论植入体内医用材料的生物相容性

1、文章编号：1006-6586(2006)07-0036-04 中图分类号：R318.1 文献标识码：A前言供体器官的来源有限，与临床医疗需求的矛盾难以解外科学是一门综合性学科，医学科学发展至今，决，这是限制同种异体器官移植扩大应用，难以解决由外科学初始的以切开、切除病变组织为治病主要手的关键。而人造器官的置换由于科学技术的进步，人段，逐步进入到修复损伤组织器官功能的外科阶段。造器官的结构和功能, 也在不断改近提高，已成功地在而随着科学的发展、医学的进步，今天外科学已发展临床推广应用，显著地提高了临床治疗水平；使过去到替代外科学的水平。也就是说当人体组织、器官因愈后不良、难以治疗的许多疾病得到成

2、功的治疗，恢病伤毁损，已不能用现有的医疗手段修复其功能时，复了健康，改善了某些疾病的愈后。现在可以说，除可以用植入一种组织、器官，取代病损组织器官的功能，人的大脑还不能用人造器官置换外，其它人体器官都保持病人的健康和生命。在进行人造工程的研究，并取得了长足的进步。人体组织官器的更换有两种：一种是同种异体的人造器官从本质看，是用人工材料制造的一种医组织器官的移植，如肾移植、心脏移植、肝脏移植、疗器件或仪器。这种器件或仪器具有一种部分或全角膜移植等；而另一种是人造的器官和组织移植，如部替代人体自然器官的功能，通常被称为人工器官人工心脏瓣膜的植入、人工血管的移植、人工关节的(Artificial O

3、rgan，AO)，如人工心脏瓣膜、人工心脏植入、人工骨的植入、人工晶体的植入等。科学发展起搏器、人工关节、人工肾、人工晶体等。人工器官到今天，可以说除大脑外，人体大部分的组织器官均的研制和生产，可以工业化生产，能满足临床的需要。有可能，用人造的组织器官置换，替代病损的组织器因此一门为研制人工器官用材的新科学，植入用医学官功能，维护人的生命。材料学(Implanted medical materials)，相应诞生并呈现同种异体器官移植虽然有效，成功率也较大，但快速发展的势头。收稿日期：2006-05-30作者简介：杨子彬，教授，中国协和医科大学基础医学院生物医学工程系，国际医学生物工程科学院院

4、士.36不论什么材料植入人体，对机体内生物环境来说，2 生物材料分类它都是人体组织之外的一种异物，或称之为异物体。从材料植入之日起，即开始对机体组织细胞产生不同程度的物理化学因素的刺激影响，如引起结缔组织增生、组织钙化等变化。而另一方面是机体的神经、体液系统内环境，对植入的生物材料也会产生一系列侵蚀影响和排异反应，这是机体固有的一种防御机制。如果材料植入体内引起的这种双向反应，对机体组织影响的程度轻微，也不构成对植入的人工器官或器件的结构和理化学性能造成损害，也不影响植入器件功能正常发挥时，我们说这种材料的生物相容性，能满足临床医疗的需要。如果机体组织对植入材料引起的生物学反应、理生产制造人工

5、器官的材料有多种，但它和普通的材料最大的不同处，在于材料的生物相容性。只有能满足生物相容性要求的材料，才有可能成为制造人工器官的材料，人们通常称这类材料为生物医学材料(Biomedical Material)或生物材料(Biomaterial)。当今广泛应用的生物材料分类，主要有下列四种：(1) 医用高分子材料(高聚物)热塑型、热固性、合成橡胶弹性体、合成纤维、粘合剂等(2) 天然高分子材料天然橡胶、多肽类、白蛋白、绢丝类等化学反应，会对机体生理功能、对材料本身的物理学、(3) 金属材料化学性状造成较严重地影响，或者可能减弱材料的机械强度，引起人工器官的功能丧失，严重的影响人体健康等等，我们说

