Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler ve biyotıpta uygulamaları
Medikal teknolojinin sürekli gelişmesi ve insanların yaşam standartlarının artmasıyla birlikte çeşitli tıbbi malzemeler insan dokularında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Tıbbi malzemeler ve insan dokuları arasındaki uyumluluk, kan uyumluluğu ve bozunabilirlik İnsanlar diğer konulara gittikçe daha fazla önem veriyorlar. Aşağıda, biyomedikal alanda biyolojik olarak parçalanabilen materyallerin uygulanmasına ilişkin sistematik bir analiz ve tartışma yer almaktadır. Öncelikle biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozunma prensibi üzerine bir ön analiz yapılır ve daha sonra biyomedikal alandaki yaygın biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler proses ve kaynak standartlarına göre analiz edilir. Biyotıpta bazı tipik malzemelerin uygulanmasını sınıflandırın ve tanıtın.
1. Biyobozunur malzemelerin bozunma prensibi
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, vücut sıvıları, organik makromoleküller, enzimler, serbest radikaller, hücreler vb. Gibi çeşitli faktörlerin biyolojik ortamı ile etkileşime girer ve hidroliz, enzimoliz ve oksidasyon gibi bir dizi reaksiyonla yavaş yavaş düşük moleküler ağırlıklı bileşiklere indirgenir. monomer. Emilim, sindirim ve metabolik reaksiyonlardan sonra, bozunma ürünleri vücuttan atılır veya bozunma sürecini tamamlamak için vücut tarafından emilecek vücudun normal metabolizmasına katılır. Vücut sıvısı biyolojik materyale dokudan girerse veya biyolojik materyalin belirli bir bileşeni vücut sıvısı içinde çözülürse materyal, hacim artışı nedeniyle genişler ve kendi maddesini dışarı atar. Bu işlem, malzemenin hidrojen bağını ve van der Waals kuvvetini yok eder. , Malzemede çatlaklara veya boşluklara neden olacak ve sonunda malzeme biyolojik ortamda kademeli olarak kimyasal bozunmaya uğrayacaktır. Klinik uygulamada insanlar, implante edilen biyolojik olarak parçalanabilen materyallerin, aynı prosedüre göre biyolojik doku tedavisi süresince farklılaşma ve bozulma reaksiyonlarını tamamlayacağını umuyor, böylece vücuda' implante bağlı olarak iltihaplanma veya stres yanıtı önleniyor. malzemeler. Deri dokusu için tedavi süresinin genellikle 3 ila 10 gün arasında olduğunu, visseral doku için tedavi süresinin genellikle 1 ila 2 ay arasında olduğunu ve büyük organ dokuları için tedavi süresinin genellikle 6 ay veya daha fazla sürdüğünü biliyoruz. Biyolojik olarak parçalanabilen biyomalzemeler insan vücuduna implante edildikten sonra, bozunma performansları ve bozunma ürünleri biyolojik çevre, malzeme reaksiyonları ve insan vücudu reaksiyonları üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bozunma ürünlerinin yavaş bozunma hızı veya uzun kalma süresi, insan dokularında kolaylıkla iltihaplanmaya neden olabilir. , Tromboz ve diğer yan etkiler. Çalışmalar [6], biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin çoğunun bozunma sürecinin ve ilerlemesinin beklenen en iyi sonuçlarla tutarsız olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma ve klinik uygulamalarında, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozunmayla ilgili sorunları, özellikle degradasyon oranı ve bozunma ürünleri dikkatle ele alınmalıdır.
2. Biyobozunur malzemelerin temel sınıflandırması ve uygulaması
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler insan vücudunda kullanılır ve malzemenin kendisi ve insan vücudu üzerindeki etkileri açısından katı koşulları karşılamalıdır: işlenmesi kolay, düşük fiyat, sterilize edilmesi kolay, kesin bozulma süresi, biyolojik kararlılık ve implantasyon bölgesinin ihtiyaçları, İyi histo-uyumluluk, kan uyumluluğu ve mekanik uyumluluk, pirojen reaksiyonu yok, genetik toksisite, teratojenite ve kanserojenlik, tahriş ve hassasiyet yok.
Şu anda, biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, doğal polimer bozunur malzemeler, mikrobiyal sentetik bozunur polimer malzemeler ve kimyasal olarak sentezlenmiş bozunur polimer malzemeler dahil olmak üzere farklı süreçlere ve kaynaklara göre sınıflandırılabilir [3,9]. Spesifik sınıflandırma ve uygulama aşağıdaki şekilde özetlenmiştir:
1. Doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler
Şu anda, biyomedikal alanda en yaygın olarak kullanılan doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler esas olarak jelatin, kolajen, polisakkaritler ve ipek fibroini içerir.
(1) Jelatin malzemesi
Jelatin çoğunlukla memeli deri, kemik, tendon, kuyruk ve diğer dokulardan elde edilir. En dikkate değer özelliği, suyu emdikten sonra yavaşça genişleyen ve yumuşayan, biyouyumluluğa, jelleşmeye ve biyolojik olarak parçalanabilirliğe sahip suda çözünür polimerdir. Jelatinin özelliklerini kullanarak, oluşturması kolay, enzimler tarafından parçalanabilir ve insan vücudu tarafından emilmesi kolay, ilaç taşıyıcılarında, yardımcı maddelerde veya yavaş salimli kabuklarda yavaş salınan bir malzeme olarak kullanılabilir; iyi hava geçirgenliği ve su geçirgenliği nedeniyle bir yara sargısı ve suni deri malzemesi olarak, yaradaki sıvıyı veya ikincil enfeksiyon semptomlarının ortaya çıkmasını önleyebilir; ayrıca jelatin plazma ikameleri degrade olabilir, toksik değildir ve immünojenik değildir, vb. Klinik avantaj.
(2) Kolajen
Kolajen, hayvanlarda protein içeriğinin yaklaşık 1 / 3'ünü oluşturan bağ dokusunun ana bileşenidir. Esas olarak hayvan dokularında, deride, bağlarda ve kıkırdakta bulunur. Vücut organlarını destekleme, mekanik stabilite, elastikiyet ve mukavemet sağlama işlevlerine sahiptir. Doğal bir biyolojik kaynak olarak, iyi biyouyumluluk, düşük immünojenite ve biyolojik olarak parçalanabilirlik özelliklerine sahiptir; klinik kullanım, kolajenin kusurlu dokuların onarımını, yenilenmesini ve yeniden yapılandırılmasını önemli ölçüde destekleyebileceğini göstermiştir; ancak yeterli değildir Mekanik mukavemet, çapraz bağlama modifikasyonu veya diğer biyolojik malzemelerle bileşik kullanım yoluyla geliştirilebilir]. Şu anda, kolajen biyolojik olarak parçalanabilen sütürlerin, hemostatik ajanların ve yara örtülerinin, biyolojik yamaların, kemik onarım materyallerinin, hemodiyaliz membranlarının, hemostatik ajanların, ilaç salım taşıyıcılarının hazırlanmasında ve doku mühendisliği iskeleleri, çeşitli oftalmik tedaviler Cihazlar ve diğer yönler. Bununla birlikte, klinik sorunların karmaşıklığı ve ürün yükseltmelerine duyulan ihtiyaç göz önüne alındığında, heterolog kollajenin potansiyel bağışıklık tepkisi, kalan çapraz bağlanmanın olası sitotoksisitesi gibi kolajen uygulama araştırmasında çözülmesi gereken birçok sorun vardır. ajan ve implantasyon. Kollajen benzeri ürünlerin mekanik mukavemeti ve bozunma kontrol edilebilirliği.
