電紡絲法PLGA可降解輸尿管支架的制備及體外降解研究

王曉慶，張龍，侯宇川，陳岐輝，姜鳳鳴，張海峰，王春喜

（吉林大學白求恩第一醫院泌尿外科，長春 130021）

隨著可降解材料在臨床的應用，可降解輸尿管支架的研究設計受到國內外研究者的廣泛關注。本課題組從2000年開始進行生物降解材料輸尿管支架的研究，已研制出己內酯丙交酯乙交酯三元共聚物、丙交酯乙交酯共聚物、己內酯環氧乙烷共聚物等系列高分子材料輸尿管支架，經體內、體外試驗證明材料降解時間4～8周，組織相容性良好。研究取得了階段性成果，但仍存在形態記憶性不良、質地較硬、易折斷等弊端，且降解過程中易出現全程多處斷裂，造成一過性輸尿管梗阻［1，2］。本研究采用電紡絲工藝來進行可降解輸尿管支架管的加工制作，并評價其物理特性及體外降解特性。

1 材料與方法

1.1 材料合成

PLGA（80∶20）的制備：80%L-乳酸水溶液經脫水、預聚合、裂解、重結晶制成L-丙交酯，采用本體聚合工藝，以辛酸亞錫為催化劑，與乙交酯（聚羥基乙酸）開環共聚制成PLGA（80∶20），單體L-丙交酯和乙交酯的摩爾比為80/20。同法合成PLGA（70∶30）及 PLGA（50∶50），分子量約為 60 000。

1.2 紡絲液的制備及輸尿管支架管的制備

PLGA紡絲液的制備：用三氯甲烷將PLGA溶解并配成5%的溶液，加入活性物質，充分攪拌6 h，備用。將上述紡絲液注入5 mL玻璃注射器內，將注射器固定在紡絲裝置上，電源陽極輸出端與鐵注射器針頭相連。自制接受裝置，將直徑約1.0 mm的鋼絲一端連于可調速電機，另一端與陰極輸出端相接，保持鋼絲與地面平行，兩電極間的距離為15 cm。打開靜電發射器電源，調節電壓至30KV，電機轉數調至60 r/min，得到納米輸尿管支架管。

1.3 體外降解實驗

體外降解試驗中降解液來自健康志愿者尿液。體外降解試驗方法：將輸尿管支架管截成長約2 cm小段，每種材料36個，真空干燥，稱重；分別浸于尿液中并置于恒溫震蕩器內，調節溫度至37℃，尿液每日更換一次，按浸泡時間分別于 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14 周時取出 3 個平行樣品，觀察大體形態后測量殘重率及分子量檢測。殘重率=100%×殘重/初重，重量損失情況，每組取試樣的算術平均值。

2 結果

2.1 支架管的表征

2.1.1 支架管大體形態觀察：肉眼觀察支架管呈白色，長度10～20 cm，內徑約1.0 mm，外徑約2.5 mm，質地柔軟，具有一定的韌性和記憶性，彎曲后不會折斷（圖 1a）。

2.1.2 電鏡掃描：電鏡掃描見纖維均勻分布，直徑約在40～1 000 nm之間，網孔直徑約在40～200 μm之間，結構均勻，各種比例的支架的直徑及孔徑的差異無統計學意義（P>0.05）（圖 1b、c、d）。

2.2 體外降解性能

2.2.1 形態結構變化：測試材料原始試件呈純白色，質地柔韌；降解初期材料逐漸略吸水膨大，質地變硬，真空干燥后觀察材料形狀無明顯變化；降解中期材料表面有部分小塊溶蝕剝離，質地略軟，此時材料尚保留原有形態，體積膨大；后期材料已完全失去原始形態，崩解為小塊。上述為材料總體大體形態變化，因各種比例的降解速度不同，各時相歷時長短亦不相同，但總體形態變化趨勢過程同上述。

2.2.2 材料失重率：各種比例材料降解過程中重量損失均呈平穩過程。PLGA（50∶50）觀察至第5周時材料重量損失45%左右，至第6周材料降解為細小顆粒，無法行重量測定。PLGA（80∶20）至7周時觀察見材料開始崩解，至8周后已無法進行進一步檢測；PLGA（70∶30）降解速度相對較慢，至8周觀察結束時材料重量損失40%左右，第10周完全崩解（圖 2）。