6、，这种材料的生物相容性不好，如果使用生物相容性不好的材料制造人工器官的话，不但达不到临床的医疗效果，反而有害。因此制造任何植入医用器件和人造器官，选材之前，必须检测该材料的生物相容性是否符合要求，因此生物相容性是研制人造器官选材的首要条件。1.2 植入材料对人体的双向影响任何植入人体的医疗器件以及人工器官，植入人体后均发生程度不同的双向影响。在材料和人体组织间产生相互作用，使各自的功能和性质都可能产生相应的改变。这种影响不仅能导致生物材料变性，人工器官的功能受到破坏，更重要的是对机体的组织器官可能造成的各种危害。从表一中可以看出，植入材3 生物材料的评价3.1 生物材料评价标准国外对于植入型医

7、用器件和人造器官选材的生物相容性，不同国家和地区的行政管理部门，都制定了明确的要求条件和选材标准。如国际生物材料组织正式成立了ISO/TC194医疗器械生物评价委员会并颁布了ISO10993系列标准，这些标准已逐步被世界各国所采用。我国也十分重视医疗器械材料的生物学评价工作，在国家食品药品监督管理局的领导下，在全国若干地区组织了高校、研究所建立了生物材料检测中心。研究所承担国家的生物材料的检测评价工作。制定法规、金属：钛、铜、金、银、铂等合金材料：钛合金、不锈钢、镍铬合金等(4) 无机材料陶瓷、碳素、玻璃、石膏等料和机体之间产生的双向影响，以及可能产生的后果，评价程序、和相应的评价检验等工作。

8、严重者可导致病疾加重，甚至死亡。1994年我国派团参加了ISO/TC194国际年会并申.37标准检测Standard and Testing材料表面，特别是某些小分子毒性物质的逸出，可能织了高校、研究所建立了生物材料检测中心。研究所承会使原始无毒的高分子材料呈现了一定的毒性。因此担国家的生物材料的检测评价工作。制定法规、评价程选择适当的毒理学检测方法，对材料进行安全性评价序、和相应的评价检验方法等工作。多年来我国有关单也是非常必要的一环。位认真参考ISO/10993系列标准，制定了我国有关医疗关于生物材料的安全评价，国际许多国家相应的都器械生物学评价的国家标准GB/T16886-ISO1099

9、3系列制定了各种评价方法和要求，其中最有代表性的是国际标准，并公布执行，保证了植入性医疗器件和人工器官标准组织(ISO)先后制定了不同的评价要求和规定。目的质量，和在临床应用的安全性和有效性。前国际上通用的高分子材料安全评价项目有：细胞毒性3.2 生物材料评价项目试验，皮肤刺激试验，全身急性、亚急性、慢性毒性试通过评价什么项目，才能反映出材料的生物相容验，皮内试验，热源试验，长期植入试验，粘膜刺激试性问题，是一个比较复杂的系统工程。国内外都制验。组织细胞的粘附性和增殖性试验等。因此，对用于定了许多方法和评价标准(ISO/10993国际标准，GB/体内植入的生物材料的安全性要求，应达到如下标准：

10、T1688我国的标准)。其主要精神是观察研究材料植入(1) 血液相容性材料要达到；抗血小板血栓性，抗凝血体内长期、短期与机体组织、细胞、血液相接触后所性，抗溶血性，抗血细胞减少性，抗补体系统激活性等。引起的各种不同的机体反应、现将评价材料的生物相(2) 组织相容性材料的性能应具备；细胞粘附性，细容性重要项目列表如下供参考：胞的增殖性，细胞的激活性，抗细胞原生质的转化性，抗炎症诱发性，无致癌性，无致畸性，无抗原致敏性等。(3) 致癌试验，致敏试验，致突变试验。如果与生殖系统使用的相关生物材料，还要进行致畸试验等。(4) 遗传毒试验生殖和发育毒性试验，材料的体内降解试验。如果是金属材料还要进行体内

11、腐蚀电化学试验。从目前对材料血液相容性的研究方法来看，尚不甚完善。仍需从分子生物学水平，从血小板、凝血系统与材料表面的相互作用上，要弄清它们之间的关系，建立人体或实验动物体内植入医疗器件或人工器官后，新的抗凝血材料设计和研究方法，才能更好地研发出新特别是与长期植入的材料接触时，机体组织细胞可能的优良的抗凝血材料。 近年来高分子生物材料的研究，会发生急性或慢性反应，但植入生物相容性好的材料，已从血液相容性逐渐转向组织相容性材料方向发展；在不论对机体组织细胞或对材料本体，不应产生不良反应。设计各种人工器官及植入用医疗器件时，使用具有良好的生物相容性的杂交型复合材料，可能得到满意的效果。4 生物材料

