人工韌帶的研究現狀

張宇杭

（重慶工商職業學院 智能制造與汽車學院，重慶 401520）

近年，LARS（ligament advanced reinforcement system）聚酯韌帶因近期優良效果受到了臨床修復領域的重視。該韌帶在關節內以平行纖維排列，具有較好的組織相容性且人工纖維之間有組織的長入，早期恢復效果較好。但LARS韌帶因使用壽命、長期療效不確定，韌帶與骨界面結合不良、應力遮擋、在疲勞和蠕變下導致力學性能下降甚至斷裂等原因不推薦作為前交叉韌帶修復的首選。此外，LARS 韌帶的制作材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯，該材料體內不可降解，長期停留體內易產生炎癥，骨隧道內人工韌帶部分與骨難以愈合而易產生骨道擴大，導致需要手術修復、甚至更加困難的二次重建。

研究者認識到合成韌帶在降解性、持久性和生物相容性等方面的相關問題后，開始進一步研究組織工程生物學韌帶支架。在組織工程中采用天然的I 型膠原、絲素蛋白和人工合成的聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）、聚乙烯醇（PVA）及其共聚物。組織工程韌帶一般將支架材料做成絲狀纖維后編制，將其植入損傷修復位置。組織工程支架一般采用可吸收螺釘或不可吸收的金屬螺釘固定，但可吸收螺釘易引起關節積液，且降解過程中殘生炎性介質造成局部酸環境影響韌帶骨愈合；金屬擠壓螺釘易造成韌帶-隧道的不均勻接觸，導致不均勻愈合，且其永久存留在骨道內，易產生“雨刷”效應引起骨道擴大而導致功能下降或喪失。

為了優化韌帶支架與自體骨的固定方式，實現韌帶移植物與自體骨之間形成生物結合，研究者探索了在移植入末端結合骨誘導因素（羥基磷灰石、磷酸三鈣等）、生長因子（BMPs）或梯度界面等方法。張文友等模擬自然韌帶-骨界面，設計制備了韌帶-骨仿生支架，如圖1-1 所示。該支架時先分別燒制TCP 陶瓷骨支架、編織PLA 纖維的韌帶支架，然后連接韌帶與骨支架，然后依次向連接界面處灌注高TCP 濃度的PLGA 溶液，中TCP濃度PLGA 溶液和低TCP 濃度的PLGA 溶液，最后通過冷凍干燥等步驟獲得具有梯度界面的韌帶-骨支架。該方法模擬了自然韌帶-骨界面三相結構，證明了在單一支架上再生多組織的可能性，相較于目前采用單一材料或單一結構來制造韌帶支架有較大進步。但是該方法制備的三層梯度界面之間連接不穩定，特別是高TCP 濃度的PLGA 與骨支架部分的連接強度較低，易發生界面斷裂。

圖1-1 分層韌帶/骨支架的制備

此外，有研究人員采用在韌帶支架末端修飾誘導因素、生長因子等方法，但是誘導因素或生長因子易與支架接觸固定不牢固，影響誘導效果；通過在支架末端添加梯度界面的方法易造成界面連接不牢，且工藝復雜。理想的前交叉韌帶支架應該具有良好的生物課降解性、生物相容性，更好的誘導自體骨組織、韌帶組織、界面組織的再生。Frank A 等在老鼠實驗中研究了采用靜電紡絲的方法制備聚己內酯（polycaprolactone，PCL）并符合了膠原的前交叉韌帶支架，如圖1-2 所示[10]。制備中采用高速轉動的轉鼓作為接收器制備具有方向性的PCL 納米纖維薄膜，然后將支架層層疊加并浸泡在膠原溶液中，然后將支架晾干并將之間剪裁成1.5mm×35mm×150um 的支架，并在支架表面打直徑150um 的孔，孔占整個面積的15%。最后使用這種方法來修復大鼠的前交叉韌帶損傷。支架通過手術線縫合在骨膜上。這種方法將支架的顯微結構縮小至微納米纖維，可以促進前交叉韌帶損傷修復中自體組織的再生。但是這種支架制備過程中通過破壞性的打孔來增加支架的孔隙率，使得支架的強度遠小于自然韌帶的的強度，體內植入后隨著支架的降解，極易發生斷裂而造成二次損傷。

圖1-2 靜電紡絲法制備前交叉韌帶支架

靜電紡絲制備韌帶支架相較于傳統制備韌帶/骨支架的方法，其顯微結構為具有納米尺寸的纖維，比傳統制備的韌帶支架的微米纖維尺寸更小，其結構與自然的韌帶組織、骨組織的顯微結構相近，更容易誘導自體組織的再生。靜電紡絲工藝也可以利用納米羥基磷灰石、生長因子等混合制備復合納米纖維，增加誘導因素與韌帶支架的結合強度。靜電紡絲在工藝方面的優勢成為制備組織工程韌帶支架的理想方法，逐漸成為人們的研究熱點。