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酶的降解作用对生物支架材料的机械性能的影响

来源:   时间:2018-08-11
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采用补片的无张力疝修补术是20世纪末划时代的手术,被誉为20世纪疝修补手术的“里程碑”。

理想的腹壁缺损修补材料要有相当的机械张力,耐受感染,尽量减少切口疼痛、局部不适、切口感染、血清肿、肠粘连和腹壁肠漏等较难处理的后遗症发生,以免影响生活质量。

疝和腹壁外科使用修补材料的研究进展与学科发展密切相关。近年来,各类生物源性材料的疝修补片(biological mesh)不断涌现,由于其植入后不引起强烈的炎症反应,有可吸收、可降解的特点,且具有可观的抗拉伸强度及耐受感染能力,应用前景良好。

但是由于生物补片在体内会逐步降解,如果生物补片的降解快于宿主细胞浸润细胞外基质、细胞分裂、胶原沉着和新生血管形成,那么新形成组织的总体量和强度将不能充分达到腹壁修补的目的。

今天,我们选取了一篇美国国立卫生研究院于2013年发表的关于生物材料强度方面研究的文献进行解读。

美国国立卫生研究院,简称NIH,位于美国马里兰州贝塞斯达(Bethesda),是美国最高水平的医学与行为学研究机构,初创于1887年,任务是探索生命本质和行为学方面的基础知识。

注:由于水平有限,翻译中有错误之处,万望海涵。

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——植入的生物材料支架在促进自体组织重构的过程中必须能够发挥复杂的平衡酶的降解作用。本研究是为了在体外评估酶对生物支架机械性能的影响。一般的设想认为,在含有酶的溶液作用下,生物支架的拉伸强度会降低,而经过交联的支架材料比没有交联的支架材料更能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。先将每种材料的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,而同样的情况在体内也会有相同的存在,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(其他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有提升预期。

关键词——Hernia repair; Biologic mesh; Tensile strength; Enzymes; Matrix metalloproteinases; Strain

人工合成材料的补片广泛应用于疝修复及泌尿妇科应用领域,如聚丙烯,膨体聚四氟乙烯等。然而,合成材料作为永久性植入材料会产生慢性炎症反应,而且无法被宿主重塑。生物材料近来作为合成材料的替代品出现,其主要由不同的动物或人体的细胞外基质构成,来源包括表皮,心包,小肠粘膜。

这些生物材料的特性取决于来源的物种以及部位,也和处理方式有关。所有的生物补片都会经过初始的脱细胞处理,而有些后期进行了化学交联剂处理。交联剂的处理使得材料内细胞基外蛋白纤维之间产生连接,从而增加了材料的强度,以避免在体内胶原酶和白明胶酶的作用下材料过快的强度损失。

采用生物材料的优势是它含有的细胞外基质包含胶原、弹性纤维、生长因子以及其他的成分可以促进组织在修复部位重塑。生物材料可以被逐渐降解后被新的含有血管的宿主自体组织替代。最终,长期以后宿主体内将不会存在植入材料,因此将最大限度的减少慢性炎症反应。生物材料的另外一个优势是它可以用于需要尽快血管化和避免细菌长入的创伤部位。

尽管有很多优势,生物材料也存在一些问题,例如相比合成材料成本过高,有些材料过早降解使得修复失效等。对酶的降解作用有一定的抵御作用是非常关键的,因为修补的伤口部位往往酶的含量较高,例如炎症细胞和中性粒细胞产生的间质金属蛋白酶(MMPs)。生物材料必须在修复的过程中,在复杂的抵御降解和提升细胞的附着、新组织沉积及生成血管方面取得平衡。

MMPs在伤口愈合和组织重塑的过程中会对细胞外基质中的胶原及弹性蛋白有分解作用。MMPs包含胶原酶及白明胶酶,例如MMP-1,-2,-8及-9。胶原酶MMP-1,-8通常在在愈合的伤口中可以被检测到,MMP-1由成纤维细胞产生,可以降解III型胶原蛋白,而MMP-8由嗜中性粒细胞产生,可以降解I型胶原蛋白。白明胶酶,例如MMP-2及MMP-9也是分别由成纤维细胞和嗜中性粒细胞产生,可以降解胶原及弹性蛋白。生物材料由细胞外基质构成,主要成分是I型及III型胶原蛋白,以及一些弹性蛋白,生长因子和其他一些生物活性成分。

