CN107029285A

CN107029285A - 一种可吸收甲壳素基复合补片及其应用

Info

Publication number: CN107029285A
Application number: CN201710254817.5A
Authority: CN
Inventors: 刘万顺
Original assignee: Qingdao Huishenghuizhong Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Healthy Marine Bio Pharmaceutical Co ltd
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2037-04-18
Also published as: CN107029285B

Abstract

本发明公开了一种可吸收甲壳素基复合补片及其应用。所述可吸收甲壳素基复合补片，是由具有表面涂层的甲壳素基纤维或线组成的网片；所述的甲壳素基纤维或线不溶于水，其分子结构的主链是多聚氨基葡萄糖，并含有酰基基团和亲水性基团，所述酰基基团的总摩尔百分含量大于或等于70%，且所述亲水性基团的总摩尔百分含量小于30%；所述的表面涂层为水溶性氨基聚糖涂层。本发明在腹壁缺损修补、疝修补手术中植入腹壁内，可在术后降低急性期炎症反应，降低腹腔粘连，同时促进组织细胞生长和胞外基质合成，加速生理修补期腹壁缺损修补，补片在腹壁缺损修补后逐渐降解，降解物被局部组织细胞吸收利用，进一步促进腹壁缺损修补，完全降解后不在体内存留，没有异物存在。

Description

一种可吸收甲壳素基复合补片及其应用

技术领域

本发明涉及一种生物补片，特别是涉及一种可吸收甲壳素基复合补片及其应用，属于生物医用材料领域。

背景技术

疝是普外科常见疾病，主要由脏器或组织连同腹膜壁层，由腹壁缺损或薄弱点向体表突出形成，如股沟疝、切口疝、造口疝等，一般不能自愈。无张力疝气修补手术是近年来应用最为广泛的疝气治疗方法，采用开放手术或腹腔镜手术进行腹壁疝修补，将在腹壁缺损部位向体表突出的脏器还纳回腹腔，再将补片置于所述腹壁缺损处，并缝合固定。目前常用的聚丙烯补片、聚酯补片等非降解合成高分子补片，是由聚丙烯纤维、聚酯纤维等合成材料编织的网状结构，具有较好的抗拉性和抗张强度。但聚丙烯等化学高分子补片由于化学惰性，其在体内长期存在时与机体组织的生长修复不匹配，造成部分患者产生异物感或者疼痛。同时聚丙烯等化学高分子补片与内脏组织接触，易引起较严重的腹腔粘连，甚至可能侵蚀肠壁，引起肠瘘，增加患者的痛苦，甚至需要二次手术取出。由于不可吸收补片在临床应用中出现的长期异物反应，导致术后感染、肠粘连等并发症，一直是临床腹壁疝修补的难题。研究者采用了在合成高分子补片表面进行可降解材料涂层，如表面涂层壳聚糖、胶原、丝素蛋白等，或者将合成高分子补片与可降解材料进行复合，如与壳聚糖膜、胶原膜等复合，用可降解材料对合成高分子补片进行修饰，研制部分可降解补片，以减少合成高分子补片存在的术后感染、肠粘连问题。但由于聚丙烯等非降解材料的长期存在，仍然存在物理刺激引起的无菌炎症，同时与机体组织的生长修复不匹配等问题。因此，可降解外科补片研究受到广泛关注，如生物源性脱细胞基质补片，但生物源性补片往往降解速度快，力学强度低，甚至可能产生免疫原性反应，其中降解时间和力学强度与腹壁缺损、疝修补速率不匹配，因此目前还没有一种理想的补片可以用于治疗腹壁缺损。

有文献（任旺，新型可吸收补片修补大鼠腹壁缺损的实验研究，泰山医学院硕士学位论文，2014年4月1日）报道了采用壳聚糖纤维编织补片进行大鼠腹壁缺损修补的研究结果，研究结果显示，壳聚糖纤维编织补片植入后胶原纤维增生较多，能够满意修补腹壁缺损，但与已在临床普遍使用的生物补片和聚丙烯补片相比，壳聚糖纤维编织补片炎性反应重且内脏粘连明显，还需进一步改进降低炎性反应以提高生物相容性。