(3) Polisakkarit malzemeler
Polisakkarit malzemeler çoğunlukla nişasta, hyaluronik asit, heparin, kitin ve diğer bileşenlerden elde edilir ve bunların biyouyumlulukları ve biyolojik olarak parçalanabilirlikleri çok idealdir. Doğada, kitin içerik bakımından zengindir ve selüloz dışında büyük bir önemli polisakkarit sınıfıdır. Toksik değildir ve yan etkisi yoktur. İnsan hücrelerine karşı iyi bir afiniteye sahiptir, reddedilmeye neden olmaz ve iyi biyouyumluluk ve Bozunabilirliğe sahiptir. Ek olarak, antibakteriyel, antiviral, antitümör, yara iyileşmesini teşvik edici ve güçlü adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Kitin, hidrojen bağları gibi birçok polar grup içerdiğinden ve yüksek kristalliliğe sahip olduğundan, asit ve alkalide çözünmez ve suda çözünmez olduğundan vücut tarafından kullanılması zordur. Bununla birlikte, kitin, kitosan içine deasetile edildikten sonra seyreltik asit ve vücut sıvılarında çözünebilir ve insan vücudu tarafından kullanılabilir. Kitin ve kitosan yüksek kimyasal reaktiviteye sahiptir ve bunların amidasyon, karboksilasyon, siyanasyon, asitleştirme ve diğer modifikasyonlardan sonra türevleri, hemostatik ajanlar, flokülantlar, emilebilir cerrahi sütürler, Yapay deri, yara sargıları, yavaş salım gibi tıbbi alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. anti-kanser ilaçları veya kemoterapötik maddeler, hareketsizleştirilmiş enzim taşıyıcıları, ayırma membran malzemeleri, vb.
(4) İpek fibroin
İpek fibroin çoğunlukla ipekten elde edilir ve içinde çok zengin amino asitler içerir, bu nedenle iyi biyouyumluluğa sahiptir ve mükemmel şeffaflık ve hava geçirgenliği ve iyi film oluşturucu etkisi ile alerjen olmayan veya kanserojen olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, ipek fibroinin moleküler yapısı nedeniyle, ipek fibroinin hidrofilikliği ve film oluşumundan sonraki mekanik özellikler iyi değildir. Karışım modifikasyon yöntemi sayesinde, karışık makromoleküller ve ipek fibroin arasında oluşan hidrojen bağları ve diğer kuvvetler, ipek fibroin moleküllerini yapıyı değiştirmeye teşvik eder, ipek fibroin malzemelerin mekanik özelliklerini, termal özelliklerini ve suda çözünürlüğünü etkili bir şekilde geliştirebilir. Günümüzde biyotıp alanında, yara kaplama malzemeleri, suni deri, yapay tendon bağları, kontakt lensler, ilaç taşıyıcıları, yapay kan damarı taşıyıcıları ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi
Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi, karbon kaynağı organik maddeyi mikro organizmaların fermantasyonu gibi bir dizi karmaşık reaksiyon altında farklılaşabilir özelliklere sahip bir polyestere sentezlemek için bir gıda kaynağı olarak belirli organik maddelerin (glikoz veya nişasta gibi) kullanılmasını ifade eder. Veya polisakkarit polimerleri. Şu anda, klinik uygulamada yaygın olarak kullanılan mikrobiyal sentetik polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler temel olarak iki türü içerir: biyopolyester (PHA) ve polihidroksibutil ester (PHB). Örnek olarak PHB'yi ele alalım. PHB, mikrobiyal hücreler tarafından sentezlenen yüksek moleküler bir polimerdir. Yapısı ve performansı, doğal makromoleküler bozunur malzemelerden farklıdır, ancak alifatik polyester polimerlere daha çok benzer, doğal ve kimyasal sentezi bozunabilir Polimerin avantajı, bozunma ürünleri sonunda metabolizma yoluyla karbondioksit ve su olarak atılır, kimyasal hammaddelerin sentezi ile üretilebilir. Ek olarak, Tang Suyang ve diğer çalışmalar PHB'nin mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu göstermiştir. Şu anda, emilebilir cerrahi dikişlerde, ortopedik materyallerde ve ilaç kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Bozunabilir polimer malzemelerin kimyasal sentezi
Doğal polimerlerle karşılaştırıldığında, kimyasal yöntemlerle sentezlenen biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemeler, gerçek uygulamaların ihtiyaçlarına göre, uygun monomerler seçilerek veya sentez sürecindeki reaksiyon koşullarını kontrol ederek veya basit ve düşük maliyetli Fiziksel veya kimyasal modifikasyon gerçekleştirerek seçilebilir. vb. hedef malzemeyi sentezleme amacına ulaşmak için yapısını ve performansını tasarlamak ve ayarlamak için Örneğin, kimyasal kontrol yöntemleriyle, uygulama alanını genişletmek için polimer malzemelerin mukavemeti, bozunma hızı, mikro gözenekli yapısı ve geçirgenliği iyileştirilebilir. Şu anda geliştirilen ve araştırılan kimyasal olarak sentezlenmiş biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerde, ana zincir genellikle hidrolize edilebilir ester grupları, amido grupları veya üre grupları içerir. Aşağıdakiler, mevcut klinik biyomedikal uygulamada en çok araştırılan ve en yaygın kullanılan kimyasal olarak sentezlenmiş bozunabilir polimer materyal türüdür - poliglikolid (PGA), polilaktik asit (PLA) ve polilaktik asit -Glikolik asit kopolimeri (PLGA) gibi alifatik polyester malzemeler ), polikaprolakton (PCL) vb. tanıtılacaktır.
(1) Poliglikolid (PGA)
PGA, en basit yapıya sahip lineer alifatik polyesterdir. Temel kaynak olarak glikolik asit kullanır ve başta şeker pancarı, olgunlaşmamış üzüm suyu ve şeker kamışı olmak üzere geniş bir hammadde yelpazesine sahiptir. Mevcut biyolojik olarak parçalanabilen polimerler arasında, PGA'nın bozunma hızı nispeten hızlıdır, özellikle dayanıklılığı kısa sürede hızla azalır. PGA, cerrahi sütürleri absorbe etmek için uygulanan ilk biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemedir. Bozunma ürünü glikolik asidin metabolitleri, sonunda insan vücuduna zarar vermeden vücuttan tamamen atılabilir. Bazı literatürler, PGA sütürlerin vücutta 2 hafta bırakıldıktan sonra gerilme mukavemetinin yarı yarıya azaltılabildiğini ve vücudun yaklaşık 4 ayda tam bir bozulma ve emilme durumuna ulaşabildiğini göstermektedir. Glikolik asit ile hazırlanan PGA malzemesi 10.000'den fazla moleküler ağırlığa sahiptir ve cerrahi dikişler için kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek kristalliği (% 46-% 50) nedeniyle zor işleme, düşük mukavemet ve hızlı bozunma oranı dezavantajlarına sahiptir, ancak implante edilebilir malzemelerin performans gereksinimlerini karşılayamaz. Bu nedenle insanlar, uygulama alanını genişletmek için fiziksel ve kimyasal özelliklerini optimize etmek için çeşitli yöntemlerle değiştirirler. Örneğin, PGA'nın parçalanabilirliğini, biyouyumluluğunu, mekanik özelliklerini vb. Geliştirmek için ikisinin özelliklerini bütünleştiren bir kopolimer oluşturmak için kopolimerizasyon modifikasyonu yoluyla; veya kendi polimer liflerini veya katkı maddelerini, vb. ekleyerek bir karışım oluşturmak için harmanlama modifikasyonu uygulayın. PGA'nın mukavemetini ve diğer özelliklerini geliştirmek. Şu anda, modifiye PGA, emilebilir sütürlerde, doku mühendisliğinde, ilaç kontrol sistemlerinde, emilebilir kemik çivilerinde, kemik plakalarında ve cerrahi düzeltme malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
(2) Polilaktik asit (PLA)
