生物衍生材料的改性与医学应用研究进展

摘要：生物衍生材料良好的生物相容性、易降解且降解产物无毒副作用、炎性反应低等使其在医学里具有相当重要的使用价值，概述了透明质酸、甲壳素、壳聚糖、胶原的改性及其医学应用研究进展。 关键词：生物衍生材料 改性 医学应用

一、 生物衍生物材料在生物医用材料中的重要性

生物材料是用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。

天然生物材料 如结构蛋和 生物矿物等 医用金属材料 生物材料 医用高分子材料 生物医用材料 生物陶瓷材料 生物医用复合材料 生物衍生材料 理想的生物医用材料应具备以下特点:

(1)良好的组织相容性;(2)适宜的三维立体结构;(3)一定的生物可降解性,并降解成为对人体无害的小分子,可以通过代谢排出或作为营养物质被吸收;(4)良好的细胞生长界面,细胞能在材料表面良好粘附和增殖;(5)满意的可塑性和机械强度。

由于生物衍生材料其组成类似于自然组织，或者有类似于细胞外基质等自然组织的构型和功能，因此，它在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要的作用。

二、 生物衍生材料的定义及应用概述

生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材料，又称生物再生材料。生物衍生材料因具有良好的生物相容性、易降解且降解产物无毒

1 / 13

副作用、炎性反应低、可诱导和促进组织结构再生和修复等特点。

生物衍生材料主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液系统、血浆增强剂和血液透析膜等。 对于因先天缺失、运动损伤、外伤、疾病等所致的组织损伤或缺损，组织工程技术已逐渐成为重要修复手段。该技术将来还可能为目前尚无法治愈的疾病和组织变性提供解决方案，对人类健康具有深远影响。目前，生物衍生材料在组织工程中的研究和应用最为广泛，包括天然细胞外基质（extracellular matrix，ECM）、同种异体组织、胶原、壳聚糖、丝素蛋白、海藻酸盐等

三、 透明质酸的改性及医学应用研究进展

透明质酸(hyaluronic acid,hyaluronan,HA)又名透明酸或玻璃酸,是由β-D-N-乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖醛酸为结构单元的以β-1,3和β-1,4糖苷链交替连接而成的一种直链线型阴离子粘多糖,其分子量数量级为104～107。透明质酸(HA)是广泛分布在软结缔组织细胞外基质(ECM)中的主要蛋白多糖,具有良好的生物相容性和生物降解性,能调节渗透压、流动阻力以及血浆与基质蛋白扩散的选择性,可应用于组织工程和医药领域。HA极易溶于水、降解速度快等良好性能限制了其在某些组织工程和医药领域的应用,因此需要进行化学改性,提高其机械强度,减缓其在组织内的降解速度,进一步扩大其应用前景。HA具有羟基、羧基和乙酰胺基等官能团,可通过交联、酯化、接枝、分子修饰和复合等方法进行改性。

1. 透明质酸的改性

HA分子中(结构见图1)可进行化学修饰的4个部位分别为羟基、N-乙酰基、羧基以及还原末端,其中末端修饰较少见。主要改性方法有交联、接枝、酯化和复合等,改性后,HA在保持原有生物相容性、降低水溶性的同时,被赋予了一系列良好的特性,如机械强度、粘弹性、流变学特性及抗透明质酸酶降解能力等。

2 / 13

图1

1.1 透明质酸的交联改性

天然高分子HA很难满足临床上许多特殊情况所要求的流变学性能和粘弹特性,因此常将其进行交联,使HA分子链增长,平均分子量增大,粘弹性增强,水溶性相对减弱,提高其机械强度,延长其降解时间等。从HA结构可以看出能够参与交联反应的官能团有羟基和羧基。此外,通过对HA前处理在其分子上形成其它活性基团,如透明质酸钠进行酸碱处理后,脱乙酰基作用后有游离氨基,亦可进行交联。 1.1.1 羟基交联及医学应用

羟基交联形成醚键,可选用的交联剂有多环氧化物、甲醛、戊二醛、二乙烯基砜等。

(1)环氧化物交联及医学应用

…… 此处隐藏1056字 ……

图4 HA-药物大分子

1.4复合改性及医学应用

HA为非抗原性,与其它材料复合,具有多重生物活性,不会引发炎症和异体排斥反应。PLGA/HA复合材料———PLGA/胶原/HA和PLGA/胶原/AM/HA对细胞的增殖作用显著提高。支架材料用于细胞重建实验中,发现伤口收缩相对减小,减少了重建修复过程中的结疤现象。

2. 透明质酸衍生物材料的医学应用研究方向及前景

2.1 应用现状

透明质酸改性衍生物的开发大大地拓展了透明质酸在医学领域的应用,包括外科手术防粘连、关节炎治疗、眼科疾病治疗、局部给药载体、组织工程等各个领域,现将不同改性产品的应用领域汇总于表1。 透明质酸改性产品 羟基交联 物理形态 流体 应用领域 涂于眼表面具有保护和湿润作用,关节润滑剂 凝胶 组织填充剂、防组织粘连,药物缓释载体 5 / 13