骨科學的發展與材料學的發展息息相關，從各種類型的金屬釘、板的研制，到可吸收材料的研發，近年來骨科內植物相關研究獲得了長足發展。可吸收材料在人體內能自行降解，不需二次手術取出，減輕了病人痛苦。本文就人工合成可吸收高分子材料在骨科的應用研究進展綜述如下。

　　[關鍵詞] 高分子材料;可吸收;骨科;研究進展

　　1 脂肪族聚酯

　　在骨科可吸收高分子材料的研究中，脂肪族聚酯 的相關研究較多、應用較早而廣泛，包括聚乙交酯、聚 丙交酯、聚己內酯、聚對二氧環己酮等。

　　1.1 聚乙交酯(PolyglycolicAcid，PGA)

　　1.1.1 材料特點

　　PGA 也稱 為 聚 乙 醇 酸，是 一 種 最 簡單的脂肪聚酯，在人體中 PGA 水解為甘氨酸，最終 形成二氧 化 碳 和 水，經 尿 液 排 出 體 外。通 常 PGA 在 1～2個月內力學性能降低，在6～12個月內質量丟失。 PGA 已經成功應用于 臨 床，但 存 在 排 異 反 應、繼 發 感 染以及強度低、固定易失效等問題。

　　1.1.2 骨科應用

　　1)手術刀口(傷口)縫合線：由于其 成纖性優良，PGA 最早用于制作可吸收縫合線。

　　2)骨組織工程實驗研究：基于優良的力學性能、生 物活性、可降解性，PGA 廣泛應用于組織工程支架研 究，作為藥物載體，用于治療骨結核、骨質疏松等慢性 疾病，以及修復骨及軟骨缺損[1-6]。 3)骨折內固定器的實驗及臨床研究：很久以來，大 量的文 獻 報 道，用 PGA 制 作 的 可 吸 收 螺 紋 釘、棒、板 等內固定系統，成功用于非(低)承重骨骨折治療。

　　1.2 聚丙交酯(PolylacticAcid，PLA)

　　1.2.1 化學結構特點

　　聚丙交酯也稱為聚乳酸。與 PGA相比，PLA有一個甲基，親水性、結晶度較低，降解 速率更大。PLA 有兩種異構體、四種不同形態的聚合物，即 PLLA;PDLA;D，L-PLA;meso-PLA。PLA 具 有 良好的生 物 相 容 性、可 降 解 性、力 學 性 能 和 抗 沖 擊 強 度[7-9]。

　　1.2.2 骨科應用

　　1)手術刀口(傷口)縫合線：PLLA 和 PDLA 是半結 晶 狀 高 分 子，機 械 強 度 好，很 早 即 成 功用于制作縫合線。 2)骨組織工 程 實 驗 研 究：近 三 年 來，PLA 作 為 一 種公認的良好載體，在骨折愈合和骨缺損修復[10-14]、坐 骨神經損傷[3，15-16]、骨 結 核[1，17-18]、骨 腫 瘤[19]等 的 研 究 方面，均獲得長足發展。

　　3)骨折內固定：聚左旋丙交酯具有較高的拉伸彈性 模量、拉伸強度，適用于醫用承重材料，是研制骨折內固 定器的首選可吸收材料[20-26]，例如，芬蘭 Bioretec公司 生產的可生物降解釘、棒，日本 Gunze公 司 生 產 的“剛 子”可生物降解夾板及螺釘，成都迪康公司及長春圣博 瑪公司生產的可生物降解骨折內固定釘、板系統。 4)3D打印材料[27-29]：PLA 是一種環保材料，在印 刷過程中不會產生氣味，模型不易卷邊，適合于臺式熔 融沉積打印的外科建模應用。

　　1.3 聚己內酯(Polycaprolactone，PCL)

　　1.3.1 材料 特 點

　　PCL 是一種半結晶線性聚酯，由 相對便宜的單體ε-己內酯(ε-CL)直接通過開環聚合得 到。PCL 的 可 加 工 性 好，易 溶 于 很 多 有 機 溶 劑，具 有 較低的 Tm(55～60℃)和 Tg(60℃)。PCL的拉伸強 度很低(23 MPa)，斷裂伸長率 很 高(700%)。PCL 在 人體內的降解周期約為2～3年。

　　1.3.2 骨科 應 用

　　PCL 降 解 過 程 緩 慢，作 為 藥 物 控 釋載藥系統，已經獲得美國 FDA 的批準。近三年來， PCL在骨組織工程研究方面的報道較多，如皮膚創面 修復、神 經 纖 維 修 復、血 管 修 復 或 再 造 等。PCL 常 被 用來與羥 基 磷 灰 石[30-31]、磷 酸 鈣[32-33]、殼 聚 糖[30，33-34]、 聚乳酸[10]、聚乙二醇[35]等構成復合骨組織支架，從而 改善 PCL支架的表面親水性，提升骨支架的生物相容 性、細胞增殖活性。

