可吸收甲壳素手术缝线的生物学功能和生物安全性研究

摘要

手术和外伤中组织的创伤不可避免,近两百年来,手术缝线一直是使用最广泛的创伤闭合和修复材料。随着二十世纪七十年代聚乙交酯(PGA)等合成高分子可吸收缝线的发展,可吸收手术缝线取得了巨大的商业成功,现今每年有13亿美元市场。典型的可吸收手术缝线与非吸收手术缝线相比,优势在于缝线完成创伤闭合和修复功能后可被机体降解吸收,减少了缝线材料长期保留造成的不必要的慢性组织炎症反应和机体排异反应,并免去了拆线的麻烦,降低了二次手术的风险。随着临床上手术缝合对缝线抗菌性、生物安全性和增益生理学功能等要求的日益增加,甲壳素(Chitin)和壳聚糖(Chitosan,CS)等天然高分子多糖类可吸收缝线受到广泛关注,成为研究的热点。甲壳素是一种天然高分子碱性多糖,具有良好的成纤维性、生物相容性、生物降解性、抗菌性、低免疫原性和促进创伤愈合等多种生理学特性,其对尿液、胆汁、胰液的耐受性高于其他常规高分子材料,具备成为优秀可吸收手术缝线的潜力。但甲壳素缝线在临床应用中存在降解时间较长、机械性质较差等问题。
　　本研究以甲壳素为原料,采用醋酐高氯酸体系,制备了酰化甲壳素(Acyl chitin,AC),并对其化学结构、理化性质和生物学性质进行了研究;采用传统的湿法纺丝工艺制备了酰化甲壳素纤维,并结合现代编织工艺,制备了一种新型可吸收多股单组分酰化甲壳素手术缝线(线径0.30~0.35 mm,USP2-0),并对缝线的机械性质进行了系统测定;对酰化甲壳素缝线的生物相容性和生物安全性进行了系统评价;以Vicryl? Plus抗菌薇乔可吸收手术缝线(USP2-0,Ethicon)为对照,在大鼠背部皮肤全层线性创口模型上进行功能性缝合,评价了酰化甲壳素缝线的愈创功能和应用于手术缝合的可行性;研究了酰化甲壳素纤维与人增生性瘢痕成纤维细胞(human keloid fibroblasts,HKFs)的交互作用,探索了缝线材料与瘢痕发生的关系。主要的实验结果如下:
　　(1) FTIR和XRD谱图表征了AC样品的化学结构,结合CHN元素分析,测定酰基接枝率接近2;AC样品的基本理化性质符合生物医用材料的质量标准;AC膜片的细胞毒性评级为1级,符合生物医用材料的要求;AC膜片在大鼠皮下组织150 d左右降解完全,在肌肉组织140 d左右降解完全,引起的组织炎症反应轻微,具备良好的组织相容性和体内降解性。
　　(2)可吸收 AC多股单组分手术缝线(USP2-0)的水分、灰分、吸水率、重金属含量、细菌内毒素含量等基本理化性质符合生物医用材料的质量标准;缝线机械性质测定结果显示,缝线的断裂抗张强度为13.42±1.13 N,断裂伸长率为16.77±2.67％,柔顺性和持结性良好,能够满足上皮、肌肉等组织缝合的力学要求;两周内缝线在大鼠皮下保留了63.0%的初始抗张强度,能够满足创伤初期对创口闭合的力学要求。
　　(3)AC缝线(USP2-0)的生物相容性和生物安全性评价结果显示:缝线无明显细胞毒性,皮内刺激反应极轻微,无明显的全身毒性反应,对血液系统无明显影响;缝线在大鼠肌肉中降解时间为42 d左右,引起的组织炎症反应较轻,具有良好的组织相容性和生物降解性。
　　(4)大鼠背部皮肤全层线性创口功能性缝合动物实验结果显示:AC缝线有良好的缝合预期,在愈合初期成功行使了皮肤创口闭合功能;AC缝线有效缩短了皮肤全层线性创口的愈合时间,提高了愈合率,组织炎症反应较轻,促进了皮肤附属器官再生和上皮化进程,胶原纤维的排列方向更接近于正常皮肤,形成较高的伤口抗张强度;AC缝线能促进转化生长因子β1(TGF-β1)的合成,促进成纤维细胞等各型功能细胞合成和羟脯氨酸(Hyp)分泌,促进创伤皮肤愈合。
　　(5)AC纤维能够显著抑制人瘢痕成纤维细胞的分裂增殖和贴附延伸,抑制细胞TGF-β1的表达水平,抑制细胞分裂增殖和胶原沉积,减少羟脯氨酸的分泌。
　　总之,本论文研究了一种新型可吸收多股单组分酰化甲壳素手术缝线的基本性质,评价了其生物安全性,并对其促进皮肤创伤愈合和减少瘢痕作用进行了初步研究,为今后该种缝线的临床应用提供了实验依据。

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第一章 文献综述

1可吸收手术缝线简介

2甲壳素基材料在手术缝线领域的应用

3皮肤创伤修复简介

4 选题背景和研究意义

第二章 酰化甲壳素缝线的制备及其性质研究

第一节 酰化甲壳素的合成及其性质研究

第二节 酰化甲壳素缝线的理化性质及其力学性质测试

第三章 酰化甲壳素缝线的生物安全性评价

1 材料与方法

2 实验结果

3 讨论

4 小结

第四章 酰化甲壳素缝线对皮肤创伤修复的研究

第一节 酰化甲壳素缝线皮肤全层线性创口缝合实验

第二节 酰化甲壳素缝线对人瘢痕成纤维细胞抑制作用的研究

参考文献

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