由于MMPs中的胶原酶及白明胶酶在体内对生物材料的降解其主要作用,我们选取了一个复合胶原酶(Sigma#C0130)进行了本文如下的实验。这个复合酶包含了胶原酶以及其他与降解胶原有关的蛋白酶。这种蛋白酶和胶原酶的综合作用使组织发生重塑,文中将采用这样的复合酶进行实验。

生物材料已经发展出很多潜在应用,如疝修补及乳房重建,不同部位的植入需要不同的生物材料特性。这些生物材料经过脱细胞、交联、灭菌等工艺,成为可以作为长期修补的材料植入人体。本文的研究就是评价酶的降解作用对不同生物材料性能的影响。通过考察不同来源经过不同交联处理的生物材料,我们评价了交联及其他处理条件对材料抵抗酶降解作用的特性,看材料是否能保持其强度的完整性。普遍认为,在复合酶溶液中浸泡的材料经过一段时间后其强度会下降。即使对于同一来源的从生物材料,相比于没有经过交联处理的材料,经过交联处理的材料可以更加有效抵抗酶的降解作用,从而保持其初始强度。

在酶的作用下,识别出什么样的变化会影响材料性能的改变,这样就可以让外科医生在不同的应用下选取合适的生物材料。一些如疝修补及乳房重建的应用需要生物材料在相对长时间内保持其初始强度。另外一些如表皮修复及预防切口疝的材料就可以允许早期损失一些强度。对不同材料抵抗酶解 深入对比也可以增加外科医生对材料降解速度差异的理解,尤其是破评估伤口环境MMPs水平提升情况下的应用风险。

材料及方法

所评估的材料

本文评估了九种生物材料(猪皮: Permacol, CollaMend, Strattice, XenMatrix;人皮: AlloMax, FlexHD;牛心包:Veritas, PeriGuard;猪小肠粘膜: Surgisis)。其中三个是经过交联的材料: Permacol, CollaMend,PeriGuard;表1给出了每一种材料的处理情况,以往的文献中有他它们的处理细节。

样品准备

每种材料准备了60个样品(n=60)。单向拉伸的标准试样为“狗骨头”形状,宽25px,长150px,中部变细的部位为10px宽,37.5px长(尺寸根据ASTM标准#D638-03制备),如图1所示。制备样品时采用了一个不锈钢的样品模板,利用手术刀进行裁剪,以保证样品的一致性。

机械性能评估

如前述文章提及,先将每种材料各10片放入37 °C 的盐水中充分浸泡(约2小时)。这些材料作为没有酶的作用的的“零时间”基线样本,代表植入前材料的机械性能。再将每种材料的10个样本放入37 °C的0.1M缓冲液中(PH7.4),其中包含0.05M的CaCl2和,20U/mL胶原酶,在浸泡的各个时间点取出进行机械性能评测(2, 6, 12, 24, 30 h)。胶原酶酶溶液的浓度及浸泡时间的选择来自未发表的基础研究数据,与实际临床应用并无对应关系。

在每个时间点,取出样品,除去多余的溶液,然后进行单向拉伸测试。

拉伸应力的计算是通过拉力(单位N)除以样品的横截面积(mm2)得到的,横截面积是中间段的宽度(10px)和材料厚度的乘积。材料厚度是通过激光测量,应变是通过样品拉伸时长度变化除以样品原始长度获得。简单地说,应变是样品在拉伸试验中的变形程度。最后,弹性模量(杨氏模量)是应力和应变的比,它代表了材料的弹性,即抵抗变形的能力。

材料受到酶的降解作用后,其受拉强度,应变,及模量都应该发生剧烈变化,机械性能下降。由于胶原酶分解了材料胶原结构中的细胞外基质,所以其受拉强度会降低,相比基线材料,受酶作用后的材料在更小的变形下就会被拉断,而且更容易变形伸长(杨氏模量更小)。交联处理增加了胶原之间的连接,所以材料的初始强度更高,弹性模量更大,相比没有交联的材料更不容易变形。而且我们相信经过交联的材料更能有效抵抗酶的降解作用,随作用时间的增加,经过交联的材料的机械性能改变更小。

