关于聚丙交酯/乙交酯胆道支架的体外降解规律及力学特性

【摘要】 目的：评价5种不同摩尔比的聚丙交酯/乙交酯（PLGA）胆道支架在体外人胆汁中的降解规律及其径向支撑力的变化规律. 方法：取5种比例（90L/10G， 80L/20G， 70L/30G， 60L/40G， 50L/50G）的PLGA支架各32个，每一比例分成8组，分别浸泡于装有新鲜人胆汁的试管中并置于37℃恒温震荡器. 每周观察支架的大体形态，测量其质量和径向支撑力，扫描电镜观察支架表面形态. 结果：①支架的降解时间随丙交酯含量的减少而缩短，其降解高峰依次为35~42 d， 28~35 d，21~28 d，14~18 d和8~15 d；②支架的径向支撑力随丙交酯含量的减少而降低，其能够在胆道中维持支撑的时间分别为5，4，3，2和1 wk. 结论：PLGA材料具有可调节的生物降解性和良好的力学特性，适宜制成胆道支架.
【关键词】 聚丙交酯 生物降解 力学特性 胆道支架
　　0引言
　　胆道支架广泛应用于不同的胆道手术中，解除胆道梗阻，保持胆汁引流通畅，在防治胆道良恶性狭窄中起到了重要作用. 目前使用的胆道支架包括塑料支架和金属支架，两者都存在一些由于材料本身引起的缺陷. 丙交酯/乙交酯共聚物［Poly(lacticcoglycolic acid)， PLGA］是一种具有良好生物相容性的可吸收材料. 大量的文献表明：PLGA材料在骨科、口腔科、泌尿外科等领域有着广阔的应用前景［1-4］，但将其应用于胆道方面的研究较少. 本实验将自制的不同比例的PLGA支架置于体外人胆汁中，观察其降解规律和支撑性能的变化，探讨其临床应用的可行性.
　　1材料和方法
　　1.1PLGA支架的制备将Mr为104的不同摩尔比的PLGA材料溶于二氯甲烷中配成溶液，然后浇铸于环形模具中，室温挥发至干燥后，脱膜裁剪即得. 支架长1.2 cm，外径0.6 cm，厚度0.1 cm. 经真空干燥、称质量、环氧乙烷熏蒸消毒后备用.
　　1.2支架的分组和处理取5种比例（90L/10G， 80L/20G， 70L/30G， 60L/40G， 50L/50G）的PLGA支架各32个，分别分成8组，每组4个. 将各支架独立浸泡于装有10 mL新鲜人体胆汁的平底试管内，并置于恒温震荡器中，调节温度至37℃，摇动速度恒定，胆汁每天更换1次. 浸泡后1，2，3，4，5，6，7和8 wk分别取出第1~8组中的试件，蒸馏水洗涤后25℃恒温箱干燥24 h.
　　1.3观察和测量①大体形态、色泽及完整性；②扫描电镜观察：取降解前，降解1，3和5 wk的PLGA(90L/10G)支架各1个，低电流喷金后扫描电镜观察支架表面形态；③测量支架干质量并计算残质量率：实验前试件的原始质量为初质量，每一时间点的试件的质量为残质量，残质量率=残质量/初质量×100%；④测量支架的径向支撑力：支架充分扩张后置于相同直径带有弧形槽的测力双块内，支架和测力块均涂抹润滑液以减少相互之间的摩擦力. 在测力块上方逐次加载合适的砝码使上下测力块刚好接触，计算出支架的径向支撑力.
　　统计学处理：应用SPSS 13.0统计软件进行数据处理，支架残质量率和径向支撑力采用x±s表示.
　　2结果
　　2.1PLGA支架的大体形态变化①五种比例的PLGA支架的大体形态变化遵循同一规律：外形保持完整→质地变软→支架表面粗糙，出现裂痕→管壁塌陷→支架破碎为大块，并进一步解离为小碎片→支架完全降解. ②五组支架的降解时间随丙交酯含量的减少而缩短，其管壁塌陷的时间依次为第6，第5，第4，第3和第2周，2 wk后解离为小碎片，降解高峰依次为35~42 d， 28~35 d， 21~28 d， 14~18 d和8~15 d. ③扫描电镜观察(图1~4).
　　图1降解前：材料呈清晰的三维立体网状空隙结构SEM ×1000
　　图2降解1 wk后：材料表面受侵蚀，网状结构减少，孔洞局灶性连接成片状SEM ×1000图3降解3 wk后：材料表面受侵蚀现象加重，空隙逐渐消失，网状结构进一步减少，聚合物融合成大片状SEM ×1000
　　图4降解5 wk后：材料空隙、网状结构完全消失，呈不定型均质状SEM ×1000
