医用高分子材料进展

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1、医用高分子材料进展内容提要：医用高分子材料是现代医疗健康领域不可或缺的材料之一，在组织器官修复与替代、医学成像与诊断、药物剂型与传输、医疗耗材与器械等领域发挥着重要的作用。本文简述了医用高分子材料的分类和发展历程，并着重介绍了医用高分子材料在组织工程/再生医学和药物缓控释系统领域的研究进展及其发展趋势。关键词：医用高分子组织工程再生医学药物载体药物控释1.概述高分子是一类相对分子质量很高的化合物。它不仅是现代社会的三大材料之一，更是构成生命体的物质基础。动植物中的纤维、蛋白质、多糖、DNA等都是天然的有机高分子。高分子材料因拥有优异的可

2、加工性，稳定的理化性质，可调的力学性能以及与天然高分子相近的化学结构、组成和性能等特性，己被广泛应用于人工器官、组织工程和再生医学、体内外诊断、药物缓控释和医疗器械等医学应用领域。这类应用于医学领域的高分子材料，统称为医用高分子材料，也可称为生物医用高分子材料。根据来源不同，医用高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，其中合成高分子材料还可细分为可降解（可吸收）合成高分子材料和不可降解合成高分子材料（表1）[1-6]。现代意义上的医用高分子材料可追溯到上世纪30〜40年代，随着高分子学科的兴起和医疗水平的进步，一些外科医生

3、利用当时己商品化的高分子材料（如有机玻璃PMMA、尼龙、聚乙烯等）制作手术缝合线或医用植入物，并成功应用于临床民疗［7,8］。进入50年代，得益于有机硅聚合物在医学领域的广泛应用，人工器官诸如人工尿道、人工血管、人工关节、人工心脏瓣膜等被相继开发并试用于临床［1］。然而，早期的医用高分子材料并不是专门为医学应用而设计的。20世纪60年代开始，人们开始根据医学应用的实际需求，针对性地设计和开发了一系列更具生物相容性的医用高分子材料及其产品，并催生了基于医学、材料学、化学和物理学等多学科交叉的"生物工程学〃［4］。进入70〜80年代，人们不

4、再满足于"惰性〃的医用高分子材料，进一步发展了生物可降解（可吸收）高分子材料，如聚酸酐、聚原酸酯、聚氨基酸等［9］。20世纪90年代，随着组织工程/再生医学概念的提出，以及纳米药物载体的发展需求，涌现出大量的新型医用高分子材料。这些医用高分子材料不仅兼具良好的生物可降解性和优异的生物相容性，还具备了调控细胞黏附、诱导细胞增殖分化、启动机体再生等"生物活性〃，以及生物环境刺激响应性靶向、组装、细胞膜穿透、细胞内药物控释等"智能性〃［3,10,11］。本文将着重评述这些"生物活性〃和"智能性〃医用高分子材料在组织工程/再生医学和药物缓控释系

5、统领域的研究现状及其发展趋势。1.医用高分子材料用于组织工程和再生医学组织器官损伤是人类最常见的灾难性疾病之一。目前，常用的医疗手段包括器官移植、手术重建和体外机械辅助治疗（如肾透析）。然而，由于移植器官供体的短缺，手术秉建存在的后遗症以及体外机械辅助治疗的局限制，损伤组织器官的修复和功能重建仍是一个极具挑战性的难题。为此，在上世纪90年代初，来自MIT的Langer等人首先提出"组织工程〃概念一一"利用工程学和生命科学原理制造具有生物活性的组织或器官替代物用于修复或替代病变组织器官，从而保持甚至增强其功能〃［12］。从那时起，开发生物

6、可降解高分子支架用于支撑细胞黏附和生长就成为了组织工程领域研宄的核心和重点。经过近20多年的发展，组织工程支架材料不仅能够为细胞生长的提供支撑，还要能与细胞相互作用，诱导细胞迁移、增殖和定向分化，甚至需要具有调节细胞生长的微环境的功能，比如释放生长因子，传递信号因子，抑制炎症等等［13-15］。这也为医用高分子材料的设计、制备和加工带来新的机遇和挑战。目前为止，常用的医用高分子材料主要有天然高分子（胶原、壳聚糖、明胶、透明质酸、海藻酸盐等）和可降解合成高分子（PLA、PGA、PLGA、PCL等）两大类，可用于制作固体或半固体（水凝胶）组

7、织工程支架。基于医用高分子材料的三维组织工程固体支架主要有多孔支架，纤维支架和微球支架三大类（图1）［13,14］。其中，多孔支架是研宄最多的固体组织工程支架，主要应用于骨和软骨组织工程，常用的制备方法有粒子致孔法、热诱导相分离法和气体发泡法等［16］。近年来，3D打印技术由于能够实现快速而精确的个性化定制，以及同时实现对微观结构的精确调控，在多孔支架的研发中受到Y越来越多的关注，匕被成功应用于制备多孔组织工程胆管和心血管［17］。纤维支架的常用制备技术有电纺丝、相分离和自组装，主要应用于组织工程皮肤和血管［18］。微球支架是近年来发展

8、起来的新兴支架，具有制备简单、形状可调以及强大的药物携载和缓释能力等优点［14］。微球支架可以进一步烧结成三维多孔支架，也可以直接注射到缺损部位，对组织进行填补和修复。除了上述构造的差异，组织工程支架的应用