1966'da Kulkarni ve ark. düşük moleküler ağırlıklı ve yüksek moleküler ağırlıklı PLA'nın mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu buldu. Son bozunma ürünleri H2O ve CO2'dir. Ara ürün laktik asit aynı zamanda vücutta normal bir şeker metabolitidir ve organizma üzerinde herhangi bir yan etkiye neden olmaz. Bu, PLA'nın biyomedikal bir materyal olarak araştırılmasına ve uygulanmasına yol açtı [29-30]. 1997'de PLA, FDA tarafından farmasötik yardımcı maddeler ve tıbbi sütürler olarak klinik kullanım için onaylandı. PLA, laktik asit monomerinin bir homopolimeridir. Laktit (LA) kiral bir molekül olduğundan, iki tür optik olarak aktif madde vardır, bu nedenle PLA'da ayrıca L-polilaktik asit (PLLA), sağ el polilaktik asit (PDLA), rasemizasyon Polilaktik asit (PDLLA) bu üçü vardır. boyutsal konfigürasyonlar. Bunlar arasında, PLLA ve PDLA, yüksek gerilme mukavemetine ve yavaş bozunma oranına sahip yarı kristal polimerlerdir. Cerrahi plastik malzemeler, cerrahi sütürler ve implant malzemeleri için ideal malzemelerdir; PDLLA ise düşük mukavemet ve bozunma oranına sahip amorf bir kopolimerdir. Hızlıdır, genellikle ilaç dağıtım taşıyıcılarında ve düşük mukavemetli doku rejenerasyon iskelelerinde kullanılır. Bununla birlikte, PLA&# 39'un bozunma oranının kontrol edilmesi zordur, kırılgandır ve darbe direncinin zayıf olması, uygulama aralığını ciddi şekilde sınırlar. Son yıllarda insanlar, parçalanma oranını kontrol etmek ve PLA'nın esnekliğini artırmak için kopolimerizasyon modifikasyonu, kendinden takviyeli polilaktik asidin hazırlanması veya diğer maddelerle kompozit malzemelerin oluşturulması gibi farklı modifikasyon yöntemlerini kullandılar, böylece uygulamasını sürekli olarak genişletmek için. alanlar. Örneğin, polilaktik asit, ilaç taşıyıcılarındaki uygulamasını sınırlayan hidrofobik bir polimerdir. Bu nedenle insanlar, polilaktik asidi hidrofilik maddelerle (polietilen glikol, poliglikolik asit, polietilen oksit vb.) Kopolimerize ederek hidrofilikliğini geliştirirler. Şu anda PLA / PLGA implantları, anti-tümör ilaçları, polipeptitler, protein ilaçları ve Çin ilaçları için yavaş ve kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ek olarak, PLA ve modifiye PLA, oftalmik materyallerde, cerrahi sütürlerde, kırıklar için dahili fiksasyon materyallerinde ve doku mühendisliği onarımlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
(3) Polikaprolakton (PCL)
PCL, düşük erime noktası ve cam geçiş sıcaklığına, çok düşük gerilme mukavemetine (23 MPa), kırılmada yüksek uzamaya (% 700) sahip yarı kristalin doğrusal bir polyesterdir ve birçok organik çözücüde kolayca çözünür. Çeşitli polimerlerle kopolimerize edilmiş, iyi termoplastikliğe ve kalıplama işlenebilirliğine sahiptir; ek olarak, PCL hammaddeleri kolaylıkla temin edilebilir, bozunma hızı yavaştır ve mükemmel ilaç geçirgenliğine ve biyouyumluluğa sahiptir. Bu nedenle, cerrahi dikişler, dahili kemik grefti sabitleme cihazları, tıbbi ekipman ve biyolojik olarak parçalanabilen kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, hidrofilikliği ve bozunma oranını iyileştirmek için PLA'yı modifiye ederek, uygulama aralığı, örneğin organ onarım malzemeleri, suni deri, cerrahi yapışmayı önleyici membranlar ve doku ve hücre mühendisliği gibi daha da genişletilebilir.
3. Sonuç
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler iyi fiziksel ve kimyasal özellikler, biyolojik özellikler ve biyomekanik özellikler gösterirler ve gerçek koşullara göre ayarlanıp işlenebilirler, bu da biyotıpın işlevsel ihtiyaçlarını büyük ölçüde karşılayarak onları biyotıpın birçok alanında yararlı kılar. Bu aşamada yaygın olarak kullanılan, biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma sıcak noktası, dikiş ve fiksasyondan doku mühendisliği iskele malzemeleri gibi daha karmaşık alanlara aktarılmaya başlamıştır. Bununla birlikte, pratik uygulamalarda, biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin yüksek maliyeti, tabandaki tanıtımları üzerinde hala belirli bir etkiye sahiptir. Özellikle, farklı nesneler için uygun bozulma oranının kontrol edilmesi sorununun acilen çözülmesi gerekmektedir. Örneğin, kısa vadeli ilaç taşıyıcılarının ihtiyaçlarını karşılamak için PCL'nin bozunma oranının nasıl ayarlanacağı ve kemik dokusu mühendisliğinin ihtiyaçlarını karşılamak için PLA'nın bozunma oranının nasıl ayarlanacağı. Ancak genel olarak, ilgili disiplinlerin ve teknolojilerin sürekli gelişmesi ve ilerlemesi ile biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozulma hızı kontrolü ile ilgili sorunların ve malzeme maliyetlerinin kademeli olarak çözüleceğine inanılmaktadır. Biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi Uygulama ayrıca daha da geliştirilecektir.
1. Biyobozunur malzemelerin bozunma prensibi
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, vücut sıvıları, organik makromoleküller, enzimler, serbest radikaller, hücreler vb. Gibi çeşitli faktörlerin biyolojik ortamı ile etkileşime girer ve hidroliz, enzimoliz ve oksidasyon gibi bir dizi reaksiyonla yavaş yavaş düşük moleküler ağırlıklı bileşiklere indirgenir. monomer. Emilim, sindirim ve metabolik reaksiyonlardan sonra, bozunma ürünleri vücuttan atılır veya bozunma sürecini tamamlamak için vücut tarafından emilecek vücudun normal metabolizmasına katılır. Vücut sıvısı biyolojik materyale dokudan girerse veya biyolojik materyalin belirli bir bileşeni vücut sıvısı içinde çözülürse materyal, hacim artışı nedeniyle genişler ve kendi maddesini dışarı atar. Bu işlem, malzemenin hidrojen bağını ve van der Waals kuvvetini yok eder. , Malzemede çatlaklara veya boşluklara neden olacak ve sonunda malzeme biyolojik ortamda kademeli olarak kimyasal bozunmaya uğrayacaktır. Klinik uygulamada insanlar, implante edilen biyolojik olarak parçalanabilen materyallerin, aynı prosedüre göre biyolojik doku tedavisi süresince farklılaşma ve bozulma reaksiyonlarını tamamlayacağını umuyor, böylece vücuda' implante bağlı olarak iltihaplanma veya stres yanıtı önleniyor. malzemeler. Deri dokusu için tedavi süresinin genellikle 3 ila 10 gün arasında olduğunu, visseral doku için tedavi süresinin genellikle 1 ila 2 ay arasında olduğunu ve büyük organ dokuları için tedavi süresinin genellikle 6 ay veya daha fazla sürdüğünü biliyoruz. Biyolojik olarak parçalanabilen biyomalzemeler insan vücuduna implante edildikten sonra, bozunma performansları ve bozunma ürünleri biyolojik çevre, malzeme reaksiyonları ve insan vücudu reaksiyonları üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bozunma ürünlerinin yavaş bozunma hızı veya uzun kalma süresi, insan dokularında kolaylıkla iltihaplanmaya neden olabilir. , Tromboz ve diğer yan etkiler. Çalışmalar [6], biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin çoğunun bozunma sürecinin ve ilerlemesinin beklenen en iyi sonuçlarla tutarsız olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma ve klinik uygulamalarında, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozunmayla ilgili sorunları, özellikle degradasyon oranı ve bozunma ürünleri dikkatle ele alınmalıdır.
