聚乳酸类生物材料的生物相容性研究概述汇总.docx

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聚乳酸类生物材料的生物相容性研究概述汇总

生物医学工程与临床2013年7月第17卷第4期BME＆ClinMed,July2013,Vol．17,No.4

聚乳酸[poly（lacticacid），PLA]因无毒、无刺激性和良好的生物相容性等特点，近年来广泛应用于医用缝合线[1，2]、药物释放系统[3，4]和组织工程材料[5，6]等生物医学领域，是美国食品药物管理局批准用于人体的聚酯类化合物[7]。

但PLA具有亲水性弱和韧性差等缺点，因而科研人员进行了大量的改性研究。

国际标准组织ISO10993和国家标准GB/T16886规定：

生物材料在原料、生产和应用等任何方面稍有改动，均要重新进行生物相容性评价，从而确保患者的生命安全。

因此，生物相容性评价研究在生物材料领域具有十分重要的意义。

笔者概述近年来国内外对PLA类生物材料在细胞相容性、血液相容性和组织相容性等方面所进行的生物相容性研究，汇集被该领域学者广泛采用并接受的技术指标、实验方法和评价体系，论述PLA类生物材料的生物相容性研究中存在的问题，并对该领域的发展趋势与方向进行展望。

希望PLA类生物材料的生物相容性评价体系尽快得到完善和发展。

1

细胞相容性研究

1.1

细胞形态学实验

细胞形态学实验是通过观察细胞生长和贴壁的形态来评价材料表面是否适合细胞生长，它与定量毒性测定之间具有良好的正相关性。

判断材料的细胞相容性时，两种方法的Pearson相关系数达到0.9[8]。

华琨等[9]将小鼠成纤维细胞（L-929）接种于聚丁二酸丁二醇酯/聚乳酸[poly（butylenesuccinate）/poly（lacticacid），PBS/PLA]表面，5d后大量成纤维细胞黏附在PBS/PLA表面，细胞伸展良好，呈梭形或扁星形，表明PBS/PLA对L-929基本没有毒性。

HasanMS等[10]将骨肉瘤细胞（MG63）接种于磷酸盐玻璃光纤增强的聚乳酸[phosphateglassfibrereinforcedpoly（lactic

acid），PGF-PLA]表面，1d细胞伸出伪足，7d观察到

多层细胞，说明PGF-PLA适合MG63的生长黏附。

杨利剑等[11]制备了聚乳酸/硫酸软骨素/壳聚糖[poly（D，

L-lacticacid）/chondroitinsulfate/chitosan，PDLLA/CS/CHS]，接种雪旺细胞（Schwanncells，SCs），培养7d后SCs黏附于PDLLA/CS/CHS表面，成双极或三极突起，且突起相互交织，表明PDLLA/CS/CHS有利于SCs的黏附和增殖。

1.2

细胞毒性实验

四甲基偶氮唑盐（methylthiazolyterrazdiumsalt，

MTT）比色法是定量测定细胞毒性的首选方法之一[12]，相对生长率（relativegrowthrate，RGR）反映了材料的细胞毒性：

一般认为，RGR>75%的生物材料对细胞

没有毒性影响。

杨春瑜等[13]在改性羟基磷灰石/聚乳酸[octadecylt-

richlorosilanemodifiedhydroxyapatite/poly（L-lacticac-

Reviewonprogressofresearchonbiocompatibilityofthebiomaterialscontainingpoly（lacticacidSHENXin,SUFeng（CollegeofChemicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266042,Shandong,ChinaCorrespondingauthor:

SUFeng.E-mail:

qdkdsufeng@

聚乳酸类生物材料的生物相容性研究概述

沈

鑫，宿

烽

摘要：

聚乳酸是广泛应用于生物医学领域的生物材料，随着改性聚乳酸生物材料的大量出现，对其生物相容性的研究

越来越成为关注热点。

文章概述近年来国内外对聚乳酸类生物材料在细胞相容性、血液相容性和组织相容性等方面所进行的生物相容性研究，汇集被该领域学者普遍采用并接受的技术指标、实验方法和评价体系，论述聚乳酸类生物材料的生物相容性研究中存在的问题，并对该领域的发展趋势与方向进行展望。

希望聚乳酸类生物材料的生物相容性评价体系尽快得到完善和发展。

关键词：

聚乳酸；生物材料；生物相容性中图分类号：

R318.08文章编号：

1009－7090（2013）04－0402－04

·综述·

文献标识码：

A作者单位：

青岛科技大学化工学院，山东青岛266042收稿日期：

2013-02-14；修回日期：

2013-04-20

作者简介：

沈鑫（1987-），男，安徽蚌埠市人，硕士研究生，主要从事生物材料的生物相容性研究。

E-mail：

shenxin212@。

通讯作者：

宿烽（1965-），女，山东青岛市人，博士，副教授，硕导，主要从事生物材料的生物相容性研究。

E-mail:

qdkdsufeng@。

审校者：

汤顺清（暨南大学生物医学工程研究所，广东广州510632）版权C保护，不得翻录。

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id），OTS-HA/PLLA]表面滴加骨髓间充质干细胞（bon-emesenchymalstemcells，BMSCs）培养，BMSCs在OT-S-HA/PLLA表面的增殖能力随时间的增长而增加，OTS-HA/PLLA对BMSCs的生长无不良影响。