统计分析

统计p值设定为p<0.05,采用Systat软件进行单变量分析。

结果

样品很少在中间以外的区域被破坏,遇到这样的情况,实验结果直接被剔除,不计入统计。图2,3,4中,带星号标注就是只有9个样品的统计结果。

另外,有些样品在经历一段时间酶溶液作用后已经被降解到无法正常完成拉伸测试的程度,这种情况下,强度计为0MPa,但应变和弹性模量无法计算。

所有Permacol和PeriGuard的样品在所有酶解时间后都获得了正常数据,多数 CollaMend,Strattice,FlexHD样品获得了正常数据,而 XenMatrix, AlloMax,Veritas,Surgisis 在长时间酶溶液作用后无已经法完成强度测试。因此,图2,3,4中不适用(N/A)表示无法计算应变和弹性模量数值,因为此时,材料已经被酶解到无法完成机械性能测试的程度。

拉伸应力(MPa) 

图2给出了拉伸强度的测试数据。最大拉伸强度是受试样品破坏前承受的最终拉伸载荷。在酶溶液作用30小时以后,CollaMend, AlloMax, Veritas, Strattice, XenMatrix, Permacol, and FlexHD 拉伸强度都发生了明显降低,而PeriGuard的拉伸强度还有一些提升, Surgisis无明显变化。经过交联的牛心包材料(Peri-Guard)在酶溶液作用的任何时间段都比未交联的牛心包材料(Veritas)的强度高。同样地,经过交联的猪皮(Permacol)相比没有交联的猪皮材料(Strattice 和 XenMatrix)也有相同的特性。

在进行了最大拉伸强度测试后,这些生物材料就按照来源类型和是否交联进行分类分析。

其中一种交联的猪皮(Permacol)在任何酶溶液作用时间段其强度不但明显大于没有交联的猪皮(Strattice 和 XenMatrix),而且明显大于其他交联的猪皮(CollaMend)。

另一种交联的猪皮(CollaMend)显示了某种混合结果,特别是长时间酶溶液作用以后。在初始状态下,CollaMend比没有交联的Strattice强度明显要差,然而在酶溶液作用后的所有时间段,CollaMend和Strattice都显示了非常类似的强度。

CollaMend和XenMatrix在酶溶液作用之前拉伸强度类似,然而 CollaMend在酶溶液分别作用2,6,12小时后比XenMatrix在相同时间作用下的强度都要高。它们在酶溶液作用24及30小时后的强度基本相同。

两个没有交联的猪皮材料(Strattice和 XenMatrix)在酶溶液作用之前的强度基本一致。而在酶溶液作用2,6,12小时后,Strattice的强度要明显好于XenMatrix。而作用24及30小时后,它们的强度又基本一致。

两种没有交联的人皮材料显示了不同来源材料的显著区别。初始状态下AlloMax比FlexHD的强度明显要强,而酶溶液作用后的所有时间段FlexHD的强度显著强于AlloMax。

对牛心包材料来说,交联材料(PeriGuard)初始有很高的强度,而且在酶溶液作用的所有时间段都保持了很高的强度。没有交联的牛心包材料((Veritas)却没有这样的特性。

应变(%)

图3给出了应变测试的结果。简单地说,应变就是材料在拉伸强度测试中的拉伸变形程度的度量。经过酶溶液作用30小时以后,Permacol, AlloMax, FlexHD, PeriGuard,Surgisis的材料应变都没有变化,而Strattice和CollaMend的应变显著减小。

我们分析了不同种类的材料应变特性随酶溶液作用时间的变化,而且也对同种材料是否交联的情况进行了对比。

经过交联的猪皮材料(Permacol)初始应变小于未经交联的猪皮材料(Strattice和 XenMatrix)。然而经过酶溶液作用后,它们的应变差异消除,例外情况是12小时后,Permacol的应变比XenMatrix要大。

另一种经过交联的猪皮材料(CollaMend)的应变特性在初始状态下和没有交联的猪皮材料(Strattice和 XenMatrix)相似,酶溶液作用2小时以后,CollaMend显示出应变大于其他两种材料,而6小时后它们之间的应变差异减小,12小时后CollaMend的应变又要大于其他两种材料。

对比两种交联的猪皮材料我们发现,在初始状态及酶溶液作用早期,Permacol的应变小于 CollaMend,酶溶液作用一段时间后,差异减小。两种未交联的猪皮材料(Strattice和 XenMatrix)在应变特性上没有显著差异。比较两种未经交联的人皮材料(FlexHD和AlloMax),它们在初始状态下,应变基本一致,然而在酶溶液作用2,6,12小时后, FlexHD的应变明显大于AlloMax。

