生物材料生物相容性评价研究进展

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生物医学工程学杂志 -\^ m. p ]‘h i

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生物材料生物相容性评价研究进展
杨晓芳 综述 奚廷斐 审校
#$%& $$$ 中国药品生物制品检定所 " 北京 !

摘要

综述了生物材料生物相容性的安全 性 原 则 和 功 能 性 原 则 研 究 进 展 ’ 在 生 物 学 评 价 方 法 研 究 中 " 活 跃 最

的是细胞毒性试验方法和血液相容性评价方法 ’ 本 文 引 入 了 ( 物 功 能 性 原 则 ) 念 " 生 物 材 料 引 起 的 生 物 功 能 生 概 对 变化 " 从细胞水平和分子水平进行了阐述 ’ 关键词 生物相容性 生物材料 细胞毒性 分子生物学

* , +/ 0 3 26. , 3 8:901, +-./ 12.45 0 12.7 95 2 / , ; <,, 9002 ; 0>9.0: 0=>? 2 : A, <, 2+ / @0 9
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生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主 题 ’ 按 o! 会 议的解 释 " 物相容性 是 指生 命 体 组 生 ~ 织对非活性材料产生反应的一种性能 ’ 一般是指材 料 与宿主之间的 相 容 性 " 括 组 织 相 容 性 和 血 液 相 包 容性 ’ 近年来 " 生物相容性的概念发生了较大变化 " 其对象不仅为非活性材料 " 而且也涉及活性材料 ! 组 织工程 & 同时普遍认为生物相容性包括两大原则 " ’ 一是生物安全性原则 " 二是生物功能性原则 ! 或称为 机体功能的促进作用 & ’

框 架 " 际 标 准 化 组 织 !~ 以 # % &编 号 发 布 了 国 $% o!& 个相关标准 " #列出了医疗器 械和 生物材 料生 表 # $ 物学评价试验指南 !~ $ % s& 同时对生物学评 o!# % &# ’ 价 方法 也进行 了标准 化 " $ % s 遗 传 毒 性 ’ 癌 性 致 # % && 和 生 殖 毒 性 试 验" $%s 的 血 液 相 互 作 用 试 验 选 # % &( 体 择 ’ $ % s 细 胞 毒 性 试 验 ! 外 & # % &)植 入 后 # % &% " $%s 局部反应试验 " $ % s$刺激和致敏试验 " $ % s# # % &# # % &#
# 全身毒性试验 * +’

# 生物安全性原则
生 物 材 料 对 于 宿 主 是 异 物" 体 内 必 定 会 产 生 在 生物材料如果要成功 " 至 某种应答或出现排异现象 ’ 少要使发生的反应被宿主接受 " 不产生有害作用 ’ 因 此 要 对生物材料 进 行 生 物 安 全 性 评 价 " 生 物 学 评 即 价’ # # 生物材料生物学评价标准 n 从本世纪 $ 年代后期开展生物材料生物学评 $ 价 标准化 研 究 以 来 " 过 # 多 年 国 际 间 协 同 研 究 " $ 万方数据 经 目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价

# , 生物学评价方法研究进展 n 迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压 国 力 " 际上 各国 专 家 对 体 外 评 价 方 法 进 行 了 大 量 研 究 " 时利 用现 代 分 子 生 物 学 手 段 来 评 价 生 物 材 料 同 使评 价 方 法 从 整 体 动 物 和 细 胞 水 平 深 入 的安全 性 ’ 到分子水平 ’ # , # 体 外 细 胞 毒 性 试 验 在 # % &%标 准 中 对 nn $%s 试验的主要步骤 ’ 细胞株和细胞培养基 ’ 阴性和阳性 对照都 作了 原则 要 求 " 推 荐 了 琼 脂 覆 盖 法 和 分 子 并 扩散法 ! 即滤过法 & 近年来进一步发展细胞毒性试 ’ 验 " 形态 学 方 法 检 测 细 胞 损 伤 ’ 胞 损 伤 测 定 ’ 从 细 细 胞生长测定和细胞代谢特性测定等角度提出了不少

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生 物 医 学 工 程 学 杂 志 表 ! 医疗器械生物学评价试验指南 "$ 标准 & ’ ( !’) #% * ,.! / 1.1.4 ,44 1 - 8-+134 :.1 - .1 "$ ;+ 2 < & ’ ( +023 5 1-67 .+0 9 + 4 5 27 287 #% 93 +2 ! ’ ) + . 器械分类 一时接触 " A ) ?@ B => > 中期接触 C 短D " A FH日 ) E@ BG > EG I 长期接触 " H日 ) = 皮肤 C I = 粘膜 C I 损伤 表面 = C I = C I 骨 组织 K 牙 K 循环 血液 = C I = C I = 组织 K 骨 C I = 血液 C I 细胞 毒性 致敏 基本评价的生物学试验 刺激或 皮内反 应 J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J 全身急 性毒性 亚慢性 亚急性 毒性 遗传 毒性 植入 血液相 容性

