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“自体重塑”与“材料降解” -- 论生物疝补片的强度

来源:   时间:2018-07-09
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成人疝一旦出现,是无法自愈的。唯一有效的治疗方法就是外科疝修补手术。手术中需要植入的修补材料称为补片,可以说补片材料的特性很大程度上决定了疝修补手术的术后恢复质量。

目前临床大量手术使用的是人工合成材料的补片。这些合成补片绝大部分是不可降解材料,其修补疝的原理是:在疝的缺损区域,形成以补片为中心的牢固的,类似疤痕的纤维组织复合体。采用人工材料进行疝修补虽然牢固度是解决了,但局部组织的弹性有所降低。如果疤痕样的纤维结缔组织形成过多的话,患者术后常会有绷紧感、牵拉感,并且长期有异物感。

近年来出现了一类非合成材料补片,材料来源于人体或动物的组织或器官,经过脱细胞脱基质、降低免疫源性、交联等工艺后加工制备成疝补片。由于是来自于生物体的天然材料,因此临床上也称为生物补片(Biological Mesh)。生物补片修补疝的原理是:植入后,宿主细胞浸润细胞外基质、细胞分裂、胶原沉积和新生血管形成,修补的区域实现了重塑再生,逐渐会形成与机体自身周围组织强度相似的新屏障,而植入材料最终被降解。

众所周知,个体之间重塑再生能力差异很大。某些患者使用生物补片修补后,可能由于重塑再生能力较差,导致在未重塑之前,植入材料就已经降解了。这时由于修补区域的自身组织尚未形成足够的强度,就会导致疝的复发。

如何在自体重建和材料降解两者之间取得平衡,是临床对于使用生物补片非常关心的问题。

 

 

这方面的临床随访数据不多,在此我们查找到了两篇有代表性的文献,分别是体外酶溶液实验以及动物植入对比实验,提供一些参考。

文献I:Afua H.Annor, Michael E. Tang, Chi Lun Pui etc.’Effect of enzymatic degradation on themechanical properties of biological scaffold materials’,Surg Endosc. 2012 October ; 26(10): 2767–2778.doi:10.1007/s00464-012-2277-5.

文章(摘要部分)翻译如下:

文章名:“酶的降解作用对生物支架材料的机械性能的影响”。

摘要

研究背景——植入的生物支架材料必须能在促进自体组织重塑以及抵御酶的降解之间取得平衡。本研究是通过体外实验,评估酶促降解对生物材料机械性能的影响。通常认为,在含有酶的溶液作用下,生物支架材料的拉伸强度会降低,而经过交联的支架材料比没有交联的支架材料能更有效地抵抗酶的降解作用。

研究方法——本研究评估了九种生物支架材料,四种来源于猪皮:Permacol,CollaMend,Strattice,XenMatrix;两种来源于人皮:AlloMax,FlexHD;两种来源于牛心包:Veritas,PeriGuard;一种来源于猪小肠粘膜:Surgisis。先将每种材料各10个样品,放在37℃的盐水中水合后进行了单向拉伸测试,以此作为材料性能对照基线。然后将50个样品分别泡入37℃胶原酶溶液,分别经过2,6,12,24,30小时后,进行单向拉伸测试(每10个样品一组,5个时间点取出,合计50个样品)。

结果——经过30小时候以后,CollaMend,AlloMax,Veritas,Strattice,XenMatrix,Permacol,FlexHD的拉伸强度明显降低,而PeriGuard的拉伸强度反而略有上升。经过交联的牛心包材料(PeriGuard)在任何时间节点的拉伸强度都比没有经过交联的牛心包材料(Veritas)要高。同样地,经过交联的猪皮(Permacol)比没有交联的猪皮(Strattice,XenMatrix)也显示出了相同的特性。

 

 

结论——材料在体外酶溶液中迅速退化同样在体内也会有相同的反应,特别是暴露在创伤的组织环境下,此处基质金属蛋白酶水平明显提高。Permacol,CollaMend,Strattice,FlexHD,PeriGuard经受了最长的30小时酶溶液的作用并且仍能完成机械性能测试(其它材料都已经退化变质了)。

XenMatrix,AlloMax,Veritas,Surgisis四种材料迅速退化变质,在最长的酶溶液作用后(30小时)已经不复存在。生物支架在体外胶原酶的作用下能保持强度,这对于需要长时间恢复的疝修补来说是非常有利的,因为修复部位酶的水平会提升。

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文献II:Corey RDeeken, PhD, Lora Melman,etc. ‘Histologic and Biomechanical Evaluation ofCrosslinked and Non-Crosslinked Biologic Meshes in a Porcine Model of VentralIncisional Hernia Repair’J Am Coll Surg. 2011 May ; 212(5): 880–888.doi:10.1016/j.jamcollsurg.2011.01.006.

文章(部分)翻译如下:

文章名:“在猪的腹壁切口疝修补术模型中交联、非交联生物材料的组织学和生物力学评价”

摘要

研究背景——本研究的目的是在猪的腹壁切口疝修补术模型中,对交联生物补片((Peri-Guard, Permacol)以及非交联生物补片(AlloDerm,Veritas)在植入后12个月时间内评价其生物力学性能和组织学重构特性评价。

研究设计——在48只Yucatan小猪的双侧腹壁制造切口疝,21天后,应用内置法进行修补。样品分别于置入后1个月,6个月,12个月取出,进行生物力学及组织学特性分析。取出的样品分别与未植入的样品及植入部位的腹壁组织进行生物力学性能对照。统计显著性水平由Fisher最小显著差检验后的方差分析确定。

结果——所有修补部位在1、6、12个月都呈现出相似的拉伸强度,不同材料之间没有显著性差异(所有病例P>0.05)。无论植入材料的初始强度如何,植入部位的猪腹壁组织在所有时间点没有呈现强度增加。在组织学上,相比于交联过的材料,未交联的材料呈现出更早期的细胞长入(P<0.01)、细胞外基质沉积(P<0.02)、补片支架降解(P<0.05)及新血管形成,而交联材料在植入12个月以后上述特性也都可呈现与非交联材料一致的结果。

结论——应用生物补片进行疝修补,局部拉伸强度不受材料初始强度及材料是否交联等特性影响。虽然经过交联的材料,在植入后短时间内其组织学特性如:细胞长入、新血管形成等组织学特性有所差异,但长时间以后这些差异基本消失。除了交联以外,材料来源的组织类型及处理条件等也会对这些差异造成影响。

从上述两篇文献中,我们可以了解到,生物材料经过“交联“处理后,可以获得更大的拉伸强度,并且能长久维持这个强度,大大降低在疝修补区域因材料强度降低太快而导致疝复发的概率。另外,交联后的生物材料,虽然延缓了宿主细胞长入、细胞外基质沉积、新血管形成等过程,但是长期来看同样能够取得与非交联材料一致的组织重塑效果。