MaHB等[14]将聚乳酸/羟基磷灰石/氧化石墨烯[poly（lacticac-id）/hydroxyapatite/grapheneoxide，PLA/HA/GO]与成骨细胞悬液（MC3T3-E1）共培养，PLA/HA/GO表面的成

骨细胞生长率明显高于对照组PLA，表明PLA/HA/

GO更适于成骨细胞黏附增殖。

HeZQ等[15]制备了含牛骨的聚L-丙交酯[poly（L-lacticacid）containingbo-vinebone，PLLA/bovinebone]，将培养液稀释后体积分

数100%、50%和25%的PLLA/bovinebone浸提液分别与鼠成纤维细胞共培养，RGR分别为117.1%、

113.6%、107.8%，细胞毒性水平均为0级，说明PLL-A/bovinebone对鼠成纤维细胞没有毒性影响。

LeeHY等[16]将间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSCs）

滴加在PLA新型多孔支架表面进行培养，MSCs在多孔支架上连续生长，表现出良好的细胞活性，表明

PLA支架支持MSCs的生长和增殖。

1.3

细胞增殖实验

细胞增殖实验是将细胞以一定浓度直接接种在材料表面，定量观察细胞在材料表面的生长黏附，从而反映两者的相容状况。

WangDK等[17]将Lewis鼠牙周成纤维细胞与聚

乳酸-聚乙二醇-聚乳酸[poly（lacticacid）-poly（ethyl-

eneglycol）-poly（lacticacid），PLA-PEG-PLA]共培养，

成纤维细胞数量随时间不断增加，且5d时数量显著高于1d和3d（P<0.001），表明PLA-PEG-PLA支持牙周成纤维细胞的黏附增殖。

DuanLJ等[18]在聚L，L-乳酸赖氨酸[poly（L，L-lacticacid-co-lysine），PLAL]表面接种1×106/cm2的L-929，2d后黏附在PLAL的

L-929数量达到1.86×106/cm2，表明L-929能够在PLAL良好的黏附增殖。

朱久进等[19]在环糊精修饰聚乳酸基材料[β-cyclodextrinmodifiedpoly（D，L-lacticacid），PLA-β-CD]表面滴加Wistar大鼠成骨细胞悬液，培养2d内PLA-β-CD表面的细胞增殖率达到38.5%并持续到第6天，说明成骨细胞在PLA-β-CD上具有较大的增殖活力，PLA-β-CD适合成骨细胞的

黏附生长。

YinYX等[20]将SCs接种于聚精氨酸甘氨酸天冬氨酸/聚D，L-乳酸/神经生长因子[poly（argini-

ne-glycine-aspartate）/poly（D，L-lacticacid）/nervegr-owthfactor，PRGD/PDLLA/NGF]表面培养后，黏附在PRGD/PDLLA/NGF的SCs数量远多于PDLLA，表明SCs能够在PRGD/PDLLA/NGF更好地生长增殖。

2

血液相容性研究

2.1

溶血率实验

溶血率实验能灵敏快速地反映材料对红细胞的

影响[21]，所以被广泛用作初步筛选实验，医用PLA类生物材料的溶血率应≤5%[22]。

LiJ等[23]将羟基磷灰石/聚L-丙交酯[graftedhydr-oxyapatite/poly（lacticacid），g-HA/PLA]与稀释抗凝新西兰兔血接触后没有发生溶血，其中g-HA在g-HA/PLA为5%、10%、20%时，溶血率分别为2.05%、1.87%、1.66%，表明g-HA/PLA不易引起溶血。

YangJ等[24]合成的聚L-乳酸-三亚甲基碳酸酯[poly（L-lacticacid）-trimethylenecarbonate，PLLA-TMC]和聚D，L-乳酸-三亚甲基碳酸酯（poly（D，L-lacticacid-trimethylenecarbonate，PDLLA-TMC）对稀释兔ACD血液的溶血率都远低于5%，说明它们都有良好的血液相容性。

ZhangZ等[25]制得的聚ε-己内酯丙交酯-聚

乙二醇-聚ε-己内酯丙交酯[poly（ε-caprolactone-co-

lactide）-poly（ethyleneglycol）-poly（ε-caprolactone-co-lactide），PCLA-PEG-PCLA]对兔血液的溶血率<1%，表明PCLA-PEG-PCLA没有溶血作用。

2.2血小板黏附实验

ISO10993-4推荐，对于所有与血液接触材料，

都要考虑其对血小板的影响。

材料和血液接触后，其表面血小板黏附与变形的情况，可反映材料对凝血的影响程度。

LiuH等[26]将结合硫酸化丝素的聚丙交酯乙交酯[sulfatedsilkfibroincovalentlyimmobilizedpoly（lact-ic-co-glycolicacid），S-PLGA]与富含血小板血浆温育