2. Biyobozunur malzemelerin temel sınıflandırması ve uygulaması
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler insan vücudunda kullanılır ve malzemenin kendisi ve insan vücudu üzerindeki etkileri açısından katı koşulları karşılamalıdır: işlenmesi kolay, düşük fiyat, sterilize edilmesi kolay, kesin bozulma süresi, biyolojik kararlılık ve implantasyon bölgesinin ihtiyaçları, İyi histo-uyumluluk, kan uyumluluğu ve mekanik uyumluluk, pirojen reaksiyonu yok, genetik toksisite, teratojenite ve kanserojenlik, tahriş ve hassasiyet yok.
Şu anda, biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, doğal polimer bozunur malzemeler, mikrobiyal sentetik bozunur polimer malzemeler ve kimyasal olarak sentezlenmiş bozunur polimer malzemeler dahil olmak üzere farklı süreçlere ve kaynaklara göre sınıflandırılabilir [3,9]. Spesifik sınıflandırma ve uygulama aşağıdaki şekilde özetlenmiştir:
1. Doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler
Şu anda, biyomedikal alanda en yaygın olarak kullanılan doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler esas olarak jelatin, kolajen, polisakkaritler ve ipek fibroini içerir.
(1) Jelatin malzemesi
Jelatin çoğunlukla memeli deri, kemik, tendon, kuyruk ve diğer dokulardan elde edilir. En dikkate değer özelliği, suyu emdikten sonra yavaşça genişleyen ve yumuşayan, biyouyumluluğa, jelleşmeye ve biyolojik olarak parçalanabilirliğe sahip suda çözünür polimerdir. Jelatinin özelliklerini kullanarak, oluşturması kolay, enzimler tarafından parçalanabilir ve insan vücudu tarafından emilmesi kolay, ilaç taşıyıcılarında, yardımcı maddelerde veya yavaş salimli kabuklarda yavaş salınan bir malzeme olarak kullanılabilir; iyi hava geçirgenliği ve su geçirgenliği nedeniyle bir yara sargısı ve suni deri malzemesi olarak, yaradaki sıvıyı veya ikincil enfeksiyon semptomlarının ortaya çıkmasını önleyebilir; ayrıca jelatin plazma ikameleri degrade olabilir, toksik değildir ve immünojenik değildir, vb. Klinik avantaj.
(2) Kolajen
Kolajen, hayvanlarda protein içeriğinin yaklaşık 1 / 3'ünü oluşturan bağ dokusunun ana bileşenidir. Esas olarak hayvan dokularında, deride, bağlarda ve kıkırdakta bulunur. Vücut organlarını destekleme, mekanik stabilite, elastikiyet ve mukavemet sağlama işlevlerine sahiptir. Doğal bir biyolojik kaynak olarak, iyi biyouyumluluk, düşük immünojenite ve biyolojik olarak parçalanabilirlik özelliklerine sahiptir; klinik kullanım, kolajenin kusurlu dokuların onarımını, yenilenmesini ve yeniden yapılandırılmasını önemli ölçüde destekleyebileceğini göstermiştir; ancak yeterli değildir Mekanik mukavemet, çapraz bağlama modifikasyonu veya diğer biyolojik malzemelerle bileşik kullanım yoluyla geliştirilebilir]. Şu anda, kolajen biyolojik olarak parçalanabilen sütürlerin, hemostatik ajanların ve yara örtülerinin, biyolojik yamaların, kemik onarım materyallerinin, hemodiyaliz membranlarının, hemostatik ajanların, ilaç salım taşıyıcılarının hazırlanmasında ve doku mühendisliği iskeleleri, çeşitli oftalmik tedaviler Cihazlar ve diğer yönler. Bununla birlikte, klinik sorunların karmaşıklığı ve ürün yükseltmelerine duyulan ihtiyaç göz önüne alındığında, heterolog kollajenin potansiyel bağışıklık tepkisi, kalan çapraz bağlanmanın olası sitotoksisitesi gibi kolajen uygulama araştırmasında çözülmesi gereken birçok sorun vardır. ajan ve implantasyon. Kollajen benzeri ürünlerin mekanik mukavemeti ve bozunma kontrol edilebilirliği.
(3) Polisakkarit malzemeler
Polisakkarit malzemeler çoğunlukla nişasta, hyaluronik asit, heparin, kitin ve diğer bileşenlerden elde edilir ve bunların biyouyumlulukları ve biyolojik olarak parçalanabilirlikleri çok idealdir. Doğada, kitin içerik bakımından zengindir ve selüloz dışında büyük bir önemli polisakkarit sınıfıdır. Toksik değildir ve yan etkisi yoktur. İnsan hücrelerine karşı iyi bir afiniteye sahiptir, reddedilmeye neden olmaz ve iyi biyouyumluluk ve Bozunabilirliğe sahiptir. Ek olarak, antibakteriyel, antiviral, antitümör, yara iyileşmesini teşvik edici ve güçlü adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Kitin, hidrojen bağları gibi birçok polar grup içerdiğinden ve yüksek kristalliliğe sahip olduğundan, asit ve alkalide çözünmez ve suda çözünmez olduğundan vücut tarafından kullanılması zordur. Bununla birlikte, kitin, kitosan içine deasetile edildikten sonra seyreltik asit ve vücut sıvılarında çözünebilir ve insan vücudu tarafından kullanılabilir. Kitin ve kitosan yüksek kimyasal reaktiviteye sahiptir ve bunların amidasyon, karboksilasyon, siyanasyon, asitleştirme ve diğer modifikasyonlardan sonra türevleri, hemostatik ajanlar, flokülantlar, emilebilir cerrahi sütürler, Yapay deri, yara sargıları, yavaş salım gibi tıbbi alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. anti-kanser ilaçları veya kemoterapötik maddeler, hareketsizleştirilmiş enzim taşıyıcıları, ayırma membran malzemeleri, vb.