机体腹壁缺损修补、疝修补过程大致可以分为手术修补的急性炎症期和手术恢复后的慢性生理修补期。手术后的急性炎症期机体处于免疫失调和强烈的炎症反应过程，导致组胺、5-羟色胺、舒缓激肽等炎性因子释放，毛细血管的通透性增大，富含纤维蛋白的血浆液渗出，纤维蛋白沉积粘附于腹腔其他组织，形成早期腹腔粘连。因此，对于急性期，降低机体炎症反应是降低腹腔粘连的重要措施，同时也加快启动损伤组织的生理愈合修复。手术恢复后的慢性生理修补期，主要是组织细胞的生长和细胞外基质合成，重构生理组织。因此，对于慢性生理修补期，促进组织细胞生长和细胞外基质合成措施非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可吸收甲壳素基复合补片及其应用，旨在腹壁缺损修补、疝修补手术后降低急性期炎症反应，降低腹腔粘连，促进组织细胞生长和胞外基质合成，加速生理修补期腹壁缺损修补，补片在完成腹壁缺损修补后降解吸收，不在体内存留，从而弥补现有技术的上述不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种可吸收甲壳素基复合补片，其特征是由具有表面涂层的甲壳素基纤维或线组成的网片；所述的甲壳素基纤维或线，分子结构的主链是多聚氨基葡萄糖，并含有酰基基团和亲水性基团，该纤维/线不溶于水；所述的表面涂层，是水溶性氨基聚糖涂层；所述的网片，是甲壳素基纤维或线经过编织、机织、针织、钩织等工艺制成的网片。

所述的酰基基团是乙酰基、丙酰基、丁酰基、己酰基、辛酰基、癸酰基、月桂酰基、棕榈酰基以及其它脂肪族或芳香族酰基基团中的一种或几种，酰基基团的总摩尔百分含量大于或等于70%，即分子结构中含有的酰基基团的摩尔数量与氨基葡萄糖糖单元的摩尔数量的百分比大于或等于70%；所述的亲水性基团，其特征是羧甲基、羧乙基、羧丙基、羟乙基、羟丙基、琥珀酰基、磺酸基、季铵基或其它亲水性基团中的一种或几种，亲水性基团的总摩尔百分含量小于30%，即分子结构中含有的亲水性基团的摩尔数量与氨基葡萄糖糖单元的摩尔数量的百分比小于30%；所述的水溶性氨基聚糖，是肝素、硫酸软骨素、透明质酸、羧甲基壳聚糖、羧甲基甲壳素、羟乙基壳聚糖、羟乙基甲壳素、羟丙基壳聚糖、羟丙基甲壳素、羟丁基壳聚糖、羟丁基甲壳素、黄酸化壳聚糖、黄酸化甲壳素、琥珀酰壳聚糖、壳聚糖季铵盐中的一种或几种，或本领域技术人员能够制备的其它水溶性氨基聚糖。

上述可吸收甲壳素基复合补片用作医疗器械或医用材料。

上述可吸收甲壳素基复合补片用于腹壁缺损修补材料，特别用于临床疝修补材料。

本发明的可吸收甲壳素基复合补片在材料选择上是经过严格的实验选择。本发明的可吸收甲壳素基复合补片具有水溶性氨基聚糖涂层，这些水溶性氨基聚糖在分子结构上与细胞外基质糖胺聚糖的分子结构具有结构相似性，可以被组织细胞吸收利用，本发明的实验证明这些糖胺聚糖具有降低术后炎症反应，降低炎症因子释放，降低腹腔粘连的作用；实验还证明这些水溶性氨基聚糖具有促进成纤维细胞生长，促进上皮细胞生长作用，加快术后损伤组织的修复。因此，本发明的可吸收甲壳素基复合补片，在腹壁缺损修补手术中植入缺损的腹壁后，补片上的水溶性氨基聚糖在修补手术的急性炎症期快速被机体受损部位的组织细胞吸收利用，降低炎症反应，降低炎症因子释放，降低腹腔粘连发生，同时促进细胞生长，加快启动术后损伤组织的修复。