12、的安全性评价当前国内外学者有动向，在研究新的生物材料中，很注植入体内医用材料的安全性评价，是与材料的生意仿天然生物材料上，通过化学改性、酶处理等手段，物相容性分不开的。一般来说生物相容性好的材料，能显著地提高材料的血液相容性和组织相容性，制造出对机体的毒性小，长期使用安全性大。总体上看，高生物相容性优良的植入体内用的医疗器件和人工器官。分子材料的分子结构，多数都比较稳定，但在材料的合成过程中，由于采用了不同的加工工艺及可能增加5 常用的医用高分子材料了各种添加剂、溶剂等的使用，以及加工过程中不洁用于植入人体的高分子材料，要求其材质的生物混入物，如杀菌、杂质、热源等的混入，都能使材料相容性优良，

13、理化性质稳定，安全性好的材料，才能具有了不同程度的潜在毒性。当材料植入体内后，从满足医学的需要。如表所示是常用的植入型人造器官.标准检测Standard and Testing可用的高分子材料，仅供参考：求材料具有较高的透气性能。如聚甲醛丙烯酸-羟乙酯、聚丙甲基硅氧烷、和聚乙烯吡啶等是可选较好的材料，-氰基丙稀酸丁酯适用于牙科的粘合剂和修补材料。聚甲基丙烯酸甲酯与其相应的单体混合，可以作为生物粘合剂用做骨粘合、牙齿粘合剂。尼龙、聚丙烯、涤纶、胶原、聚羟基乙酸、聚乳酸等材料，常用于制造外科缝合线。6 结束语随着当今科技的发展，高分子材料在医学领域中的应用越来越多，特别是使用植入人体的医用高分子材

14、料，研制成功了多种医疗器件、人工器官；如人工血管、人工心脏瓣膜、人工关节、人工肾、人工心脏、人工肺，以及各类外科缝合线，导管等等，极大地提高了现代医疗水平，改变了许多疾病的愈后，挽救了千百万病人的健康和生命。可以说这些新的医疗技术的问世，多数都与生物材料科学的进步密不可分。生物材料不仅是健康的可靠的卫士，而且由于每年全球消耗的生物材料及产品已达数千亿美元之多，形成了一种新兴朝阳产业，倍受人们的关注。21世纪是生命满足体内植入材料的首要条件，是生物相容性问题，特别是用于制造人工器官，人工代血浆与机体生理关系密切的材料，对生物相容性特别是血液相容性要求的更高。如人工心脏，血管支架，人工肾，人工心瓣

15、膜，人工肝，人工血管等长期与血液接触，因此选用的材料必须具有良好的抗凝血抗血栓形成的功能。用于制造与血液密切接触的人工器官，可以通过对材料改性，增加材料负电荷性，调节材料亲水性，使用微相分离技术和增加材料的表面光洁度，都有可能提高材料表面的抗凝血性能，可以进行探索。人工肺材料要求有较好的血液通过高分子薄膜，进行氧气和二氧化碳的气体交换性能，因此所用的高分子膜材料，要求必需具备满足氧气透过系数大，血液相容性好，机械强度高的材料特性。硅橡胶，聚烷基砜和硅酮聚碳酸酯等材料，一般认为是具备这些条件的材料。科学大发展的世纪，只要遵循科学发展观，坚持走自主创新的科技道路，生物材料科学将放出更大的能量，为推

16、动医学科学进步，为人类健康，做出更大地贡献。参考文献1 医疗器械和材料生物相容性评价，国家药品监督管理局医疗器械司，20012 生物材料和医疗器材生物学评价技术要求，卫生部药政管理局，19973 赵文元，王安军编著，功能高分子材料化学，化学工业出版社，1996，4 史弘道，医用高分子材料毒理学评价研究，天津市医药科学研究所，19885 Rockville, MD, FDA (1981) Policy on class2 medicaldevices: 47.US Federal Register, FDA , USA.，6 CSA (1984) CAN-Z310.6-M84: Testing forbiocompatibility. Canadian Standards Association (CSA), Toronto, Ontario, Canada.haza