如：t a u r o 嘲 等经过多次改进建立了处理牛肌腱的c m 浸出技术，并作牛一兔的异种移植，用酶联免 疫法证实了c m 处理的牛肌腱免疫原性显著降低，无明显排斥反应，移植获得成功。深 低温冷冻也, - p a 使胶原的抗原性降低，如将肌腱置于可控深低温冰箱中，逐步降温至 一8 0 ，1 0 天后就可作移植用8 ”。 4 3 3 胶原的天然可降解性 天然胶原紧密的螺旋结构使得大多数蛋白酶只能打断胶原的侧链，削弱胶原分子 的交联。而胶原肽键只有在胶原酶的水解作用下，才会被打断，胶原肽链的端裂随即 8 造成螺旋结构的破坏，这样胶原就可以被蛋白酶彻底水解。胶原的生物降解性可以通 过在胶原分子的侧链之间产生交联来减小或抑制，例如，用戊二醛或其它醛类处理肌 腱，就可使胶原的天然降解速率降低”1 。 4 3 4 胶原的促进细胞生长功能 胶原不仅对细胞起支持作用，还为细胞的生长提供适宜的微环境，参与细胞的迁 移、分化与增殖行为。试验表明i 5 4 1 ，细胞在胶原基质中更能存活持久。另外，成纤维 细胞( 合成胶原的细胞) 依赖胶原基质来迁移，这是因为胶原的a 链和一些胶原水解 多肽具有对成纤维细胞的向化性能，也即它们能吸引成纤维细胞，分泌促进伤口愈合 的物质。此外，胶原促进伤口愈合的原因还有：引导功能，胶原纤维与血纤蛋白功 能一样，能引导成纤维细胞并生成血管；成核作用，胶甄可能作为成核点形成新的 胶原纤维。 人类发现并利用胶原已有多年的历史，但利用海狸鼠尾部肌腱作为生物医用材料 却是近年才有的事。从现有对胶原的研究成果【55 5 6 】来看，肌腱有着良好的研究前景， 现在我们的主要任务就是要利用海狸鼠尾部肌腱研制出一种新型的可吸收手术缝合 线，并通过一系列的处理和试验，使其成为一种优良的生物医用材料。研究这个问题， 不仅可以促进生物医学材料工业的发展，同时也可加深对海狸鼠尾部肌腱的研究、开 发、利用，促进海狸鼠养殖业的发展。 9 第一章肌腱缝合线的制作及 其物理性能的研究 肌腱( t e n d o n ) 是哺乳动物体内广泛存在的结缔组织，但在不同的动物中，其分布 有所不同。在海狸鼠体内，尾部的肌腱极为发达，共有1 0 0 多根，且5 0 以上的肌腱长 达2 0a m 以上，肌腱粗细均匀，主要由胶原纤维组成，其化学成分主要为胶原蛋白， 含量达9 5 以上。胶原蛋白是动物体内大量存在的支持结构成分，具有重要的生物学性 质。从六十年代开始，美、日、德、英等发达国家对胶原蛋白进行了大量的研究，发 现胶原蛋白具有优良的理化特性，它无毒、无味、耐碱、耐腐蚀、无刺激性、生物相 容性好、无免疫抗原性，荠在湿润条件下可缓慢水解，特别适合在缝合线等生物材料 的制造及制药工业等医疗卫生领域内应用。本试验是关于海狸鼠尾部肌腱制作成可吸 收手术缝合线的探索过程及其物理性能的研究，现将试验过程及结果报道如下。 1 材料与方法 1 1 材料 1 1 1 试验动物 海狸鼠：从某海狸鼠养殖场选择l 岁左右的成年健康海狸鼠8 只，公母各半，体 重4 4 5k g ，体长4 5 左右；尾长3 5 啪左右。 1 1 2 主要仪器设备及来源 分光光度计：u c 8 5 0 0i i ，上海天美科学仪器有限公司； 蒸气灭菌器：y x 铲s g 4 6 - 2 8 0 s ，上海博迅实业有限公司； 电热鼓风箱：1 0 1 - 3 型，上海实验仪器厂； 显