第V卷 X

l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l ll l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l

补充评价的生物学评价试验 慢性 毒性 致癌 生殖与 生物 性 发育毒 降解 性

接触部位

表面接触

J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J

J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J

由体外 与体内 接触

血路 间接

体内植入

试验方法 & 并从定性评价逐渐向定量测定发展 L 四甲基偶氮 唑盐微 量 酶 反 应 比 " ) MN 法 " ! N @ 色 法 ) 此 方 法 是 由 MOQR T U在 V X 年 提 出 & 最 > WG PO S 初 应 用于免疫学 领 域 & 些 年 将 该 法 应 用 于 生 物 材 前 料的细胞毒性评价 L 该方法的原理是线粒体琥珀酸 脱氢酶能催化四甲基偶氮唑盐 " N) MN 形成兰色甲 & 形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相 关L 该 法 简 便D 感 性 高& 作 定 量 评 价L 但 是 敏 可
TU G 在 IZ O\和 ] ^^_ 发 现 & 检 测 矫 形 外 科 材 料 Y[Q [ O P 时 & MN 法检测的重现率较差 & 用 而且人的骨肿瘤 N

由 力 是否降低" 带有标记核酸的细胞所占比率得 出 ) 计量方法可用在显微镜下直接计数 D 流式细胞 L
A 分析 D 或细胞酶联反应测定 "_Y f T UL F dY e =)

" ) 细胞 膜 完 整 性 测 定 生 物 材 料 对 细 胞 的 g 毒性作 用也 反映 在 细 胞 膜 的 变 化 中 & 胞 膜 结 构 和 细 功能的完整对于将细胞与其周围环境分离起重要作 用 L 一个很好的完整性测试试验就是将细胞与乙酰 乙酸荧光素 " ] 和溴化乙锭 " C 一起培养 & ] h =) e ) h = 能够被完整的细胞摄取并被细胞内的酯酶转化为荧 光素 & 荧光素保留于胞浆内 & 在适当的激发波长下发 出绿色荧光 Le 不能穿过完整的细胞膜 & 但如果细 C 胞膜已经被破坏 & C就能够进入细胞并且与核酸尤 e 这 其是细胞核内的 ] a= 紧 密 结 合 & 时 看 到 的 是 橘 红 或 红 色 的 荧 光L " 啶 橙 " 丫 也 =i) 能 够 代 替 h =) L ] 以上这些方法从细胞损伤的不同角度评价生物 材料 中毒性 成分 对 细 胞 的 作 用 & 是 这 些 方 法 之 间 但 的相关性以及这些方法的评价结果与其它生物学评 价结果的相关性还有待进一步研究 L ! ‘ ‘ 遗传毒性 和致 癌 试 验 kk 这是生物材料中最
TU j

细 胞株对 MN 法有很高 的 敏感性 L 目 前 MN 法 N N 在 细 胞毒性试验 中 已 得 到 广 泛 验 证 D 还 需 要 继 续 但 进入研究存在的一些问题 L ") ] ‘ a= 合成检测方法 体外未融合状态下 的 细胞在 ] 细胞周期 b期 ) 之前进行有 丝 a= 合成 " 分裂 L 进入对数生长期的细胞能够用标记的核苷酸 比如氚标记的胸苷 ) 封闭其 ] 目前倾向于使用 " a=& 无放射性的示踪物 C\ 它的 摄 入 量 能 够 通 过 测 Qc& 定 结 合 了 荧 光 燃 料 的 抗 C\ 单 克 隆 抗 体 而 得 出L Qc 万方数据 通过这种方法可以知道暴露于材料的细胞的增殖能

第 ’期

杨晓芳等 !