　　1.4 聚對二氧環己酮(Polydioxanone，PDO)

　　1.4.1 材 料 特 點

　　PDO 又 稱 聚 對 二 氧 六 環 酮 (PDS)，是由對二氧環己酮開環聚合成的高分子聚合 物，其大分子鏈上含有醚鍵，有非常好的柔韌性;其纖 維強度較高，在體內的降解時間較長，適宜制成各種規 格的單絲縫合線和高質量的醫用纖維。

　　1.4.2 骨科應用

　　PDO在骨科的應用較早，作為骨折 內固定物，PDO 產品的強度能支持非負重部位骨折的 內固定(如顱骨)。1970年70年代，美國的PDO縫合線 即已成功應用于臨床。PDO縫合線的一個重要特點是 表面摩擦力小，易于穿過組織。但其缺點是形狀記憶特 性，總是保持卷曲的形狀，因而打結困難且易開結。近3 年來，研究熱點主要集中在整形美容領域[36-37]。

　　2 聚酰胺(Polyamide，PA)

　　聚酰胺具有良好的韌性、耐熱性、耐磨性、加工成 型性，近年來在骨內固定物及藥物載體等方面的應用 研究較多。

　　2.1 材料特點

　　PA 結構類似膠原，接近于人體骨骼，具有良好的 抗凝性、穩定性和生物相容性。在 PA 的分子鏈上，酰 胺基團相隔一定的長度亞甲基團重復分布，亞甲基團 相當于酰胺基的釋放劑。這種結構特點決定了 PA 的 許多優良特 性：韌 性、耐 熱 性、耐 磨 性、耐 化 學 腐 蝕 性 好，拉伸強度高，冷拉伸時易取向，加工成型性能好。

　　2.2 骨科應用

　　2.2.1 骨組織工程實驗研究

　　1)骨內固定物[38-39]; 2)藥物載體[40]。 2.2.2 臨床應用 目前，可吸收聚酰胺椎間融合器已 成功應用于頸椎[41-43]、胸椎、腰椎椎體間融合[44-49]，治 療頸 椎 病[41-43]、胸 腰 椎 結 核[44-45]和 化 膿 性 骨 髓 炎[46]、 腰椎退行性疾病[48-49]。

　　3 聚氨酯(Polyurethane，PU)

　　聚氨酯的生物降解可人為調控，目前在骨科的應 用主要集中 在 骨 組 織 工 程 研 究 領 域，用 于 促 進 骨、血 管、皮膚等組織再生以及感染創面修復。

　　3.1 材料特點

　　PU 是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化 合物。優點有：質地柔軟，透氣性、生物相容性好，具有 可滅菌、無黏附性、無過敏性、無細胞毒性等特點。通過 調節聚酯多元醇的組成，聚氨酯生物降解性可在很大范 圍人為調控，是最受歡迎的醫用生物材料之一[50]。

　　3.2 骨科應用

　　目前PU 在骨科的應用主要集中在骨組織工程研 究領域，負載羥基磷灰石[51]、成骨細胞[52]、骨髓間充質 干細胞[53]、抗菌素[54]等，以及血管支架、皮膚支架替代 品[55-57]。電紡PU 纖維直徑達到納米級后，比表面積很高，藥物承載能力隨之顯 著提高，是 良 好 的 傷 口 敷 料[57]。

　　4 聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol，PVA)

　　聚乙烯醇具有良好的生物降解性，但其生產原料 不可再生，因而發展受到限制。近年來的研究報道主 要集中在組織工程領域，用于骨缺損修復及骨細胞 生長。

　　4.1 材料特點

　　PVA 是常用的合成可吸收高分子材料，具有良好 的生物相 容 性 和 親 水 性，無 細 胞 毒 性[58]。PVA 水 解 作用可高達89%～99%，易形成水凝膠[59]，常與其它 聚合物復合以改善物理和生物性能。PVA-天然 聚 合 物混合水凝膠可提高 PVA 水凝膠的吸水性和半滲透 性，尤其是與殼聚糖及其衍生物、葡聚糖等混合后，還 能顯著提高其生物活性[60]。PVA 的生產原料不可再 生，因而其發展受到限制。

　　4.2 骨科應用

　　近幾年關于 PVA 復合支架的報道較多，如：凹凸 棒石/Ⅰ型 膠 原/聚乙烯醇復合支架材料[61]、鹿 角 粉/ 聚乙 烯 醇 支 架[62]、同 軸 電 紡 P3HB4HB/聚 乙 烯 醇 復 合支架[63]、細菌納米纖維素/復合管[64]羥基磷灰石/絲 素蛋白-聚乙烯醇復合材料[65]，等等。