　　2.2质量变化情况各种比例的PLGA支架的质量损失随时间的延长逐渐加快，且乙交酯所占比例越大，支架的质量损失速度越快. 90L/10G， 80L/20G和70L/30G的支架第1周质量损失不明显，自第2周起逐渐加快，分别于第6， 5， 4周降至初始质量的50%. 60L/40G和50L/50G的支架第1周质量损失就很明显(≥10%)，随后逐渐加快，第3周即降至初始质量的50%(图5).
　　图5各组支架残质量率的变化(n=4， x±s)
　　2.3径向支撑力变化情况不同比例PLGA支架的初始径向支撑力不同，随丙交酯含量的增多，支撑性能逐渐增强. 随着降解的进行，各组支撑力的变化呈一逐渐下降趋势. 当支架的管腔塌陷时，其径向支撑力立即衰减为0(图6).
　　图6各组支架径向支撑力的变化(n=4， x±s)
　　3讨论
　　PLGA是采用高新化工技术，将丙交酯和乙交酯按一定配比共聚所得到的新型高聚物材料［5］. Chepurov等［6］将自增强PLGA(SRPLGA)支架用于39位膀胱下梗阻的患者，效果良好，使其免受外分流的痛苦，降低了感染等并发症的发生. 国内学者通过动物实验亦证实PLGA输尿管支架具有良好的生物相容性和理想的支撑性能［7］.然而，将PLGA材料制成支架用于胆道支撑方面的研究较少，理论尚未形成体系.
　　影响PLGA降解的因素较多，包括丙交酯和乙交酯在共聚物中的组成比例、分子质量、孔隙率、温度和pH值等［8］. 其中丙交酯和乙交酯的共聚比例是影响PLGA降解的最重要的因素. 乳酸较乙醇酸亲水性差，因此富含丙交酯的PLGA共聚物的亲水性较富含乙交酯的共聚物的亲水性要差，结晶度高吸水少而降解速度慢. 通过改变两者的组成比例，可有效调控共聚物的降解时间. 本研究中，5组支架的降解时间随丙交酯含量的减少而缩短，其降解高峰依次为35~42 d，28~35 d，21~8 d，14~18 d和8~15 d，符合上述规律. 虽然5种比例的PLGA支架的降解时间不尽相同，但均经历了同一形态变化过程（如结果1所描述），电镜结果清晰地显示出材料网状空隙结构逐渐受侵蚀的过程. 　　本研究结果表明，5种比例的PLGA支架的质量衰减速度随丙交酯含量的减少而加快，与大体形态变化规律相一致. 其质量衰减为初始质量的50%的时间依次为第6，5，4，3周. 各组支架本身的质量变化也存在一定的规律，即：质量损失随时间的延长逐渐加快. 其原因为：PLGA分子链受水解作用而被随机切断，首先引起分子质量而非质量的变化，只有当水解产物小到足以能游离出聚合物基体，才会发生明显的质量损耗，所以早期材料质量损耗较慢，而后期则明显加快.
　　径向支撑力是支架对径向外压的抗力或支架对作用于其外力的应变力，此特性决定支架能否牢固贴附于胆管壁并发挥足够的支撑作用，是支架最重要的技术指标之一，直接影响其临床应用前景. 本研究应用自制的带有弧形槽的测力双块测量支架的径向支撑力，方法简便易行. Toouli［9］经内镜置入测压管测定正常人清醒状态下胆总管内压为1.20~2.27 kPa. 本研究结果表明，5种比例的PLGA支架的支撑力随丙交酯含量的减少而降低，其能够在胆道中维持支撑的时间分别为5，4，3，2和1 wk，再经过3 wk解离为小碎片，可随流动的胆汁排出体外. 目前，临床上胆总管探查术后T管的拔除时间一般为2 wk，对于营养较差或老年患者，拔除时间应酌情延长. 根据本实验的结果，我们认为90L/10G， 80L/20G和70L/30G的PLGA支架均能满足T管拔除的时间要求，有望替代T管. 张凯等［10］报道80L/20G的PLGA支架在胆汁中的降解高峰为17~18 d，较本实验的降解时间短，其主要原因为PLGA材料的相对分子质量不同，前者小于5万，而后者为10万.
　　以上数据结果表明，PLGA制成的胆道支架可用于胆道术后需要短期胆道支撑和引流的情况.能否达到预期效果，尚需进一步在动物体内实验加以证实.

参考文献

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［10］ 张凯， 刘铜军， 景遐斌， 等. 聚乳酸/羟基乙酸胆总管支架在体外胆汁中的降解［J］. 吉林大学学报(医学版)， 2005， 31(6): 909-911.转贴于