(4) İpek fibroin
İpek fibroin çoğunlukla ipekten elde edilir ve içinde çok zengin amino asitler içerir, bu nedenle iyi biyouyumluluğa sahiptir ve mükemmel şeffaflık ve hava geçirgenliği ve iyi film oluşturucu etkisi ile alerjen olmayan veya kanserojen olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, ipek fibroinin moleküler yapısı nedeniyle, ipek fibroinin hidrofilikliği ve film oluşumundan sonraki mekanik özellikler iyi değildir. Karışım modifikasyon yöntemi sayesinde, karışık makromoleküller ve ipek fibroin arasında oluşan hidrojen bağları ve diğer kuvvetler, ipek fibroin moleküllerini yapıyı değiştirmeye teşvik eder, ipek fibroin malzemelerin mekanik özelliklerini, termal özelliklerini ve suda çözünürlüğünü etkili bir şekilde geliştirebilir. Günümüzde biyotıp alanında, yara kaplama malzemeleri, suni deri, yapay tendon bağları, kontakt lensler, ilaç taşıyıcıları, yapay kan damarı taşıyıcıları ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi
Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi, karbon kaynağı organik maddeyi mikro organizmaların fermantasyonu gibi bir dizi karmaşık reaksiyon altında farklılaşabilir özelliklere sahip bir polyestere sentezlemek için bir gıda kaynağı olarak belirli organik maddelerin (glikoz veya nişasta gibi) kullanılmasını ifade eder. Veya polisakkarit polimerleri. Şu anda, klinik uygulamada yaygın olarak kullanılan mikrobiyal sentetik polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler temel olarak iki türü içerir: biyopolyester (PHA) ve polihidroksibutil ester (PHB). Örnek olarak PHB'yi ele alalım. PHB, mikrobiyal hücreler tarafından sentezlenen yüksek moleküler bir polimerdir. Yapısı ve performansı, doğal makromoleküler bozunur malzemelerden farklıdır, ancak alifatik polyester polimerlere daha çok benzer, doğal ve kimyasal sentezi bozunabilir Polimerin avantajı, bozunma ürünleri sonunda metabolizma yoluyla karbondioksit ve su olarak atılır, kimyasal hammaddelerin sentezi ile üretilebilir. Ek olarak, Tang Suyang ve diğer çalışmalar PHB'nin mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu göstermiştir. Şu anda, emilebilir cerrahi dikişlerde, ortopedik materyallerde ve ilaç kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Bozunabilir polimer malzemelerin kimyasal sentezi
Doğal polimerlerle karşılaştırıldığında, kimyasal yöntemlerle sentezlenen biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemeler, gerçek uygulamaların ihtiyaçlarına göre, uygun monomerler seçilerek veya sentez sürecindeki reaksiyon koşullarını kontrol ederek veya basit ve düşük maliyetli Fiziksel veya kimyasal modifikasyon gerçekleştirerek seçilebilir. vb. hedef malzemeyi sentezleme amacına ulaşmak için yapısını ve performansını tasarlamak ve ayarlamak için Örneğin, kimyasal kontrol yöntemleriyle, uygulama alanını genişletmek için polimer malzemelerin mukavemeti, bozunma hızı, mikro gözenekli yapısı ve geçirgenliği iyileştirilebilir. Şu anda geliştirilen ve araştırılan kimyasal olarak sentezlenmiş biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerde, ana zincir genellikle hidrolize edilebilir ester grupları, amido grupları veya üre grupları içerir. Aşağıdakiler, mevcut klinik biyomedikal uygulamada en çok araştırılan ve en yaygın kullanılan kimyasal olarak sentezlenmiş bozunabilir polimer materyal türüdür - poliglikolid (PGA), polilaktik asit (PLA) ve polilaktik asit -Glikolik asit kopolimeri (PLGA) gibi alifatik polyester malzemeler ), polikaprolakton (PCL) vb. tanıtılacaktır.
(1) Poliglikolid (PGA)
PGA, en basit yapıya sahip lineer alifatik polyesterdir. Temel kaynak olarak glikolik asit kullanır ve başta şeker pancarı, olgunlaşmamış üzüm suyu ve şeker kamışı olmak üzere geniş bir hammadde yelpazesine sahiptir. Mevcut biyolojik olarak parçalanabilen polimerler arasında, PGA'nın bozunma hızı nispeten hızlıdır, özellikle dayanıklılığı kısa sürede hızla azalır. PGA, cerrahi sütürleri absorbe etmek için uygulanan ilk biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemedir. Bozunma ürünü glikolik asidin metabolitleri, sonunda insan vücuduna zarar vermeden vücuttan tamamen atılabilir. Bazı literatürler, PGA sütürlerin vücutta 2 hafta bırakıldıktan sonra gerilme mukavemetinin yarı yarıya azaltılabildiğini ve vücudun yaklaşık 4 ayda tam bir bozulma ve emilme durumuna ulaşabildiğini göstermektedir. Glikolik asit ile hazırlanan PGA malzemesi 10.000'den fazla moleküler ağırlığa sahiptir ve cerrahi dikişler için kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek kristalliği (% 46-% 50) nedeniyle zor işleme, düşük mukavemet ve hızlı bozunma oranı dezavantajlarına sahiptir, ancak implante edilebilir malzemelerin performans gereksinimlerini karşılayamaz. Bu nedenle insanlar, uygulama alanını genişletmek için fiziksel ve kimyasal özelliklerini optimize etmek için çeşitli yöntemlerle değiştirirler. Örneğin, PGA'nın parçalanabilirliğini, biyouyumluluğunu, mekanik özelliklerini vb. Geliştirmek için ikisinin özelliklerini bütünleştiren bir kopolimer oluşturmak için kopolimerizasyon modifikasyonu yoluyla; veya kendi polimer liflerini veya katkı maddelerini, vb. ekleyerek bir karışım oluşturmak için harmanlama modifikasyonu uygulayın. PGA'nın mukavemetini ve diğer özelliklerini geliştirmek. Şu anda, modifiye PGA, emilebilir sütürlerde, doku mühendisliğinde, ilaç kontrol sistemlerinde, emilebilir kemik çivilerinde, kemik plakalarında ve cerrahi düzeltme malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
(2) Polilaktik asit (PLA)
1966'da Kulkarni ve ark. düşük moleküler ağırlıklı ve yüksek moleküler ağırlıklı PLA'nın mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu buldu. Son bozunma ürünleri H2O ve CO2'dir. Ara ürün laktik asit aynı zamanda vücutta normal bir şeker metabolitidir ve organizma üzerinde herhangi bir yan etkiye neden olmaz. Bu, PLA'nın biyomedikal bir materyal olarak araştırılmasına ve uygulanmasına yol açtı [29-30]. 1997'de PLA, FDA tarafından farmasötik yardımcı maddeler ve tıbbi sütürler olarak klinik kullanım için onaylandı. PLA, laktik asit monomerinin bir homopolimeridir. Laktit (LA) kiral bir molekül olduğundan, iki tür optik olarak aktif madde vardır, bu nedenle PLA'da ayrıca L-polilaktik asit (PLLA), sağ el polilaktik asit (PDLA), rasemizasyon Polilaktik asit (PDLLA) bu üçü vardır. boyutsal konfigürasyonlar. Bunlar arasında, PLLA ve PDLA, yüksek gerilme mukavemetine ve yavaş bozunma oranına sahip yarı kristal polimerlerdir. Cerrahi plastik malzemeler, cerrahi sütürler ve implant malzemeleri için ideal malzemelerdir; PDLLA ise düşük mukavemet ve bozunma oranına sahip amorf bir kopolimerdir. Hızlıdır, genellikle ilaç dağıtım taşıyıcılarında ve düşük mukavemetli doku rejenerasyon iskelelerinde kullanılır. Bununla birlikte, PLA&# 39'un bozunma oranının kontrol edilmesi zordur, kırılgandır ve darbe direncinin zayıf olması, uygulama aralığını ciddi şekilde sınırlar. Son yıllarda insanlar, parçalanma oranını kontrol etmek ve PLA'nın esnekliğini artırmak için kopolimerizasyon modifikasyonu, kendinden takviyeli polilaktik asidin hazırlanması veya diğer maddelerle kompozit malzemelerin oluşturulması gibi farklı modifikasyon yöntemlerini kullandılar, böylece uygulamasını sürekli olarak genişletmek için. alanlar. Örneğin, polilaktik asit, ilaç taşıyıcılarındaki uygulamasını sınırlayan hidrofobik bir polimerdir. Bu nedenle insanlar, polilaktik asidi hidrofilik maddelerle (polietilen glikol, poliglikolik asit, polietilen oksit vb.) Kopolimerize ederek hidrofilikliğini geliştirirler. Şu anda PLA / PLGA implantları, anti-tümör ilaçları, polipeptitler, protein ilaçları ve Çin ilaçları için yavaş ve kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ek olarak, PLA ve modifiye PLA, oftalmik materyallerde, cerrahi sütürlerde, kırıklar için dahili fiksasyon materyallerinde ve doku mühendisliği onarımlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
(3) Polikaprolakton (PCL)
PCL, düşük erime noktası ve cam geçiş sıcaklığına, çok düşük gerilme mukavemetine (23 MPa), kırılmada yüksek uzamaya (% 700) sahip yarı kristalin doğrusal bir polyesterdir ve birçok organik çözücüde kolayca çözünür. Çeşitli polimerlerle kopolimerize edilmiş, iyi termoplastikliğe ve kalıplama işlenebilirliğine sahiptir; ek olarak, PCL hammaddeleri kolaylıkla temin edilebilir, bozunma hızı yavaştır ve mükemmel ilaç geçirgenliğine ve biyouyumluluğa sahiptir. Bu nedenle, cerrahi dikişler, dahili kemik grefti sabitleme cihazları, tıbbi ekipman ve biyolojik olarak parçalanabilen kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, hidrofilikliği ve bozunma oranını iyileştirmek için PLA'yı modifiye ederek, uygulama aralığı, örneğin organ onarım malzemeleri, suni deri, cerrahi yapışmayı önleyici membranlar ve doku ve hücre mühendisliği gibi daha da genişletilebilir.