本发明的可吸收甲壳素基复合补片中的甲壳素基纤维/线的酰基基团总摩尔百分含量大于或等于70%，亲水性基团的总摩尔百分含量小于30%，是基于该纤维/线不能溶解于水、延长降解时间、增加组织相容性、与腹壁缺损修补匹配，而做出的选择。酰基基团总摩尔百分含量大于或等于70%的甲壳素基纤维/线不溶于水，同时由于酰基化从而增加了纤维/线的力学强度，其力学强度增加40%以上，同时也延长了其在体内的降解时间，补片在体内48周大部分降解。力学强度的增加，以及降解时间的延长，有利于本发明的可吸收甲壳素基补片与腹壁缺损修补的匹配，有利于其与组织生长的匹配，增加舒适感，在腹壁缺损修复过程中逐渐降解。亲水性基团的总摩尔百分含量小于30%的甲壳素基纤维/线也不溶于水，同时由于少量的亲水性基团的存在，增加了甲壳素基纤维/线与机体组织的相容性，减少异物感，有利于损伤组织的修复。本发明的可吸收甲壳素基复合补片中的甲壳素基纤维/线，在腹壁缺损修补手术后的生理修补期逐渐降解成氨基单糖和氨基寡糖，被局部组织细胞吸收利用，从而促进局部组织细胞的生长，促进腹壁缺损修补。

因此，本发明的可吸收甲壳素基复合补片在腹壁缺损修补、疝修补手术中植入腹壁内，可在术后降低急性期炎症反应，降低腹腔粘连，同时促进组织细胞生长和胞外基质合成，加速生理修补期腹壁缺损修补，补片在腹壁缺损修补后逐渐降解，降解物被局部组织细胞吸收利用，进一步促进腹壁缺损修补，完全降解后不在体内存留，机体没有异物存在。

具体实施方式

下面通过具体实施例详细说明本发明。

实施例1：含不同酰基化基团和亲水基团的甲壳素基纤维的水溶性测试

不同酰基化基团含量和亲水基团含量的甲壳素基纤维购买自青岛舜博生物技术研究所，通过实验测试了这些不同的甲壳素基纤维的水溶性，结果如表1。从表1中可以看出，当甲壳素基纤维的酰基基团的摩尔百分含量大于或等于68.5%时，并且亲水性基团的摩尔百分含量小于或等于30.9%时，甲壳素基纤维遇水不溶解。

表1. 甲壳素基纤维的水溶性比较

实施例2：甲壳素基纤维与壳聚糖纤维的力学强度比较

分别剪取重量相当的5段长度为10cm的甲壳素基纤维3（含乙酰基68.5%）、甲壳素基纤维5（含丙酰基73.8%，含羟丙基10.3%），剪取5段长度为10cm的壳聚糖纤维（购买于青岛舜博生物技术研究所，含乙酰基2.5%），在电子拉力机上测试甲壳素基纤维和壳聚糖纤维的断裂强度。测定结果显示，甲壳素基纤维4的平均断裂强度为14.5N，甲壳素基纤维5的平均断裂强度为15.2N，壳聚糖纤维的平均断裂强度为10.3N，表明甲壳素基纤维的断裂强度高于壳聚糖纤维的断裂强度。进一步的实验表明，在亲水性基团摩尔百分含量小于30%时，甲壳素基纤维的断裂强度随酰基基团含量的增加而增加。