生物材料生物相容性评价研究进展

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f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f ff f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f 复 杂 和 最 麻 烦 的 问 题! 在 体 外 检 测 方 法 中 常 用 但是由于 "#$ 试 验 菌 种 的 变 异 & 试 使 "#$ 试验 & % % 验结果的假阴性率不断增 加 & 已由 原 来的 ’ ) 增 加 ( 到 * )+( 因 此 一 般 同 时 还 需 要 进 行 体 外 染 色 ( , )& 体畸变试验和微核试验 & 以便相互补充 & 对遗传毒性 作出科学的评价 ! 分子生物学和分子基因学将在遗 传 毒性和致癌试 验 的 评 价 中 有 很 大 的 发 展 潜 力 & 可 以取代某些啮齿类动物试验 ! 这些方法包括特殊的 检 测 核 酸 - /"0 /"2 术 & 样 就 可 以 在 基 因 转 技 这 . 1 录水平和翻译水平研究细胞的调节机制 ! 转录水平 主要是将 . 活 /" 序列解释为特定的 #1 /" 基因 & 性测 定 主 要 使 用 /35$7835 ; /< : 5 = 46 4 95 7 - 207%: : 5 基因翻译水平包 6 8:: 5 7 BD2 F 等技术 ! > 4 @ : -C 0E 1 ? A3 括 基 因 产 物 的 测 定& 常 是 蛋 白 质& 以 是 结 构 蛋 通 可 白& 比如与细胞功能相关的受体或酶 ! 生物材料安全性体外试验中还包括原癌基因激 活和抑癌基因失活的研究 & 尤其是 G *基因 & 在人类 H 大 多 数肿瘤中都 发 现 其 功 能 障 碍 & 为 研 究 生 物 材 这
J 料可能存在的破坏性作用提供了依据 I K!

酶等 !甘油二酯激活磷脂酶 F ’ , H三磷酸肌醇使 &00 Y Z Z 细胞液中 游离 F Y 水平 F 从内质网存储池释放 & A A 升 高 刺 激 磷 脂 酶 "Y合 成 花 生 四 烯 酸 & 离 的 花 生 游 四烯酸再由脂肪酸合成酶催化转化为新的代谢物 [ "Y [ "Y引起血小板的进一步聚集和激活 !用 \ &\ Y Z F 鏊 合 剂 ]^B 将 完 好 血 小 板 内 的 钙 离 子 鏊 A /Y
Z 合& 果 显 示 F Y 被 络 合 以 后& 抑 制 人 血 小 板 的 结 能 A 聚 集 及 血 小 板 和 纤 维 蛋 白 原 结 合& 不 引 起 - E 但 V 2

B + B复 合 体 的 解 离 以 及 它 与 纤 维 蛋 白 原 复 合 物 B BA 8B 的稳 定性 & 这项 研 究 证 实 了 细 胞 内 钙 离 子 在 血 小 板 激活中起重要作用 & 同时也揭示了 - E B + B复合 V 2B B A 8 B 体的结合及其与纤维蛋白原复合物的稳定性由细胞
Z Q ’K 外 F Y 浓 度引起 I K!_ A ‘ 等 I ( 在 实 验 中 发 现 & A 9# D 材料表面的纤维蛋白原与血小板的 a血栓球蛋白的 +

释放相关 ! 纤维蛋白原吸附多 & 血小板的激活程度就 重 ! 这 提示 纤 维 蛋 白 原 参 与 了 血 小 板 激 活 的 作 用 !
I’ ’K V ##$9 D 研 究 观 察 到 血 小 板 在 与 生 物 材 料 接 9F 触时导 致血小 板 颗 粒 形 成 增 加 & 小 板 与 中 性 粒 细 血

胞 0 核 细 胞 的 亲 和 增 加 & 当 抗 - E B + B单 克 单 但 V 2B B A 8 B
Z 隆抗体 0 四肽粘附配体 1 E 或 F Y 鏊合剂 加入全 V * A 血后可完全抑制血小板的 反应 & 血小板 的 E 选择 如 +

L N O 血液相 容性评 价 方 法 血 液 相 容 性 评 价 研 MM 究对用于心血管体系的生物材料发展有着非常重要 的作 用 & 但由于 血 凝 机 理 和 体 内 环 境 的 复 杂 性 及 多 到目前为止还不能建立一套相关的评价标准 ! 变性 & 在 BP’ Q *,标 准 中 也 只 能 提 出 一 个 评 价 方 C (Q+ 向的基本要求 & 要求通过体外和体内试验从凝血 0 血 血栓形成 0 免疫学或血液学其它方面对生物材 小板 0 料的作用进行评价 & 具体评价方法和指标都未统一 & 更没有标准化 ! 体外 试 验 模 型 -2 L
IK ’

蛋白表达及血小板 b 白细胞的相互作用 & 这证实了血 小 板的激活是涉及- E B +B 受体在内的依赖 V 2B B A 8B
Y Z IY ’K F 的 过 程 ![ G 9 ‘ 研 究 了 - E B + B 受 体 A 33 _ V 2B B A 8 B 在血 小板聚 集激 活 中 的 作 用 & 血 小 板 受 到 材 料 刺 当

信号首先作用于血小板表面 - E B + B受体 激时 & V 2B B A 8 B 的胞内部分 & 然后引起该受体的胞外区结构变化 & 进 而结合纤维蛋白原 ! 纤维蛋白原是两价分子 & 它的另 一端又结合邻近的血小板 & 导致血小板的聚集 ! 纤维 蛋白 原与血 小板 的 结 合 进 一 步 激 活 信 号 传 递 系 统 &
Y Z 作用于细胞骨架 & F 等信号分子向细胞骨架募集 & A 引 起 其 重 新 组 装& 致 血 小 板 激 活& 集 成 为 不 可 导 聚

