输尿管支架材料己内酯/丙交脂共聚物的体外实验研究

【摘要】 目的 评价输尿管支架生物降解材料己内酯/丙交酯共聚物(PCL/PLA)(PCLA)（30∶70）在体外的降解及临床应用。方法 PCLA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、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。结果 在pH值为8时其降解率最高，重量损失最为明显，pH值为6时居中，pH值为4时降解率最小，重量损失相对于前两者少。结论 此种共聚物的降解为无规本体水解过程。可适度调节共聚物的比例和降低共聚物的分子量，以达到临床工作需要。

【关键词】 体外降解；生物降解材料；己内酯/丙交脂共聚物；输尿管支架

在泌尿外科领域作为一种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，了解材料的降解行为对材料的临床应用具有极其重要的意义〔1〕。本文利用长春应用化学研究所医用高分子材料中心制备的己内酯/丙交脂共聚物(PCL/PLA，PCLA)（30∶70）进行体外降解研究，以评价该材料的临床应用价值。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料 己内酯/丙交脂共聚物 PCLA（30∶70），试样截成10 mm×5 mm、厚约1 mm的片状，由长春应用化学研究所医用高分子材料中心制备。试样真空干燥并福尔马林熏蒸消毒备用。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)、DZF41B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。人工降解液：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、6、8共3种浸泡液。

　　1.2 方法 PCLA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、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后，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。重量损失情况：每组取试样的算术平均值。分子量：凝胶渗透色谱仪测量材料的分子量。生物降解率=100%（初始分子量-降解后分子量）/初始分子量。

　　2 结果

　　2.1 质量变化 PCLA共聚物经过8 w的降解，均有失重情况。 pH值是8时，重量损失最快；pH值是4时，重量损失较慢；pH值是6时，重量损失居中（见图1）。

　　2.2 分子量变化 PCLA在前4 w生物降解率变化较为明显（P＜0.05）。 从图2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，随着浸泡液pH值的增高，PCLA降解程度逐渐加重。

　　图1 PCLA在体外不同环境下降解后重量变化（略）

　　图2 PCLA在不同体外环境下生物降解率变化（略）

　　2.3 电镜观察 PCLA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。PCLA试样随着时间的延长，结构出现疏松，有明显的裂隙，孔洞加深，试样表面可见孤立的球状结构（图3）。

　　图3 体外PCLA(pH值为4)（略）

　　3 讨论

　　3.1 材料结构对降解性质的影响 PCL均聚物的体外降解要有两个过程，第一阶段为无规水解过程，重量损失不明显；第二阶段为低聚物扩散离开PCL本体，可观察到明显的重量损失。文献报道，PCL降解时间较长，约需时1～2年，PLA降解时间短于PCL。PLA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。故笔者采用PCL和PLA共聚物来缩短降解时间，以期达到临床应用。
　　
　　作为一种输尿管内置入材料，在体内尿液中完全降解掉，若需时1～2年，不适合临床工作需要；降解时间在数月内即较为适宜。作为输尿管支架材料，对强度要求没有骨科材料严格，两种单体共聚后，强度、韧性适中。PCL和PLA作为生物降解支架材料都具有良好的强度、生物降解性及可加工性能〔2〕。

　　3.2 浸泡液pH值对降解性质的影响 通过本实验可以看出，在体外模拟尿液环境下pH值为8时，共聚物降解最快，pH值为6时，降解率居中，pH值为4时，降解最为缓慢〔3～6〕，这是因为尿液中所含的NH+4的促进降解的作用。但即使pH值为8时，共聚物PCLA于4 w时生物降解率达到54.8%，电镜下改变，有渐近的降解趋势，但大体性状无明显变化。
　　
　　作为输尿管支架材料的聚合物，应用于生物体内尿液中，尿液不同于血浆、组织液、肌肉等体内环境，其pH值对材料的降解性是影响因素之一〔7〕。笔者设计的体外模拟尿液环境，选择pH值为4、6、8，即为更全面地了解此种材料在3种pH值条件下的降解规律，以便推测出在不同病人尿液环境中使用的降解规律。

　　3.3 失重率、降解率及电镜下改变 PCLA在（pH值=8）体外实验4 w时，生物降解率是54.80%，8 w时是64%，这表明0～4 w共聚物生物降解率上升最明显，4～8 w后分子量下降趋缓。聚合物在实验中，降解开始时分子量下降迅速，随后趋于缓慢，这和脂肪族降解规律是一致的。分子量的下降意味着高分子链断的断裂，即发生化学降解，而重量的损失则是材料开始被吸收的标志〔8〕。在本实验中，体外6 w时，PCLA在pH值为8的降解液中，分子量已下降到42.75%，而重量损失仅是14.19%，重量的损失滞后于分子量的损失〔9〕，这表明共聚物的降解过程是属于酯键断裂的本体水解范围。
　　
　　PLA降解速率快于PCL，非晶区的组分首先降解，故而PCLA降解性快于单纯PCL。文献报道，PCL降解时间约需1～2年，在本实验中，体外实验8 w PCLA的生物降率已达到约50%左右。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。
　　
　　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水解过程。
　　
　　共聚物的降解是从较快的组分开始的，而且结晶区降解速度慢于非结晶区降解速度，亲水组分降解快于非亲水组分，这说明将两种或两种以上具有不同降解速率的单体进行共聚后，通过调节共聚物的组成，可以达到调节共聚物生物降解速率的目的。

　　3.4 输尿管支架材料的临床应用 用生物降解输尿管支架替代目前临床上常用的非降解性支架，置于输尿管病变区，在保持输尿管的完整性、保证尿流通过的同时还可以作为输尿管再生支架，在可吸收支架管周围将形成新的具有原来输尿管形态和功能的输尿管，达到修复和重建的目的，避免了后期手术取出，较传统的输尿管支架具有明显的优越性，日益受到人们的重视。本实验即在于寻求一种降解性输尿管支架，替代目前常用的非降解性输尿管支架。
　　
　　PCLA是临床工作中有希望的输尿管替代材料，但应了解共聚物降解时间不宜延长，而且可满足临床工作需要。
　　
　　对于泌尿外科输尿管支架材料，形态的完整和重量的损失，应在4 w之内变化不大，而4 w之后变化较为明显为适宜。PCL明显的重量损失应在6～8 w之后，其大体性状变化不明显，因此笔得认为以PCLA（30∶70）这种比率的材料，就其性状的改变而言，可以满足输尿管支架材料的要求，但其完全降解吸收时间长，可以通过调整聚合物的比例来缩短材料的降解周期，以探索出一种更为适宜的输尿管支架材料。

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