3. Sonuç
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler iyi fiziksel ve kimyasal özellikler, biyolojik özellikler ve biyomekanik özellikler gösterirler ve gerçek koşullara göre ayarlanıp işlenebilirler, bu da biyotıpın işlevsel ihtiyaçlarını büyük ölçüde karşılayarak onları biyotıpın birçok alanında yararlı kılar. Bu aşamada yaygın olarak kullanılan, biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma sıcak noktası, dikiş ve fiksasyondan doku mühendisliği iskele malzemeleri gibi daha karmaşık alanlara aktarılmaya başlamıştır. Bununla birlikte, pratik uygulamalarda, biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin yüksek maliyeti, tabandaki tanıtımları üzerinde hala belirli bir etkiye sahiptir. Özellikle, farklı nesneler için uygun bozulma oranının kontrol edilmesi sorununun acilen çözülmesi gerekmektedir. Örneğin, kısa vadeli ilaç taşıyıcılarının ihtiyaçlarını karşılamak için PCL'nin bozunma oranının nasıl ayarlanacağı ve kemik dokusu mühendisliğinin ihtiyaçlarını karşılamak için PLA'nın bozunma oranının nasıl ayarlanacağı. Ancak genel olarak, ilgili disiplinlerin ve teknolojilerin sürekli gelişmesi ve ilerlemesi ile biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozulma hızı kontrolü ile ilgili sorunların ve malzeme maliyetlerinin kademeli olarak çözüleceğine inanılmaktadır. Biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi Uygulama ayrıca daha da geliştirilecektir.
1. Biyobozunur malzemelerin bozunma prensibi
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, vücut sıvıları, organik makromoleküller, enzimler, serbest radikaller, hücreler vb. Gibi çeşitli faktörlerin biyolojik ortamı ile etkileşime girer ve hidroliz, enzimoliz ve oksidasyon gibi bir dizi reaksiyonla yavaş yavaş düşük moleküler ağırlıklı bileşiklere indirgenir. monomer. Emilim, sindirim ve metabolik reaksiyonlardan sonra, bozunma ürünleri vücuttan atılır veya bozunma sürecini tamamlamak için vücut tarafından emilecek vücudun normal metabolizmasına katılır. Vücut sıvısı biyolojik materyale dokudan girerse veya biyolojik materyalin belirli bir bileşeni vücut sıvısı içinde çözülürse materyal, hacim artışı nedeniyle genişler ve kendi maddesini dışarı atar. Bu işlem, malzemenin hidrojen bağını ve van der Waals kuvvetini yok eder. , Malzemede çatlaklara veya boşluklara neden olacak ve sonunda malzeme biyolojik ortamda kademeli olarak kimyasal bozunmaya uğrayacaktır. Klinik uygulamada insanlar, implante edilen biyolojik olarak parçalanabilen materyallerin, aynı prosedüre göre biyolojik doku tedavisi süresince farklılaşma ve bozulma reaksiyonlarını tamamlayacağını umuyor, böylece vücuda' implante bağlı olarak iltihaplanma veya stres yanıtı önleniyor. malzemeler. Deri dokusu için tedavi süresinin genellikle 3 ila 10 gün arasında olduğunu, visseral doku için tedavi süresinin genellikle 1 ila 2 ay arasında olduğunu ve büyük organ dokuları için tedavi süresinin genellikle 6 ay veya daha fazla sürdüğünü biliyoruz. Biyolojik olarak parçalanabilen biyomalzemeler insan vücuduna implante edildikten sonra, bozunma performansları ve bozunma ürünleri biyolojik çevre, malzeme reaksiyonları ve insan vücudu reaksiyonları üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bozunma ürünlerinin yavaş bozunma hızı veya uzun kalma süresi, insan dokularında kolaylıkla iltihaplanmaya neden olabilir. , Tromboz ve diğer yan etkiler. Çalışmalar [6], biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin çoğunun bozunma sürecinin ve ilerlemesinin beklenen en iyi sonuçlarla tutarsız olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma ve klinik uygulamalarında, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozunmayla ilgili sorunları, özellikle degradasyon oranı ve bozunma ürünleri dikkatle ele alınmalıdır.
2. Biyobozunur malzemelerin temel sınıflandırması ve uygulaması
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler insan vücudunda kullanılır ve malzemenin kendisi ve insan vücudu üzerindeki etkileri açısından katı koşulları karşılamalıdır: işlenmesi kolay, düşük fiyat, sterilize edilmesi kolay, kesin bozulma süresi, biyolojik kararlılık ve implantasyon bölgesinin ihtiyaçları, İyi histo-uyumluluk, kan uyumluluğu ve mekanik uyumluluk, pirojen reaksiyonu yok, genetik toksisite, teratojenite ve kanserojenlik, tahriş ve hassasiyet yok.
Şu anda, biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler, doğal polimer bozunur malzemeler, mikrobiyal sentetik bozunur polimer malzemeler ve kimyasal olarak sentezlenmiş bozunur polimer malzemeler dahil olmak üzere farklı süreçlere ve kaynaklara göre sınıflandırılabilir [3,9]. Spesifik sınıflandırma ve uygulama aşağıdaki şekilde özetlenmiştir:
1. Doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler
Şu anda, biyomedikal alanda en yaygın olarak kullanılan doğal polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler esas olarak jelatin, kolajen, polisakkaritler ve ipek fibroini içerir.
(1) Jelatin malzemesi
Jelatin çoğunlukla memeli deri, kemik, tendon, kuyruk ve diğer dokulardan elde edilir. En dikkate değer özelliği, suyu emdikten sonra yavaşça genişleyen ve yumuşayan, biyouyumluluğa, jelleşmeye ve biyolojik olarak parçalanabilirliğe sahip suda çözünür polimerdir. Jelatinin özelliklerini kullanarak, oluşturması kolay, enzimler tarafından parçalanabilir ve insan vücudu tarafından emilmesi kolay, ilaç taşıyıcılarında, yardımcı maddelerde veya yavaş salimli kabuklarda yavaş salınan bir malzeme olarak kullanılabilir; iyi hava geçirgenliği ve su geçirgenliği nedeniyle bir yara sargısı ve suni deri malzemesi olarak, yaradaki sıvıyı veya ikincil enfeksiyon semptomlarının ortaya çıkmasını önleyebilir; ayrıca jelatin plazma ikameleri degrade olabilir, toksik değildir ve immünojenik değildir, vb. Klinik avantaj.