一般采用平行板流动室

模型 - AA99 95 9S T A $ & 以评 价 生 物材 G 49 GA$R $ 3 6 #8 2 用 料表面在动静脉切变应力下对血液的影响 ! 材料与血液一 - 2 血浆蛋白 目前研究表明 & N 接触 & 立即会在材料表面粘附血浆蛋白 & 粘附纤维蛋 白 原和 4球蛋白将 导 致 血 小 板 粘 附 和 激 活 & 粘 附 而 + 白蛋白会减少血小板粘附 ! 但是血浆蛋白对血小板 粘 附和激活的机 理 还 未 能 进 行 深 入 研 究 & 缺 少 相 也 关的评价方法 ! - 2 血小板粘附和激活 ’ U 年我 们 和 苏州 O QQ 医学院研究并确定了采用血小板膜 V B A单克隆 EB B
W 抗 体 测 定 生 物 材 料 表 面 粘 附 血 小 板 数 的 新 方 法 I K!

逆! - 2 基质 蛋 白 我 们 通 常 所 指 的 基 质 蛋 白 主 c 要有纤 粘 连 蛋 白 0 粘 连 蛋 白 0 玻 粘 连 蛋 白 0 原 层 亲 胶
I* ’K 蛋 白 和 血 管 性 假 血 友 病 因 子 等 !d 8:= A 4 :%D. @ ‘

发现 & 聚乙烯 0 硅胶等材料表面吸附了具有形成血栓 作用 的纤 粘连蛋 白 和 亲 玻 粘 连 蛋 白 & 中 以 对 亲 玻 其 粘连 蛋白吸 附为 多 & 初 步 表 明 了 基 质 蛋 白 可 能 参 这
I K ’ 与 了 材 料 表 面 的 血 栓 形 成 过 程 !X:T7 X‘ , 研 73 :

X3 ;1 等 发 现 用 于 构 建 医 疗 器 械 的 生 物 材 料 表 3 Z 面粘附的血小板内游离 F Y 水平升 高 & 们 认为 材 他 A
IK U

究了细胞与生物材料相互作用后基质蛋白的产生情 况& 们 用 分 子 生 物 学 技 术 将 接 触 细 胞 的 1 他 /" 充 分分 离出来 & 特 异 的 基 因 探 针 进 行 杂 交 发 现 纤 粘 用 连 蛋 白 0 原 BB 0e 型 和 细 胞 骨 架 组 成 蛋 白 增 胶 0B B B

料 可 能 刺激了血 小 板 内 效 应 酶 的 激 活 & 括 磷 脂 酶 包 万方数据 0 F 磷 脂 酶 "Y和 磷 脂 酶 . 及 腺 嘌 呤 和 鸟 嘌 呤 环 化

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生 物 医 学 工 程 学 杂 志

第*卷 S

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 生! 不同的材料导致其增生程度不同 " 还考查了植入 观 体 内用于冠脉搭 桥 的 材 料 管 ! 察 到 材 料 管 内 表 面 能形成由成纤维细胞样细胞和胞外基质构成的生物 学被膜 "# 这些异生细胞也活跃 $% 杂交分析证明 ! 地 表 达 组 蛋 白& 附 物 质 ’ 粘 连 蛋 白 ( 细 胞 骨 架 粘 纤 & 肌 玻 和 ’ 动 蛋 白& 形 蛋 白( 细 胞 外 基 质 ’ 和 ) 型 胶 ) ) ) 原 ( 被膜很少超过 * ,- 从而形成长期的血液相 ! + .!
*: 容性 "/ 13 5 等 9 + 报道血小板 受体 如 ; = ! <*与 02 46 78 暴 露 的 胶 原 结 合 ! + *与 纤 粘 连 蛋 白 反 应 ! 一 粘 另 ;=

学家而且材料化学家和表面工程学家都非常关心的 研究领域 " 微沟槽结构可以用来诱导细胞的定位已 研究 了多 年 ! 方 面 的 大 部 分 工 作 是 在 成 纤 维 细 胞 这
9< 比如 P ; 0* :发现嵴宽不超过 Q- 时细胞 上进行 ! L= . 9S *: 的定位程度最高 "R; 等 利用纤维细胞株 / F F @< N