牛心包材料的应变水平基本没有显著差异。交联的牛心包材料(PeriGuard)有更低的应变基线。然而,酶溶液作用2小时和6小时以后,这两种材料的差别就不大了。

弹性模量

图4显示了材料弹性模量的结果。弹性模量是材料弹性特征,它表示材料抵抗变形的特性。在酶溶液作30小时后,CollaMend, XenMatrix, AlloMax, FlexHD, PeriGuard, Veritas, Surgisis的弹性模量没有发生显著变化,而 Permacol和 Strattice的弹性模量明显减小。

我们来看看根据材料来源和是否交联进行分类比较的结果。

经过交联的猪皮材料Pernacol,其弹性模量在任何时间段都明显大于没有交联(Strattice和XenMatrix)和另一种交联(CollaMend)的猪皮材料。CollaMend和未交联的两种猪皮材料(Strattice和XenMatrix)在所有时间段的弹性模量基本一致,除了在6小时作用后CollaMend的弹性模量比XenMatrix明显要大。类似地,两种未经交联的猪皮材料(Strattice和XenMatrix)的弹性模量基本一致,除了6小时作用后Strattice的弹性模量比XenMatrix明显要大。

比较两种未经交联的人皮材料可以看出,FlexHD的初始弹性模量明显小于 AlloMax。而2,6,12小时的酶溶液作用后,FlexHD的弹性模量就大于 AlloMax了。

对牛心包材料来说,交联的材料(PeriGuard)初始弹性模量及所有酶溶液作用时间段的弹性模量都要大于未交联的材料(Veritas)。

讨论

越来越多的生物材料应用于不同的植入领域,全面了解它们在潜在应用中(如疝修补)的特性非常关键。处理这些材料的工艺过程如脱细胞、交联、灭菌等对于植入材料的远期修补效果都产生重要的作用。脱细胞的过程就是用化学方法或利用酶的作用使生物材料里面的细胞溶解,然后把溶解后的杂质去除。不同来源的材料需要不同的脱细胞的方法,各个材料生产厂家用他们各自独特的工艺完成这一过程,所以很难评估原始纤维材料的性能是否受到脱细胞工艺的影响。交联是生物材料处理中额外的一步,通过交联可以增加胶原纤维之间的链接,从而提高材料其拉伸强度和酶解的抵御作用。与脱细胞类似,交联工艺也是通过不同的化学媒介完成,如碳二亚胺,戊二醛,六亚甲基二异氰酸酯。通常灭菌是生物材料处理的最后一步。一般采用乙醇、射线、环氧乙烷、电子束等方式灭菌。在这三个工艺步骤中,只有交联被设计用来改变材料的初始特性。然而,在其他工艺中,可能在脱细胞或灭菌过程中发生材料脱水或发生意外的交联,最终也可能影响材料的特性。

除了不同的处理工艺之外(脱细胞、交联、灭菌),不同生物来源(人、猪、牛)不同组织(表皮、心包、小肠粘膜)不同解剖位置(背部、手臂、腿部)的材料也都会因为其生理功能不同体现出不同的初始材料特性。这些不同加上后期处理工艺的特异性,使得很难区分什么因素对材料最后的性能起决定性作用。由于影响因素众多,我们选择通过材料力学性能的变化来评估酶解对材料的影响。评估相同来源(例如猪皮)不同交联状态的材料,其他的处理工艺条件如脱细胞灭菌就需要非常明确。由此,我们希望确定除了交联之外其他处理体条件是否会影响酶解对材料保持力学性能的效果。也希望确认不同的交联剂对相同来源的材料(如猪皮)抵抗酶解并保持力学性能的作用。

材料被降解从而失去机械性能的完整性导致其拉伸强度、应变及弹性模量随酶解时间的显著损失。由于胶原酶对材料中胶原结构细胞外基质的分解,我们直观地就可以理解为材料的强度下降,相比于基线材料在一定拉伸变形下更容易破坏(应变更小),而且更容易变形(弹性模量更小)。交联可以使材料中产生更多的内部结构连接。因此相比于未交联的材料,交联过的材料初始强度更高,应变和弹性模量更小。而且其抵抗酶解的作用也更强,表现为随时间的推移,其力学性能变化更少。材料能够在酶的作用下长时间保持其初始力学性能对需要长期修复的部位(如疝修复)有特别的优势,特别是这些部位的酶水平会预期提升。