(2) Kolajen
Kolajen, hayvanlarda protein içeriğinin yaklaşık 1 / 3'ünü oluşturan bağ dokusunun ana bileşenidir. Esas olarak hayvan dokularında, deride, bağlarda ve kıkırdakta bulunur. Vücut organlarını destekleme, mekanik stabilite, elastikiyet ve mukavemet sağlama işlevlerine sahiptir. Doğal bir biyolojik kaynak olarak, iyi biyouyumluluk, düşük immünojenite ve biyolojik olarak parçalanabilirlik özelliklerine sahiptir; klinik kullanım, kolajenin kusurlu dokuların onarımını, yenilenmesini ve yeniden yapılandırılmasını önemli ölçüde destekleyebileceğini göstermiştir; ancak yeterli değildir Mekanik mukavemet, çapraz bağlama modifikasyonu veya diğer biyolojik malzemelerle bileşik kullanım yoluyla geliştirilebilir]. Şu anda, kolajen biyolojik olarak parçalanabilen sütürlerin, hemostatik ajanların ve yara örtülerinin, biyolojik yamaların, kemik onarım materyallerinin, hemodiyaliz membranlarının, hemostatik ajanların, ilaç salım taşıyıcılarının hazırlanmasında ve doku mühendisliği iskeleleri, çeşitli oftalmik tedaviler Cihazlar ve diğer yönler. Bununla birlikte, klinik sorunların karmaşıklığı ve ürün yükseltmelerine duyulan ihtiyaç göz önüne alındığında, heterolog kollajenin potansiyel bağışıklık tepkisi, kalan çapraz bağlanmanın olası sitotoksisitesi gibi kolajen uygulama araştırmasında çözülmesi gereken birçok sorun vardır. ajan ve implantasyon. Kollajen benzeri ürünlerin mekanik mukavemeti ve bozunma kontrol edilebilirliği.
(3) Polisakkarit malzemeler
Polisakkarit malzemeler çoğunlukla nişasta, hyaluronik asit, heparin, kitin ve diğer bileşenlerden elde edilir ve bunların biyouyumlulukları ve biyolojik olarak parçalanabilirlikleri çok idealdir. Doğada, kitin içerik bakımından zengindir ve selüloz dışında büyük bir önemli polisakkarit sınıfıdır. Toksik değildir ve yan etkisi yoktur. İnsan hücrelerine karşı iyi bir afiniteye sahiptir, reddedilmeye neden olmaz ve iyi biyouyumluluk ve Bozunabilirliğe sahiptir. Ek olarak, antibakteriyel, antiviral, antitümör, yara iyileşmesini teşvik edici ve güçlü adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Kitin, hidrojen bağları gibi birçok polar grup içerdiğinden ve yüksek kristalliliğe sahip olduğundan, asit ve alkalide çözünmez ve suda çözünmez olduğundan vücut tarafından kullanılması zordur. Bununla birlikte, kitin, kitosan içine deasetile edildikten sonra seyreltik asit ve vücut sıvılarında çözünebilir ve insan vücudu tarafından kullanılabilir. Kitin ve kitosan yüksek kimyasal reaktiviteye sahiptir ve bunların amidasyon, karboksilasyon, siyanasyon, asitleştirme ve diğer modifikasyonlardan sonra türevleri, hemostatik ajanlar, flokülantlar, emilebilir cerrahi sütürler, Yapay deri, yara sargıları, yavaş salım gibi tıbbi alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. anti-kanser ilaçları veya kemoterapötik maddeler, hareketsizleştirilmiş enzim taşıyıcıları, ayırma membran malzemeleri, vb.
(4) İpek fibroin
İpek fibroin çoğunlukla ipekten elde edilir ve içinde çok zengin amino asitler içerir, bu nedenle iyi biyouyumluluğa sahiptir ve mükemmel şeffaflık ve hava geçirgenliği ve iyi film oluşturucu etkisi ile alerjen olmayan veya kanserojen olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, ipek fibroinin moleküler yapısı nedeniyle, ipek fibroinin hidrofilikliği ve film oluşumundan sonraki mekanik özellikler iyi değildir. Karışım modifikasyon yöntemi sayesinde, karışık makromoleküller ve ipek fibroin arasında oluşan hidrojen bağları ve diğer kuvvetler, ipek fibroin moleküllerini yapıyı değiştirmeye teşvik eder, ipek fibroin malzemelerin mekanik özelliklerini, termal özelliklerini ve suda çözünürlüğünü etkili bir şekilde geliştirebilir. Günümüzde biyotıp alanında, yara kaplama malzemeleri, suni deri, yapay tendon bağları, kontakt lensler, ilaç taşıyıcıları, yapay kan damarı taşıyıcıları ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi
Bozunabilir polimer malzemelerin mikrobiyal sentezi, karbon kaynağı organik maddeyi mikro organizmaların fermantasyonu gibi bir dizi karmaşık reaksiyon altında farklılaşabilir özelliklere sahip bir polyestere sentezlemek için bir gıda kaynağı olarak belirli organik maddelerin (glikoz veya nişasta gibi) kullanılmasını ifade eder. Veya polisakkarit polimerleri. Şu anda, klinik uygulamada yaygın olarak kullanılan mikrobiyal sentetik polimer biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler temel olarak iki türü içerir: biyopolyester (PHA) ve polihidroksibutil ester (PHB). Örnek olarak PHB'yi ele alalım. PHB, mikrobiyal hücreler tarafından sentezlenen yüksek moleküler bir polimerdir. Yapısı ve performansı, doğal makromoleküler bozunur malzemelerden farklıdır, ancak alifatik polyester polimerlere daha çok benzer, doğal ve kimyasal sentezi bozunabilir Polimerin avantajı, bozunma ürünleri sonunda metabolizma yoluyla karbondioksit ve su olarak atılır, kimyasal hammaddelerin sentezi ile üretilebilir. Ek olarak, Tang Suyang ve diğer çalışmalar PHB'nin mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu göstermiştir. Şu anda, emilebilir cerrahi dikişlerde, ortopedik materyallerde ve ilaç kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Bozunabilir polimer malzemelerin kimyasal sentezi
Doğal polimerlerle karşılaştırıldığında, kimyasal yöntemlerle sentezlenen biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemeler, gerçek uygulamaların ihtiyaçlarına göre, uygun monomerler seçilerek veya sentez sürecindeki reaksiyon koşullarını kontrol ederek veya basit ve düşük maliyetli Fiziksel veya kimyasal modifikasyon gerçekleştirerek seçilebilir. vb. hedef malzemeyi sentezleme amacına ulaşmak için yapısını ve performansını tasarlamak ve ayarlamak için Örneğin, kimyasal kontrol yöntemleriyle, uygulama alanını genişletmek için polimer malzemelerin mukavemeti, bozunma hızı, mikro gözenekli yapısı ve geçirgenliği iyileştirilebilir. Şu anda geliştirilen ve araştırılan kimyasal olarak sentezlenmiş biyolojik olarak parçalanabilir polimerlerde, ana zincir genellikle hidrolize edilebilir ester grupları, amido grupları veya üre grupları içerir. Aşağıdakiler, mevcut klinik biyomedikal uygulamada en çok araştırılan ve en yaygın kullanılan kimyasal olarak sentezlenmiş bozunabilir polimer materyal türüdür - poliglikolid (PGA), polilaktik asit (PLA) ve polilaktik asit -Glikolik asit kopolimeri (PLGA) gibi alifatik polyester malzemeler ), polikaprolakton (PCL) vb. tanıtılacaktır.