2.2.3 分子量變化:材料的體內降解過程中分子量變化趨勢與重量損失大體相同，降解早期分子量下降迅速，后期減慢并趨于平穩（圖3）。

3 討論

自1978年雙豬尾管或稱雙J管問世以來，大大提高了上尿路手術的成功率，降低了手術并發癥的發生率。但留置后仍存在需經膀胱鏡取出、膀胱輸尿管返流、回縮、移位后需要二次手術及產生膀胱刺激癥狀等弊端，個別病例甚至因嚴重血需提前撤除雙J管［3，4］。為克服上述缺點，許多研究者將目光轉向可降解輸尿管支架管的研制領域。可降解輸尿管支架管需滿足以下條件：（1）有良好的生物降解性能；（2）降解后材料碎片不造成輸尿管梗阻；（3）具有良好的組織相容性；（4）具有良好的可塑性和適宜的力學性能。本課題組已研制出多種高分子材料輸尿管支架，研究取得了階段性成果，但仍存在一些亟待解決的問題：（1）質地較硬，記憶性較差，易折斷，導致研制的支架管缺乏內固定性能；（2）在降解過程中出現支架管全程多處斷裂，造成一過性輸尿管梗阻。Lingeman等［5］研制的可“溶解”輸尿管支架臨床試驗結果也不理想，一方面支架管自身固定效果不佳，容易早期脫落，造成腎積水乃至尿液外滲，另一方面支架管碎解后部分碎片殘留在腎盂內不能降解排出，需要后續體外沖擊波治療。Boris等［6，7］研制了系列Uriprene可降解輸尿管支架，其降解時間控制不理想，動物實驗觀察到支架管降解過程中出現碎裂并造成一過性梗阻現象，另有部分支架管表面結石形成。為解決上述問題，本研究采以不同比例的聚乳酸-羥基乙酸共聚物為研究對象，采用電紡絲工藝進行輸尿管支架管的加工制作，進而改善支架管的相關性能。

電紡絲技術聚合物熔體或溶液在高壓靜電作用下，利用電場力克服聚合物溶液表面張力形成一股帶電的噴射流，溶劑揮發，納米級纖維無序地排列在收集板上，形成類似無紡布纖維膜。PLGA是組織工程領域常用的聚合物材料，是第一批被美國FDA批準的用于臨床的生物可降解材料，它具有良好的生物相容性和生物可降解性，且無嚴重毒性作用，被廣泛應用于組織工程研究中［8，9］。PLGA的玻璃化溫度約40°C～60°C，故37°C時易表現為質地相對較硬、脆，易折斷。所以以往使用熔融狀態下擠管生產的輸尿管支架管易折斷，折斷后堵塞輸尿管，造成梗阻。本研究使用電紡絲工藝制作的支架管質地柔軟，具備一定的韌性和抗牽拉能力的特點，且具備足夠的支撐作用，不易被機械力所折斷，完全滿足降解輸尿管支架管所需要的可塑性和力學性能。電紡絲技術得到的輸尿管支架管管壁呈現網狀結構，纖維直徑約在200～1 500 nm之間，網孔直徑約在40～200 μm之間，尿液中的各種分子可自由通過管壁。因此，理論上即使支架管在降解過程中斷裂、管腔堵塞，尿液仍可通過管壁進入膀胱內，不會造成梗阻，但需經下一步動物實驗證實。

PLGA的降解機制是水解機制，即在水的存在下其酯鍵發生水解作用，產生乳酸和羥基乙酸單體，這2種物質是生理條件下體內多種代謝途徑的副產物，參與到體內的三羧酸循環，最終以二氧化碳和有機酸的形式排出體外［10］。降解過程中PLGA由不溶于水的固體變成水溶性物質，分子量會迅速降低，失去原有的力學強度，整體結構被破壞，體積變小。當分子量小到可溶于水的極限時，整體結構發生變形和失重。PLGA聚合物的降解率與各種單體的比例有關，多個研究表明50∶50比例的PLGA降解最快，其他無論哪種單體比例降解速度均低于50∶50［11，12］。本研究主要通過材料的失重率及分子量的變化來評價其降解速率。通過對殘重率的觀察我們可以看到各種比例的PLGA材料的降解的殘重率曲線近乎成線性，其中50∶50比例的PLGA降解最快，約至第6周材料崩解，而70∶30比例的PLGA降解最慢，在10周左右崩解，80∶20降解速率介于2者之間，降解時間約需8周。趙莉等［12］認為PGA和PLA均為結晶狀聚合物，當2種單體無規共聚后破壞了原均聚物的分子規整性，結晶度大大降低乃至完全失去結晶性。50∶50比例的PLGA聚合物達到最大限度的無規結構，水分子滲透快，因此降解速度要比其他比例的PLGA聚合物快得多。本研究中，PLGA（50∶50）及 PLGA（80∶20）的降解時間均可滿足了輸尿管支架管對降解時間的要求，是較為理想的材料。由于本研究體內降解部分正在進行之中，各種材料在體內降解是否與體外降解情況一致需進一步證實。

［1］侯宇川，王春喜，陳學思.新型生物降解材料輸尿管支架的生物相容性研究［J］.中華實驗外科雜志，2006，23（5）：571-572.

［2］王春喜，侯宇川，陳學思.漏斗形生物降解材料輸尿管支架的動物實驗研究［J］.中華泌尿外科雜志，2006，27（11），738-741.

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