研 究 细 胞 与 直 径 不 超 过 <- 的 丝 状 材 料 ’ 括 尼 包 . 龙& 聚对 苯二甲 酸 乙 酯 和 硅 胶 ( 的 相 互 作 用 ! 描 间 并 述了沿纤维方向清晰的细胞分布 " 经过微穿孔的硅 膜 上 有 < . 的 丝 状 材 料 ’ 括 尼 龙& 对 苯 二 甲 包 聚 ,酸乙酯和硅胶 ( 间的相互作用 ! 并描述了沿纤维方向 清晰的细胞分布 "经过微穿孔的硅膜上有 < . 见 ,方的 小孔 ! 也用 以 研 究 其 影 响 成 纤 维 细 胞 粘 附 和 生 长的性能 ! 以及细胞穿越小孔而生长于膜下的行为 " C E C 细 胞 扩 散 细 胞 扩 散 ’0U K0MN ( 一 DD TU 7 L; 5O 这 现象 包括复 杂的 细 胞 骨 架 重 新 分 布 ! 细 胞 能 够 粘 是 附于 材料表 面并 且 增 殖 至 将 表 面 完 全 覆 盖 的 功 能 " 对于 研究与 宿主 组 织 融 为 一 体 的 材 料 来 讲 ! 是 一 它 个非常重要的参数 " 这一参数是可以测定的 ! 例如 ! 定量扫描电子显微镜可以用来评估表面改良聚合物
*: 是否适合于人造血管 9 F "

附受 体是 > )@ 复合物 ! 与血管 性 假 血友 病 因 子 ? =) A 反 应 ! 高 血 流 部 位 损 伤 时 发 挥 作 用 ! ?和 凝 血 在 %B 酶促进上述反应 " 由此可见 ! 材料通过刺激组织细胞 产生基质蛋白也可促进血液凝固过程 " 我们认为 ! 凝 血 反 应过程客观 上 分 为 两 个 时 相 ! 血 因 子 接 触 活 凝 化为快反应相 ! 而由细胞因子 & 基质蛋白等引发的凝 血反应为慢反应时相 "

C 生物功能性原则
随 着 对 生 物 材 料 生 物 相 容 性 的 深 入 研 究! 们 人 发 现 不仅要对生 物 材 料 的 毒 付 作 用 要 进 行 评 价 ! 还 要进一步评价生物材料对生物功能的影响 " 例如 ! 植 入 心 血管体的生 物 材 料 对 内 皮 细 胞 功 能 的 影 响 ! 植 软 入 骨 组织的生物 材 料 对 纤 维 细 胞 & 骨 细 胞 和 成 骨 细胞功能的影响等 " 目前主要集中在采用体外方法 ! 研究生物材料对某些特定细胞功能的影响 " C E 对细胞功能的影响 D C E E 细胞粘 附 如 果 不 考 虑 生 物 材 料 的 细 胞 毒 DD 性! 那么细胞与 生 物 材 料 间 作 用 最 重 要 的 方 面 就 是 细胞粘附 " 对于人工骨或人工关节等需要与宿主组 织 融为一体的医 疗 器 械 ! 须 首 先 考 虑 到 促 进 其 细 必 胞粘附功能 ’ 但这种粘附有时会造成严重的并发症 ! 如导管和血液透析管 ( 一种测定方法是在光学显微 " 和 亚微结构水平 使 用 电 脑 图 像 分 析 系 统 ! 细 胞 附 在 着 于 材料表面并 发 生 相 互 作 用 之 后 ! 时 间 绘 出 一 按 个反应曲线 ! 由此测定细胞粘附功能 " 另一种方法是 分光光度法 ! 在包被材料或材料浸提液的 F 孔板上 G + 由 H )% 读数仪完成 9 :" /I 人们用这种体外参数证明从金属假体中释放出 来的重金属离子即便在低摩尔浓度时也能够诱导 这 ? J$ 粘 附 到 人 类 单 层 内 皮 细 胞 上 ’ 是 炎 症 反 应 中最重要的过程之一 ( 这一参数对于人造血管尤其 " 是带有内皮细胞的人造血管的预植入 ’ L@0MN ( K070 5O 非常重要 万方数据 "
9G *:

C E V 细胞增殖 细 胞 增 殖 已 被 列 为 材 料 安 全 性 DD 评价的 一个 重要 参 数 ! 时 也 是 研 究 与 宿 主 组 织 融 同 合为一体的材料的中心内容 " 对体外测试中应用的 细 胞类 型也作 了 重 点 要 求 ! 如 人 类 成 骨 细 胞 用 于 比 研究陶瓷结构怎样影响细胞的生长 " C E W 细胞生物 合成 功 能 生 物 材 料 可 通 过 使 血 DD 液成分和血液动力学异常而造成内皮细胞功能紊 乱! 使得对促凝血介质的吞噬清除作用减弱 ! 促凝血 介质的产生增多 ! 抗凝血介质的产生减少 ! 导致血栓 形成 " 人们发现镍离子在不影响细胞形态甚至增殖 功能 的浓 度下却 能 够 显 著 降 低 其 软 骨 基 质 的 合 成 ! 因 此! 材 料 的 安 全 性 评 价 远 不 止 仅 仅 是 细 胞 毒 对
<: 性 9 , " 最近还发现与 ? J$ 共培养的内皮细胞在金 属离子作用下能够释放强有力的炎症介质白三烯