(1) Poliglikolid (PGA)
PGA, en basit yapıya sahip lineer alifatik polyesterdir. Temel kaynak olarak glikolik asit kullanır ve başta şeker pancarı, olgunlaşmamış üzüm suyu ve şeker kamışı olmak üzere geniş bir hammadde yelpazesine sahiptir. Mevcut biyolojik olarak parçalanabilen polimerler arasında, PGA'nın bozunma hızı nispeten hızlıdır, özellikle dayanıklılığı kısa sürede hızla azalır. PGA, cerrahi sütürleri absorbe etmek için uygulanan ilk biyolojik olarak parçalanabilen polimer malzemedir. Bozunma ürünü glikolik asidin metabolitleri, sonunda insan vücuduna zarar vermeden vücuttan tamamen atılabilir. Bazı literatürler, PGA sütürlerin vücutta 2 hafta bırakıldıktan sonra gerilme mukavemetinin yarı yarıya azaltılabildiğini ve vücudun yaklaşık 4 ayda tam bir bozulma ve emilme durumuna ulaşabildiğini göstermektedir. Glikolik asit ile hazırlanan PGA malzemesi 10.000'den fazla moleküler ağırlığa sahiptir ve cerrahi dikişler için kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek kristalliği (% 46-% 50) nedeniyle zor işleme, düşük mukavemet ve hızlı bozunma oranı dezavantajlarına sahiptir, ancak implante edilebilir malzemelerin performans gereksinimlerini karşılayamaz. Bu nedenle insanlar, uygulama alanını genişletmek için fiziksel ve kimyasal özelliklerini optimize etmek için çeşitli yöntemlerle değiştirirler. Örneğin, PGA'nın parçalanabilirliğini, biyouyumluluğunu, mekanik özelliklerini vb. Geliştirmek için ikisinin özelliklerini bütünleştiren bir kopolimer oluşturmak için kopolimerizasyon modifikasyonu yoluyla; veya kendi polimer liflerini veya katkı maddelerini, vb. ekleyerek bir karışım oluşturmak için harmanlama modifikasyonu uygulayın. PGA'nın mukavemetini ve diğer özelliklerini geliştirmek. Şu anda, modifiye PGA, emilebilir sütürlerde, doku mühendisliğinde, ilaç kontrol sistemlerinde, emilebilir kemik çivilerinde, kemik plakalarında ve cerrahi düzeltme malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
(2) Polilaktik asit (PLA)
1966'da Kulkarni ve ark. düşük moleküler ağırlıklı ve yüksek moleküler ağırlıklı PLA'nın mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğunu buldu. Son bozunma ürünleri H2O ve CO2'dir. Ara ürün laktik asit aynı zamanda vücutta normal bir şeker metabolitidir ve organizma üzerinde herhangi bir yan etkiye neden olmaz. Bu, PLA'nın biyomedikal bir materyal olarak araştırılmasına ve uygulanmasına yol açtı [29-30]. 1997'de PLA, FDA tarafından farmasötik yardımcı maddeler ve tıbbi sütürler olarak klinik kullanım için onaylandı. PLA, laktik asit monomerinin bir homopolimeridir. Laktit (LA) kiral bir molekül olduğundan, iki tür optik olarak aktif madde vardır, bu nedenle PLA'da ayrıca L-polilaktik asit (PLLA), sağ el polilaktik asit (PDLA), rasemizasyon Polilaktik asit (PDLLA) bu üçü vardır. boyutsal konfigürasyonlar. Bunlar arasında, PLLA ve PDLA, yüksek gerilme mukavemetine ve yavaş bozunma oranına sahip yarı kristal polimerlerdir. Cerrahi plastik malzemeler, cerrahi sütürler ve implant malzemeleri için ideal malzemelerdir; PDLLA ise düşük mukavemet ve bozunma oranına sahip amorf bir kopolimerdir. Hızlıdır, genellikle ilaç dağıtım taşıyıcılarında ve düşük mukavemetli doku rejenerasyon iskelelerinde kullanılır. Bununla birlikte, PLA&# 39'un bozunma oranının kontrol edilmesi zordur, kırılgandır ve darbe direncinin zayıf olması, uygulama aralığını ciddi şekilde sınırlar. Son yıllarda insanlar, parçalanma oranını kontrol etmek ve PLA'nın esnekliğini artırmak için kopolimerizasyon modifikasyonu, kendinden takviyeli polilaktik asidin hazırlanması veya diğer maddelerle kompozit malzemelerin oluşturulması gibi farklı modifikasyon yöntemlerini kullandılar, böylece uygulamasını sürekli olarak genişletmek için. alanlar. Örneğin, polilaktik asit, ilaç taşıyıcılarındaki uygulamasını sınırlayan hidrofobik bir polimerdir. Bu nedenle insanlar, polilaktik asidi hidrofilik maddelerle (polietilen glikol, poliglikolik asit, polietilen oksit vb.) Kopolimerize ederek hidrofilikliğini geliştirirler. Şu anda PLA / PLGA implantları, anti-tümör ilaçları, polipeptitler, protein ilaçları ve Çin ilaçları için yavaş ve kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ek olarak, PLA ve modifiye PLA, oftalmik materyallerde, cerrahi sütürlerde, kırıklar için dahili fiksasyon materyallerinde ve doku mühendisliği onarımlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
(3) Polikaprolakton (PCL)
PCL, düşük erime noktası ve cam geçiş sıcaklığına, çok düşük gerilme mukavemetine (23 MPa), kırılmada yüksek uzamaya (% 700) sahip yarı kristalin doğrusal bir polyesterdir ve birçok organik çözücüde kolayca çözünür. Çeşitli polimerlerle kopolimerize edilmiş, iyi termoplastikliğe ve kalıplama işlenebilirliğine sahiptir; ek olarak, PCL hammaddeleri kolaylıkla temin edilebilir, bozunma hızı yavaştır ve mükemmel ilaç geçirgenliğine ve biyouyumluluğa sahiptir. Bu nedenle, cerrahi dikişler, dahili kemik grefti sabitleme cihazları, tıbbi ekipman ve biyolojik olarak parçalanabilen kontrollü salım taşıyıcıları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, hidrofilikliği ve bozunma oranını iyileştirmek için PLA'yı modifiye ederek, uygulama aralığı, örneğin organ onarım malzemeleri, suni deri, cerrahi yapışmayı önleyici membranlar ve doku ve hücre mühendisliği gibi daha da genişletilebilir.
3. Sonuç
Biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler iyi fiziksel ve kimyasal özellikler, biyolojik özellikler ve biyomekanik özellikler gösterirler ve gerçek koşullara göre ayarlanıp işlenebilirler, bu da biyotıpın işlevsel ihtiyaçlarını büyük ölçüde karşılayarak onları biyotıpın birçok alanında yararlı kılar. Bu aşamada yaygın olarak kullanılan, biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırma sıcak noktası, dikiş ve fiksasyondan doku mühendisliği iskele malzemeleri gibi daha karmaşık alanlara aktarılmaya başlamıştır. Bununla birlikte, pratik uygulamalarda, biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin yüksek maliyeti, tabandaki tanıtımları üzerinde hala belirli bir etkiye sahiptir. Özellikle, farklı nesneler için uygun bozulma oranının kontrol edilmesi sorununun acilen çözülmesi gerekmektedir. Örneğin, kısa vadeli ilaç taşıyıcılarının ihtiyaçlarını karşılamak için PCL'nin bozunma oranının nasıl ayarlanacağı ve kemik dokusu mühendisliğinin ihtiyaçlarını karşılamak için PLA'nın bozunma oranının nasıl ayarlanacağı. Ancak genel olarak, ilgili disiplinlerin ve teknolojilerin sürekli gelişmesi ve ilerlemesi ile biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin bozulma hızı kontrolü ile ilgili sorunların ve malzeme maliyetlerinin kademeli olarak çözüleceğine inanılmaktadır. Biyotıp alanında biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi Uygulama ayrıca daha da geliştirilecektir.
Patentli tam biyolojik olarak parçalanabilir film ve PVA çantası sunuyoruz, tüm ürünler döküm ekipmanı ile üretilmektedir, Geleneksel şişirme ürünlerinden farklıdır, tüm şişirme ürünleri tamamen biyolojik olarak parçalanamaz. Tam şeffaf ve çeşitli renklerde pva film ve poşet üretimi yapabilmekteyiz. ve PVA filmi, geleneksel şişirme ürünlerinden daha pürüzsüzdür.
Ayrıca, patentli hammadde ve üretim sürecine sahip organik malzemelerle tamamen biyolojik olarak parçalanabilir film ve torbalar sunuyoruz.
Daha fazla PVA film ve çanta ürünü için lütfen bizi ziyaret edin:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/