　　5 聚乙二醇(PolyethyleneGlycol，PEG)

　　聚乙二醇常用于改善其他聚合物的理化性質，如 改善組織工程支架的性能，作為藥物載體，用于修復創 面、治療骨質疏松、惡性腫瘤等。

　　5.1 材料特點

　　PEG由羥基末端和聚醚主鏈組成，其分子鏈的耐 熱性、柔順性好，可制備高溶脹性水凝膠，常用于改善其 他聚合物的理化性質，如機械強度、柔韌性和延伸性等。

　　5.2 骨科應用

　　5.2.1 改善組織工 程

　　支 架 性 能 例 如，聚 己 內 酯-聚 乙二醇-聚己內酯靜電紡絲支架具有良好的理化性能、 生物 學 性 能 與 成 骨 性 能[39]、包 裹 羅 哌 卡 因 的 聚 乙 二 醇/聚乳酸微球具有良好的動物體內緩釋性能與組織 相容性[17]。

　　5.2.2 修復皮膚創面

　　PEG 的生物相容性好，能 抗 蛋白質吸附和抗酶促反應，可負載生長因子，直接填充 在創 面 缺 損 部 位。常 見 的 PEG 水 凝 膠 復 合 物 包 括： PEG-硫酸改性 HA 原位凝膠，可遞送和維持脂肪肝細 胞活力達3周[66];星形聚乙二醇(starPEG)-脫硫肝素 衍生物水凝膠，可 控 釋 VEGF，有 抗 凝 血 活 性[67];star PEG-肝 素 水 凝 膠，可 控 釋 IL-4 長 達 2 周[68];star PEG-GAG 肝素的衍 生 物 水 凝 膠，能 有 效 清 除 創 面 滲 出液中的炎癥趨化因子[69];PEG、原硅酸四甲酯、殼聚 糖、葡萄糖制成的水凝膠玻璃復合物，可 控 釋 一 氧 化氮[70]。因此，PEG 水凝膠復合物適用于各種骨科皮膚 創面的治療。

　　5.2.3 治療骨質疏松癥

　　郗艷麗等[71]的實驗研究表 明，利用 PEG 修飾制得的齊墩果酸脂質體，粒徑小、包 封率高，對大鼠骨質疏松的改善有一定效果，可用于骨 質疏松癥的治療。

　　5.2.4 治療骨組織惡性腫瘤

　　近3年來，PEG 藥 物 載體治療骨組織惡性腫瘤的報道較多。吳林波等[72]、 黃真 等[73]、李 惠 平 等[74]、蔡 智 慧 等[75]的 研 究 結 果 表 明，PEG 化重組人粒細胞刺激因子，在 臨 床 使 用 中 具 有良好的安全性和耐受性，對于骨肉瘤化療后白細胞 減少，有明顯的抑制作用，強于單純應用人粒細胞刺激 因子。宋振國等[76]的研究結果表明，臨床應用異環磷 酰胺、順鉑、PEG 脂質體多柔比星方案聯合手術治療 骨肉瘤療效確切、不良反應較輕。

　　6 聚磷腈(Polyphosphazenes)

　　聚磷腈的化學結構“易變”，通過側基和取代基，可 以調控其藥物載體的定向識別、藥物釋放速率，改變藥 物作用時間，但是聚磷腈的合成技術和中間體的穩定 存放有一定 的 難 度，是今后研究中需要解決的問 題。 近年來，聚磷腈在藥物控釋載體以及組織工程等方面 的研究報道較多。

　　6.1 材料特點

　　聚磷腈是一族由氮磷原子以交替的單鍵、雙鍵構 成主鏈的高分子，其主鏈兩側很容易引入不同的功能 集團，通過側鏈衍生化引入性能各異的有機基團，可以 得到理化性質變化范圍很廣的高分子材料。聚磷腈側 鏈集團的親、疏水性設計，導致不同的降解速率和緩釋 特性[77]。

　　通過側基種類及多種取代基取代比例的控 制，可以調控聚磷腈藥物控釋載體的定向識別、藥物釋 放速率，改變藥物作用時間。然而，聚磷腈的合成技術 和中間體的穩定存放有一定的難度，是今后研究中需 要解決的問題。

　　6.2 骨科應用

　　6.2.1 藥物控釋載體

　　由于聚磷腈獨特的結構及其 側基多樣性，聚磷腈在藥物控制釋放載體方面具有很 大的應用前景[78]，可以在骨結核、骨髓炎、骨腫瘤等骨 科慢性病、疑難雜癥的治療中發揮重要作用。