Q P "巨噬细胞广泛参与组织对植入材料的炎症反 <: 应 ! Y YZ 等 9 * 使 用 分 离 的 鼠 腹 腔 巨 噬 细 胞 观 察 X 2 T5 通 细胞 对于 不同形 式 羟 基 磷 灰 石 的 反 应 ! 过 测 定 乳 酸脱氢 酶和 磷酸 酶 ! 明 微 晶 体 羟 基 磷 灰 石 比 烧 结 表 羟基磷灰石更能降低巨噬细胞的活性 " 测定巨噬细 胞活性还可以在鼠腹腔巨噬细胞与各种口腔植入材 料接触之后 ! 测定其花生四烯酸产物 " C C 对细胞功能影响的分子生物学评价 D C C E 细胞粘附分子 ’ %J( 生物材料植入机体 DD [ 之后 ! 不管 是 在 血 管 或 软 组 织 & 组 织 中 ! 会 与 所 硬 都

微结构表面上细胞行为的调节是一个不仅生物

第 ?期

杨晓芳等 "

生物材料生物相容性评价研究进展

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b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b bb b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 接触 的 细胞发生 炎 症 反 应 ! 们 仍 然 对 这 些 领 域 所 我 家族 ! 它是一类 知甚少 " 比如细胞粘附分子 # %&’ $ 表 达 在细胞表面 的 分 子 ! 够 控 制 和 促 进 细 胞 与 其 能 比如基质中的细胞 ’ 的相互作用 " 专家们研 他细胞 # 究 了 植入物释出 的 金 属 离 子 诱 导 验 证 反 应 情 况 ! 惊 奇 地 发现即使是 亚 微 摩 尔 浓 度 的 锌 ( 和 钴 也 能 诱 镍 导 内皮细胞和炎症细胞 # 比如单核细胞 ( &*’ 生 发 )
,作用的基本步骤 + , "

子 ) 5 似乎 参与 纤维蛋 白溶 酶 和 凝 血 酶 的 释 放 " M ; 2.N0/% 等 调 查 了 丙 烯 腈 纤 维 膜 和 铜 仿 透 析 膜 EO G 引 起 < >(= B和 肿 瘤 坏 死 因 子 % 的 产 生 情 况 ! 发 = ?<> 现透析膜明显提高血浆中 < >(= B和 肿瘤 坏死因 = ?< > 子 % 的水平 ! 加入 = C可以使全血在与透析膜孵育 ) 时产生更多的细胞因子 " 回输实验证实 ! 透析膜处理 过 的 血 浆 可 以 引 起 自 体 单 核 细 胞 产 生 细 胞 因 子" C P L. A 也 发 现 @ >!= ??和 < > 等 细 胞 A A/ Q E *; , < >R =B 因子在外周血单核细胞的表达和它们的血浆浓度在 用 外 ? 例 透 析 病 人 比 对 照 高! 核 酸 杂 交 技 术 证 明! S 周血单核细胞 < >R < > 的 TU =? 和 =B *% 的表达 也明 显升高 "2AP E 证明 < >(= V水平的升高程度 F. M = B< > 与材料在体内的相容性有关系 " 他们研究了硅油和 聚乙烯 膜 ! 将分 离 的 单 核 细 胞 培 养 以 及 将 全 血 与 涂 硅或聚 乙烯 的管子 孵育 , ! 定上清 液中 细胞因 67 测 子 的浓度 ! 结果可 以概括 如 下 H ? 单 核 细 胞 经 刺 激 #’ 可释放细胞因子 ! < > 和 &< >, 尤其是涂硅的 如 =V )?! 表 面W , 硅 油 和 聚 乙 烯 可 刺 激 血 栓 形 成 细 胞 释 放 #’ 以聚 乙 烯 作 用 为 强 W 1 细 胞 因 子 的 持 > #’ ) 选择 蛋白 ! 续释 放由血 液接 触 材 料 时 引 起 的 补 体 激 活 所 致 ! 并 非 由 材料 与血 液接触 引 起 W 6 细 胞 因 子 分 泌 越 多 ! #’ 血 液 相 容 性 越 差 "%O. 7 X YD用 U ( %( C和 J / GX $) ) 作 为 透 析 膜 ! [例 病 人 进 行 体 外 透 析 ! 对 研 B %*>Z 究 < >R < >U 的产生 ! 观察到透析膜对外周血 =? 和 =? A 单核细胞 < >R < >U 有影响 ! 但程度随材料而 =? 和 =? A 不同 " M *% 转 录 翻 译 与 信 号 传 导 &&) F 作为细胞外基质中的 # L0 TAE ]T.AOPG. A.’ LO EL0 FF G / 非胶 原蛋 白日益 受 到 人 们 的 高 度 重 视 ! 是 一 类 在 它 88\ 99 正常组织分化和重塑过程中负责降解细胞外基质如 胶原和 糖蛋白 的 重 要 含 锌 酶 ! 组 织 重 塑 的 各 个 阶 在 段尤其 是新 组织合 成之前 ! &&) 对细胞 外 基 质 的 F
+_ 降解非常重要 " 7 ^, -在研究中发现通过调节转录 $G