开始我们评价了四种猪皮材料材料,包含两种交联的材料(Permacol 和 CollaMend)以及两种未交联的材料(Strattice 和 XenMatrix)。由于四种材料来源相同,对比的变量相对受到限制。对两种未交联的材料,唯一潜在的差异就是它们的脱细胞和灭菌工艺。这两种材料都是采用电子束灭菌,所以实验中观察到它们的差异性就应该仅来源于它们脱细胞工艺的差异,这些复杂的工艺涉及到材料生产厂家的技术专利从而并没有明确。

交联猪皮材料(Permacol 和 CollaMend)的处理工艺差异更加复杂,首先在于它们采用的交联剂不同。而且它们的脱细胞工艺(专利保密)和灭菌工艺(射线和环氧乙烷灭菌)都存在差异。因此这两种材料的性能差异可能来源于上述的任何工艺差异。

从初始力学性能来看,交联的猪皮材料Permacol是所有材料里强度最高的,而且随着酶解时间的推移,其强度在所有时间段(2,6,12,24,30小时后)都保持了最高的状态。Permacol随酶解时间增加虽然体现了少量的强度损失,但由于其初始强度很高,使得它的强度并没有在任何酶解时间段小于其他材料。而且Permacol的应变和弹性模量水平也一直保持很小的变化,显示了其对酶解的抵抗作用使得其整体力学性能变化不大。

另一种交联的猪皮材料(CollaMend)其初始强度比Permacol要小很多,它和两种未交联的猪皮材料(Strattice和XenMatrix)初始强度相当。然而,随着酶解作用时间的推移,Strattice和XenMatrix的强度损失明显,而CollaMend直到24及30小时之前基本能够维持其初始强度。应变的对比更加明显,30小时酶解作用后两种未交联的猪皮材料应变性能显著下降。他们的弹性模量基本维持不变。经过交联的CollaMend材料由于有更多的内部纤维连接,有效抵抗了酶解作用。然而,同样经过交联的Permacol材料的出色表现表明它采用的特有的交联剂和脱细胞或灭菌工艺使得它在抵抗酶解保持力学性能方面更加突出。

Strattice和XenMatrix的初始强度相似,但酶解后损失严重。而Strattice表现要好于XenMatrix,XenMatrix在酶作用12小时后就无法得到有效的载荷数据,Strattic可以顺利完成30小时酶解后的测试。这表明虽然都未经交联处理,材料抵抗酶解作用的能力也是不同的。重申一下,这两种材料的区别仅仅是脱细胞工艺的差别。这样的差别导致其在长时间酶的作用下保持了初始力学性能,也可能是脱细胞的过程中无意发生了特定性交联作用。两种材料在30小时酶解作用后的应变性能都显著减小了,表明没有交联的猪皮材料的拉伸变形能力都下降了。XenMatrix的弹性模量基本维持不变,而Strattice在30小时酶解作用后弹性模量显著下降。但是要注意到,Strattice的初始弹性模量要大于XenMatrix。因此,经过一段时间作用后,即使 Strattice的弹性模量有显著下降,也比XenMatrix要大。这个结论也符合强度测试结果,表明Strattice在处理工艺中的某些方面使得在保持力学性能上优于XenMatrix。

同样来评价一下两种未经交联的人皮材料(FlexHD及AlloMax)。由于人皮材料不需要最后的灭菌工艺,两种材料处理工艺的差异仅局限于脱细胞流程。FlexHD采用了乙醇和过氧乙酸溶液,而AlloMax采用了低剂量射线处理。然而,由于来源于人体,材料也会存在其他的一些差异,如年龄性别体表指数吸烟史糖尿病史及其他并发症,还有皮肤部位(背部,手臂,下肢等)的不同。人体皮肤特性一定会随着取材来源的不同而有差异,如年轻人和老人,健康和肥胖糖尿病人等等都会不同,同样一个人,也会因部位不同,如背部和腿部的皮肤,而发生不差异。这些差异对外科医生来说如果需要进行材料对比就会非常困难,也无法因这些不同改变手术中材料的使用方式。

