高分子材料的降解

药用高分子材料的降解人体是一个极其复杂的生理环境,存在着影响药用高分子材料性能的各种因素。药用高分子材料在生物体内的组织反应与材料本身的化学组成,高次结构以及表面特征等因素有关。生物稳定性好的材料长时间在体内埋植能形成一个稳定的结构状态,对生物体一般不会产生太大的影响,如聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)就属于这一类。但仍有相当多的聚合物处于代谢、呼吸、酶催化反应之中,很难保持原来的化学、物理、力学性能而产生降解。表3-1某些药用高分子材料埋植后的强度变化(时间为17个月后)材料抗拉强度/kgcm-2伸长率/%聚乙烯135.7(189.8)420(780)聚四氟乙烯201.5(207)320(250)尼龙365.6(653.9)140(550)硅橡胶65.4(66.8)800(800)聚己内酯80.0(280.0)0(-)聚乳酸0(360)0(-)再如,聚乙烯醇多孔海绵体修补材料会被人体结构组织侵入,出现钙沉积变硬;硅橡胶心脏瓣膜小球会被体内的类酯(如胆固醇)溶胀变性。外消旋聚乳酸一般在不到半年的时间被机体完全降解、吸收,聚己内酯则需要3年甚至更长时间。由此可见,生物降解、老化问题实际上是生理组织对材料的作用问题,生理环境之所以会对植入材料产生重大影响,其原因大致有三:1.由于生理体液主要是水解反应所引起的材料降解、交联或相变,从而导致材料性能改变。2.由于形成自由基,引起氧化反应(氧化降解),导致材料性能改变。3.由于酶的催化作用导致材料性能改变。然而这些因素对材料的作用还是由材料本身的结构所决定的。药用高分子材料分为生物降解型和非生物降解型两大类。生物降解型是按照药物释放的要求,在规定的时间内药用高分子材料逐步降解;非生物降解型是药物高分子材料在体内基本不降解,而长期在体内滞留或到一定时间后用手术方法取出。-、降解研究设计原理分析药用高分子材料在正常使用情况下是否会降解,对材料的安全性评价是十分重要的。对药用高分子材料都进行降解研究难度很大,因此对哪些情况应考虑有必要进行降解研究,哪些情况可不必进行降解研究作了原则规定。(一)应考虑降解研究的情况1.材料会被生物体吸收;2.长期在体内使用(大于30d),可能有明显的生物降解;3.材料与人体接触时,可能有毒性物质释放。(二)可不必进行降解研究的情况1.在预计使用中,对某种药用高分子材料的降解产物的安全性评价有大量的研究数据;2.某种药用高分子材料已具有长期的安全临床使用历史。在设计降解评价方法时应考虑材料的化学特性、物理特性、材料与药物的作用和使用时间、部位及局部环境等因素。若能检索到相应的标准与文献中通用推荐的方法,应优先考虑采用规定的降解产物定性和定量的方法。由于研究降解问题比较复杂,设计实验方案尤为困难。目前大都先采用体外的方法进行试验,随后再进行体内实验,并研究体内外实验的相关性。体外方法重要的有3种:①在模拟体液中;②在氧化剂溶液中;③在含有酶、磷脂的溶液中进行加速实验或进行实际时间试验。下图为体外降解评价示意图:图3-1体外降解评价示意图二、研究方案(一)降解研究方案的制定降解研究方案的制定主要包括确定降解产物的分析方法,以及通过这些方法对降解产物的研究:1.降解产物化学和物理化学性能;2.降解过程中材料及裂解物的表面形态;3.降解产物的生物性能及生物化学性能。降解产物释放的程度和速度取决于在表面降解产物的浓度、从材料内部向表面的迁移速率、产物在生化媒介的溶解性、生化媒介的流动状态等O材料在降解过程中产生的降解产物可能是颗粒状的,也可能是可溶性的化合物。需要采用适当的方法对它们进行定性,并在研究报告中对采用的方法加以说明Q若对降解产物进行生物学评价,应考虑材料中原有的其他物质(如残留单体、催化剂、填料等)的影响。(二)降解研究中应考虑的问题如果缺少有关材料降解或潜在降解产物的生物反应方面的重要数据,那么应考虑下列实际情况:1.材料的基本情况分析:材料外形、作用与设计原理的描述,使用时的基本要求和生物环境,材料化学组成和成分,材料加工工艺和灭菌方法。2.材料结构改变:材料结构发生改变会导致不同性质的降解产物,并使药物控释变成崩解释放。导致材料结构发生变化的因素有:灭菌、植入操作、材料与组织的相互作用等。73.物质从表面释出的因素有:腐蚀、溶出、迁移、解聚、脱落、剥落等。3二、研究方案(一)降解研究方案的制定降解研究方案的制定主要包括确定降解产物的分析方法,以及通过这些方法对降解产物的研究:1.降解产物化学和物理化学性能;2.降解过程中材料及裂解物的表面形态;3.降解产物的生物性能及生物化学性能。降解产物释放的程度和速度取决于在表面降解产物的浓度、从材料内部向表面的迁移速率、产物在生化媒介的溶解性、生化媒介的流动状态等.材料在降解过程中产生的降解产物可能是颗粒状的,也可能是可溶性的化合物。需要采用适当的方法对它们进行定性,并在研究报告中对采用的方法加以说明.若对降解产物进行生物学评价,应考虑材料中原有的其他物质(如残留单体、催化剂、填料等)的影响。(二)降解研究中应考虑的问题如果缺少有关材料降解或潜在降解产物的生物反应方面的重要数据,那么应考虑下列实际情况:1.材料的基本情况分析:材料外形、作用与设计原理的描述,使用时的基本要求和生物环境,材料化学组成和成分,材料加工工艺和灭菌方法。2.材料结构改变:材料结构发生改变会导致不同性质的降解产物,并使药物控释变成崩解释放。导致材料结构发生变化的因素有:灭菌、植入操作、材料与组织的相互作用等。3.物质从表面释出的因素有:腐蚀、溶出、迁移、解聚、脱落、剥落等。