细胞生物功能最明确的标志是 $ %& 的 表 达 ! 所以 对 于人工血 管 等 植 入 装 置 ! 仅 要 求 材 料 能 够 不 促 进内皮细胞生 长 ! 且 要 求 内 皮 细 胞 具 有 完 整 的 而
,生物功能 "$ / 0 + 1 研究了生长在热解碳瓣环的 ./ 等

聚对苯二甲酸乙酯上的人脐静脉内皮细胞 # %& 的 表 达 作 了 观 察 测 定 " 2345 ’ 对 其 各 种 $ $! 发 , 后! 现 生 物 材 料 上 内 皮 细 胞 $ 67 %& 的 表 达 没 有受到影响 " 生长在生物材料表面及其周围各种细 胞的 $ 因 %& 表 达 都 值 得 更 进 一 步 的 研 究 ! 为 其 升 高或降低都可能代表某种未明确的机制 " 第 8 8 8 细胞因子和生长因子 除粘附分子之外 ! 99 二个关于生物材料植入后生物功能的方面是细胞因 子 # ; 的合成 " 细胞因子是能够被多种细胞所分泌 : ’ 的 调节免疫反应 和 炎 症 反 应 的 重 要 物 质 ! 能 活 化 即 在 也 能 抑制某些生 物 过 程 ! 宿 主 对 植 入 材 料 的 应 答 反应中起核心的控制作用 " 专家研究了与生物材料 作用之后单核细胞和巨噬细胞分泌细胞因子的情
+6 ,况! 包括 < >( *; A < >" = ? @ > 和 = B 最近 $ / 0 . / 等 观察

了 在聚对苯二甲酸乙酯# 5 上生长了 , 的内 67 ) @’ 皮细胞的细胞因子和 : 的合成情况 ! 结果表明 < > ; = 说 ? ( = B :> C 或 : C 没 有 显 著 增 高 ! 明 A < >( $ ; &$ ; ) @ 对内皮细胞没有潜在炎症作用 " 5 D 0 G 报道 血栓调节 子 # @ 是 内 皮 细 胞 协 E F/ F 7 &’ 同因子 ! 它通过 ? ?比例与凝血酶结合 " 二者结合后 H 通 过 $蛋 白 的 介 导 ! 前 凝 血 功 能 转 化 为 抗 凝 作 将 用 "I0 0A F J 也在研究中发现 7 & 作为一种有效的 7 @ 自 然抗凝剂 ! 有 转 化 前 凝 血 酶 原 成 抗 凝 物 质 的 作 具 用! 这表明来源 于 内 皮 细 胞 的 一 些 细 胞 因 子 具 有 调 节抗凝血作用的机能 "据 K.L 来源于血小板 F 报道 ! 的 生长因子#M ; 和成纤维细胞生长因子 ) : ’ # ; ; 也参与 了 血 栓 形 成 过 程 " 当 血 小 板 聚 集 激 N: ’ 活时! 这些 生 长 因 子 释 放 出 来 ! 用 于 其 相 应 受 体 " 作 生 长 因 子 # ) 5 ’ 体 具 有 酪 氨 酸 激 酶 活 性! 如 M ;受 当 与生长因子结合后 ! 跨膜信息传递至细胞内部 ! 发挥 多种生理效应 ! 使细胞内靶蛋白磷酸化 ! 增强细胞膜 万方数据 上磷脂酰肌醇转换等 " 研究发现 ! 血管腔内来源的因

和 转 录 后 &&) 的 表 达 能 够 控 制 相 连 组 织 的 重 塑 F 过程 " 试验表明钛材料的表面情况和化学性质都能 够特异地改变 &&) ,TU > *% 水平 ( *% 稳定性 TU 以及在正常人成纤维细胞中的分泌 " 大 部 分 信 号 传 导 是 基 于 蛋 白 激 酶 和 酶 的 活 化! 它们能够将氨基酸 # 如苏氨酸 ( 丝氨酸 ( 酪氨酸 ’ 磷酸 化为其他蛋白质 " 细胞表面受体的参与 # 比如整合素 与 它在 5 & 上的配体结合’ 够激活这种信号途 能 $ 径 " 这 些过 程 非 常 复 杂 ! 括 一 系 列 的 分 子 激 活 步 包 骤 ! 中 灶 性 粘 附 激 酶 #GA J .0/ Q/ F! 其 X‘OA 7 F G 0A. 起重要作用 ": G7和 %O / G 利用这种分 ; %I’ EL L Qa A