虽然AlloMax的初始强度是FlexHD的两倍,但在酶解作用下很短的时间内(2小时6小时)就发生严重损失,而且在24小时和30小时作用后由于强度损失过大而变得不可测量。而FlexHD的强度能够有效保持,表明由于处理工艺的不同使得其可以有效抵抗酶解的作用。当然,如上所述,材料来源的不同造成的差异也不应被忽视。除此之外,FlexHD的应变性能和弹性模量在酶解作用初期(2,6,12小时)都大于AlloMax。

由此评估了两种牛心包材料(Veritas 和 PeriGuard)。PeriGuard经过了戊二醛交联处理,而Veritas没有经过交联处理。Veritas的灭菌工艺是电子束,而PeriGuard采用乙醇和环氧丙烷进行处理。两种材料来源于同一家制造厂商,而且动物种类及部位来源相同,虽然由于专利保密未公开,但可以认为其脱细胞工艺一致。由此两种材料的区别仅仅是戊二醛的交联处理以及潜在的灭菌工艺不同造成的影响。

PeriGuard初始强度比Veritas远高,而且在酶解作用30小时以后强度、应变性能及弹性模量都保持的很好。而Veritas在酶解作用初始阶段就明显损失了强度,在6,12,24,30小时作用的时间段几乎无法有效评估其力学性能。实验结果表明,戊二醛的交联作用可以有效抵抗酶解造成的材料力学性能的损失。

Surgisis是评价的第九种材料。它是目前市场上用于疝修补唯一来源于猪小肠粘膜的生物材料。这种材料未经交联,脱细胞工艺未公开。该材料在酶解的所有作用时间段,其强度应变及弹性模量都没有发生明显变化。然而其初始力学性能较弱,三个指标都很低,是所有材料中最差的。Surgisis在酶解作用6,12,24及30小时以后,都完全被降解。结果表明,这样的材料在酶水平提升的部位不适用于临床修补。

这些实验结果表明,交联的处理可以有效增加生物材料对酶解的抵抗作用,并使材料保持其初始力学性能水平。这一点在交联的牛心包((PeriGuard)和猪皮材料((Permacol)上尤其明显。它们不但初始力学性能比未经交联的同种来源材料要好,在酶解作用的各个时间段也表现出了更优异的力学性能。然而,这一点不能推广至所有交联和未交联材料的广泛对比。在未交联的材料比中,不同来源不用部位的材料也显示了抵抗酶解的不同性能,而且对同样来源的材料,脱细胞工艺的不同也会导致这样的性能差异。

虽然结果很能说明问题,但也存在一些限制。

首先是体外实验模拟的是体内极限的条件,不可能考虑体内所有的复杂情况,特别是因人而异的患者伤口愈合情况。

其次,采用20U/mL的胶原酶浓度和体内酶的浓度的对应关系还缺乏相关证据。这个条件仅来源于一些基础研究实验数据,并不代表任何实际临床情况条件。

第三,仅仅考虑酶解对材料的作用不符合体内患者细胞长入及其他细胞外基质蛋白结构的影响。在体内,植入材料的降解和新组织的沉积同时发生,体外实验很难模拟这样的过程。另一方面,应该对材料进行双向拉伸测试而不仅仅做单向拉伸测试。会在今后的实验中进行在人体腹壁的环境条件下进行材料的双向性能测试。

第四,材料样品切割时并未考虑其方向。由于生物材料有特定的纤维方向,使得其性能有指向性。由于经过处理后这样的指向性减弱而且不容易被测量出来,所以在实验中没有对材料的应力方向性的不同加以区分。

最后,所有材料都准备了60个测试样本,并未对材料本身的来源差别加以区分。材料的纤维方向性和来源于相同部位不同个体也会造成力学性能差异。如果不考虑以上这些差异,本文的研究结果可以作为医生在手术室选择不同生物材料的依据。

总之,本研究给出了不同生物材料由于其来源和处理工艺的不同对其力学性能造成差异的第一手测试数据,有助于我们理解哪些材料在伤口环境酶的水平提高的条件下有被降解的风险。

结论

在体外酶解作用下很快失效的生物材料在体内环境下也会很快破坏,尤其是在伤口愈合处酶的水平有明显提升。本研究证实了 Permacol, CollaMend, Strattice, FlexHD, PeriGuard 在酶解作用下维持了最长的时间周期(30小时)且保持了一定的力学性能。而 XenMatrix, AlloMax, Veritas,和Surgisis在酶的作用下很快降解。