后，S-PLGA血小板吸附少，激活程度低，表明S-PL-

GA具有优良的抗凝血性。

SharkawiT等[27]将共价结合肝素的聚D，L-乳酸[heparinmodifiedpoly（D，L-lacticacid），PLA-HEP]与血小板悬液接触后，PLA-HEP表面黏附的血小板比对照组PLA少，且无明显伪足伸

出，显示血小板不易黏附于PLA-HEP。

ChenY等[28]将载姜黄素聚乳酸[poly（lacticacid）/curcumin，PLA/Cur-

cumin]与新鲜抗凝人血接触后，血小板的吸附、聚集

和激活较少，几乎没有伪足伸出，说明PLA/Curcumin不易引起凝血。

3

组织相容性研究

3.1

全身毒性实验

全身毒性是涉及整个生物体的毒性，全身毒性实

验是将PLA类生物材料一次或多次给予，在一定时

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间内观察动物有无不良反应。

国家标准推荐了国外比较成熟的实验方法。

向忠等[29]用聚乳酸/羟基磷灰石[poly（lacticacid）/

hydroxyapatite，PLA/HA]混悬液对小白鼠灌胃，2周内

小鼠情况良好，没有惊厥、瘫痪和死亡等现象，说明

PLA/HA对小鼠没有急性毒性作用。

GuoQK等[30]将聚D，L-丙交酯/三亚甲基碳酸酯[poly（trimethylenecarb-onate-co-D，L-lactide），PDLLA/TMC]皮下植入Wist-ar鼠背部，24h内Wistar鼠饮食、活动正常，无发热、

肿胀、出血等不良反应，7d后，伤口初步愈合，且没有死亡，表明PDLLA/TMC不会引起急性毒性作用。

TangLH等[31]将载万古霉素聚D，L-乳酸[vancomycin-poly（D，L-lacticacid），VCM-PDLLA]浸提液腹膜腔注射昆明鼠，72h内昆明鼠没有出现虚弱和腹泻等不良

症状，且体质量正常，显示VCM-PDLLA无急性全身毒性作用。

3.2体内植入实验

体内植入实验是生物材料对生物体发生作用的

最直接反应，是生物相容性评价中必不可少的一部分，也是目前通用的组织毒性评价内容。

国家标准推荐选用鼠或家兔等动物。

华琨等[32]将PBS/PLA皮下植入SD大鼠背部，12周内有急性炎症，12周后以局部慢性炎症为主，说明

PBS/PLA具有较好的组织相容性。

YuL等[33]将聚D，L-乳酸乙交酯-聚乙二醇-聚D，L-乳酸乙交酯[poly（D，L-lacticacid-co-glycolicacid）-poly（ethyleneglyc-ol）-poly（D，L-lacticacid-co-glycolicacid），PLGA-PE-G-PLGA]皮下注射SD大鼠，第1周浸润大量炎性细胞，2～3周后淋巴细胞显著减少且仅有少量巨噬细

胞，1个月后炎症反应基本消失，说明PLGA-PEG-P-

LGA组织相容。

ZhangZ等[34]制备了聚壳聚糖乳酸[po-ly（chitosan-lacticacid），PCLA]并将其皮下植入Wist-ar鼠，1周有炎性细胞浸润，4周时被纤维胶原包裹，第8周仅有少量的巨噬细胞，表明PCLA组织相容性

较好。

ZhouZH等[35]将聚L-丙交酯/生物活性玻璃[pol-

y（L-lacticacid）/bioactiveglass，PLLA/BG]植入新西兰白兔，1周后PLLA/BG周围浸润大量炎性细胞，4周后炎性细胞减少，12周后炎症消失，表明新西兰白兔

对PLLA/BG具有较好的适应性。

4研究展望

20世纪60、70年代，“Biomaterial”开始被广泛采

用，科学家确认影响移植结果的不是手术技术，而是植入材料的生物相容性[36]。

ISO10993和GB/T16886

只提供了研究内容和原则要求，缺少统一的评价指标和标准的实验方法，缺乏可操作性。

PLA类生物材料的生物相容性研究，需要根据具体情况和应用目的来选择和制定相应的评价实验。

目前PLA类生物材料的生物相容性研究主要在细胞、血液和组织等方面进行评价，缺少免疫体系方面的评价研究。

PLA类生物材料植入体内后形成的微环境，对人体内环境会产生一定的影响，与周围其他系统、组织之间也存在着复杂的相互作用，仍有待于研究学者的探索和发现。

PLA类生物材料植入人体后，浸出物或降解物不

仅直接作用于各种蛋白，还与细胞外基质接触，这对细胞器及细胞内环境等细胞层面上的作用，以及对人类基因表达调控等分子水平上的影响，都值得开展深入研究，这将对全面认识和深刻理解生物相容性起到积极作用。

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