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生 物 医 学 工 程 学 杂 志

第1卷 P

i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ii i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 子生物学理论研究了在可湿性材料上生长的成纤维 结 细 胞中酪氨酸的 磷 酸 化 ! 果 表 明 这 一 参 数 是 生 物 材料能否促进细胞粘附增殖的灵敏指标 " 目前 ! 专家 这种方法 足 以 革 新 我 们 对 于 生 物 相 容 性 及 其 认为! 测定方法的认识并应将其扩展至多种领域 " 有关细胞粘附的信号传导研究有多种途径 " 比 如三磷 酸 腺 苷 # % ’ ) +-等 都 能 够 增 强 细 胞 的 $ & ( *, 粘附! 灶性粘附 和 强 力 纤 维 的 形 成 对 于 稳 固 细 胞 间 连 接是非常重要的 ! 外一 种 $ &连 接 蛋 白 *. 0 另 % +/ 能够启动这一过程 " 参 考 文 献
L + = KG / ,< J- , L ,< ,= F,== I@ GA < =G L H E F +G = @ + E EG <L J<J< GL@ H / J; /N= -K,=G * L EL,< ,G@ == <2SB I OG = V E<-, <+ J@ ; = EG < ,G H / H@, J @ >= !1 3 4 9 # ’ R L 3 5 1 5 9 79 Q 1 % F=C 2& == < @/ E+GH-;, -. KG / J ,G@ 9 / J S +H@G D ,L/ ,E J+G = EEKFG < / E E / TG = F,== AN/ +<G [* [ @ GG +20K ]=+ S < T J<J< JEF/= I[ ,G.I< .@ @[ [ / ,< ! 1 3 46 Q 6 3 5 8 7Q 5 1 \ IG; 6 , + G-]? !O / = U 20 EKF + / D . L/FG@/ g S / F+ B / ,G @/ <=, -+< / D <+=, . - =F/= -< GK,=G - +,= .= L =G +<G /I/ <+ J ;DE2SZ/ <+U G H @ , GK,= E & JK C !1 3 46 1 7 R /N L 3 1 # ’ 9 1 >= E@ >S fT= % ! ? -= Y0! a c2 >/=;, 8 ! @/ G @ ,b d JE J+ , F/E = /<=E ,,<+ ,G@/ EJ, LI/ L I/ <+ J F +,. -< . . +E=G < g / D =J @ J/ h GK,=G , G<+EG@ 2SO + ;A! 3 9 R 9 7 R @=,< / ,LU + 1 3 4 # ’ 1 R 1 B D/ G S JT C !% F J S J<J< JEF/= [h[ 5 =V H< !&/ \ / / C 2&,== AN/ +<G I [ , @[ [ +EF/-G E+GH-;, == <+ @ ,L/ ,E J+K= G@ 2e C A LE = G @ JS>= !1 3 4 L 35 6915 6756 1 YG F <G Q !Z< @ = 20L =G@/ . K, + ,+ VO B G GA +\ V E < ./ D ; @K=/. J J -<=G , %@ /A & :! )/= B 02 C DE D < = / D , L= L <=G EJ /H-;, +-. -- /JG @ ;D @ @ /. J J =J , -< ,E J+F/<==2O J L, LU + / 7Z/@=DE- 3 8 7 5 Z GG<+,=!1 3 79 9 1 1 ‘, ]! ‘GG R 20 -; N / =JI . H/ +/ <= @ J, ) B J K<L DEJ = ,G; @ . - +,= / K;GD, @ K,=G - S >,= U G >,= ;DE- D JGJK= < <G <+ J2 , <+ E <+ >= G@ 41 3 4 7 5 LE = 3 R P 8 G 1 ) E <+ C \ . $2 $ / . / , E /, =L F @ = < P ! ;+ G = . +T< D @ . +A *= = L @ K, KK,G =J / J @EJ @KG /<; <+- @ , E -+E;= , LKG / =D+<L- G @ + E F +/,= GE + J/ K= +@ KI, =2S>,= U G <+ LE = 3 Q R P <+ E >,= >= G@ !1 3 4 7 5 G 1 YG F <G O ! <+,. % 3 + ,+ V S f< I E 2W; @G < =-, @@ ==

  本文关键词：生物材料生物相容性评价研究进展，，由笔耕文化传播整理发布。