　　6.2.2 骨組織工程研究

　　任博等[79]的動物實驗結果 顯示，應用不同氨基酸取代比例設計的聚磷腈微球具 有良好的生物相容性，微球表面利于細胞粘附，其搭載 生長因子的緩釋功能在體外實驗中得到初步驗證，尤 其時間調控緩釋在組織工程支架材料改性、構建等研 究中具有良好前景。

　　7 聚氨基酸(PolyaminoAcid)

　　聚氨基酸在裂解過程中釋放出天然氨基酸組分，降解產物無毒性，是其優點。但目前研究主要停留在 實驗階段，真正應用于臨床的還比較少。近年來報道 較多的是作 為 組 織 工 程 支 架，用 于 治 療 骨 缺 損、骨 結 核、骨腫瘤、深靜脈血栓等。

　　7.1 材料特點 聚氨基酸優點是：1)由多種氨基酸可制備得到一 系列均聚物和共聚物，主鏈兩側基團提供了藥物交聯 劑，用于調節其性能的懸浮基團結合位點。2)聚氨基 酸主鏈裂解過程中釋放出天然氨基酸組分，降解產物 無毒性。聚氨基酸作為藥物控釋材料的實驗研究目前 已經相當深入，但真正應用于臨床的還比較少，要達到 工業化大批量生產，需要一系列復雜的制造工藝，并非 依靠單純的實驗室參數就能實現。

　　7.2 骨科應用

　　近三年來，在骨科組織工程實驗研究領域，關于聚氨基酸的報道集中在以下幾個方面。

　　7.2.1 骨缺損

　　可注射聚氨基酸/硫酸鈣復合骨水泥 能在體內完全降解，在修復椎體骨缺損時表現出較單 純硫酸鈣骨水泥有更好的成骨活性[80]。

　　7.2.2 骨結核

　　王騫等[81]的研究表明，在兔脊柱結 核模型病椎缺損處植入載三聯抗癆藥硫酸鈣/聚氨基 酸人工緩釋 材 料 后，3 種抗癆藥物均可持續、緩 慢 釋 放，局部藥物濃度及持續時間均高于全身血液中的濃 度和持續時間。

　　7.2.3 骨腫瘤

　　張靜等[82]設計并合成了一種具有腫 瘤靶向及電荷翻轉功能的聚氨基酸前體藥物，該前藥 在弱酸條件下具有電荷翻轉的能力，在木瓜蛋白酶的 作用下具有較高的藥物釋放效率。

　　7.2.4 抗凝

　　路德待等[83]制備了一種具有抗凝血活 性的磺 酸 酯 化 聚(L-酪 氨 酸-co-L-谷 氨 酸)(PTG-SO_ 3)，具有良好的生物降解性、低細胞毒性、良好的抗凝 血性能和血液相容性。該聚合物有望應用于骨科常見 并發癥-深靜脈血栓及致死性肺栓塞的防治。

　　醫藥論文投稿刊物：中國醫藥工業是我國醫藥工業領域內歷史最長的技術刊物，重點報道我國醫藥工業生產和科技的成果和經驗，及時介紹國際上制藥新技術發展新動向，為提高生產科技水平和促進醫藥工業發展服務。讀者對象為醫藥、生物技術、化工等行業的生產、科研、教學、臨床、經營管理人員。本刊在國際上入選CA、BA和AA等著名檢索系統，在CA上的收摘率在我國醫藥期刊中位于前列。

　　綜上所述，近年來，在骨科領域，可吸收高分子材 料的應用范圍包括：刀口(傷口)縫合線、內固定器具、 椎間融合器、人工血管、神經導管、防組織粘連隔離膜、 藥物(生物活性物質)緩釋載體等等。其中，脂肪族聚 酯最早被 FDA 批準應用于臨床，相關研究廣泛、應用 最多。脂肪族聚酯具有良好的生物相容性和降解性， 其降解機制為“本體溶蝕”，降解模式的特征為內外同 時、隨機進行，作為藥物控釋材料，對藥物的釋放速度 不易控制。

　　除了上述的脂肪族聚酯以及聚酰胺、聚氨 酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚磷腈、聚氨基酸以外，還有 聚酸酐、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚磷酸酯等“表面溶蝕” 材料，其降解速度可控，無突釋效應，尤其適用于藥物 控釋載體，對 一 些 慢 性、難 治 性 傷 病，如 骨 髓 炎、骨 結核、骨腫瘤等，有值得期待的應用前景。 隨著材料學、生物學、醫學的交叉融合發展，可吸 收醫用高分子材料的研究和應用發展迅速。一方面， 相關的基礎研究十分活躍;另一方面，部分產品已經應 用或即將應用于臨床。未來10～20年將是可吸收醫 用高分子材料從基礎到轉化應用的關鍵發展階段[84]。

　　參考文獻

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　　作者：聶真1 隋顯玉2 李晏樂2 聶偉志2△