实施例1、实施例2表明甲壳素基纤维含酰基基团摩尔百分含量大于或等于70%时，并含亲水性基团摩尔百分含量小于30%时，甲壳素基纤维遇水不溶解；甲壳素基纤维的断裂强度高于壳聚糖纤维，且甲壳素基纤维的断裂强度随酰基基团含量的增加而增加。这些性质表明本发明的甲壳素基纤维/线适于用于可吸收补片制备的原材料。

实施例3：水溶性氨基聚糖促进细胞生长实验

分别以硫酸软骨素（购买于青岛九龙生物医药有限公司）、羧甲基甲壳素、羟乙基壳聚糖（购买于青岛弘海生物技术有限公司）为实验材料，体外培养L929成纤维细胞，评价3种亲水性氨基聚糖对细胞生成的影响。将对数生长期的L929细胞经胰酶消化，用DMEM培养基调节细胞浓度至2.0×10⁴个/ mL，接种于96孔细胞培养板，于CO₂培养箱（37℃，5%CO₂）中培养24h后，换液，以不含水溶性氨基聚糖的培养孔为对照组，含不同浓度水溶性氨基聚糖（浓度分别为10、50、100、250、500μg/ mL）的培养孔为实验组，细胞培养至48h时观察细胞生长情况，并用MTT 法在酶标仪492nm下测定各孔吸光值，计算细胞增值率。

实验结果显示，细胞培养48h时，对照组和实验各组细胞形态呈梭形，贴壁良好，生长旺盛，细胞状态良好；实验各组的细胞密度明显大于对照组，细胞增值率如表2，可见3种氨基聚糖都具有促进成纤维细胞生长的作用。

表2. 氨基聚糖对细胞生长的影响

实施例3表明本发明的水溶性氨基聚糖具有促进成纤维细胞生长的作用。上述水溶性氨基聚糖在分子结构上与细胞外基质糖胺聚糖的分子结构具有相似性，可以被组织细胞吸收利用，促进纤维细胞生长，加快术后损伤组织的修复，因此适于用于可吸收补片涂层的原材料。

实施例4：亲水性氨基聚糖抑制大鼠术后炎症因子释放实验

实验以大鼠为实验动物，体重200±20g，实验分为4组，阴性对照组，羧甲基甲壳素组，硫酸软骨素组，透明质酸组，每组12只大鼠，雌雄各半。大鼠麻醉下沿腹部中线制备了开腹4cm手术模型，在关腹缝合前，按分组分别将100mg的羧甲基甲壳素、硫酸软骨素、透明质酸撒在手术切开处，阴性对照组不使用氨基聚糖，手术线缝合关腹。分别于术后3h、6h各组取4只大鼠尾静脉取血，用试剂盒测定血清5-羟色胺、舒缓激肽含量，结果见表3。实验结果表明，本发明的氨基聚糖具有降低炎症因子释放量的作用，从而降低术后机体的炎症反应。

表3. 氨基聚糖对炎症因子释放的影响

因此，本发明的亲水性氨基聚糖可在术后降低急性期炎症反应，从而降低毛细血管的通透性，减少血浆液渗出，降低术后腹腔粘连，因此本发明的亲水性氨基聚糖适于用于可吸收补片涂层的原材料。

实施例5：可吸收甲壳素基复合补片的制备

配制重量百分比为2%的透明质酸水溶液100 ml，将甲壳素基纤维钩织网片（含乙酰基15%，丙酰基75%，羟丙基15%，摩尔百分比）10片（规格5cm×5cm）浸入上述透明质素溶液30min，取出网片，60℃加热干燥，得甲壳素基复合补片1。配制重量百分比为2%的羧甲基甲壳素、质量百分比为1%硫酸软骨素的水溶液100 ml，将甲壳素基纤维钩织网片（含丙酰基78.8%，月桂酰基10.5%，摩尔百分比）10片（规格5cm×5cm）浸入羧甲基甲壳素溶液30min，取出网片，60℃加热干燥，得甲壳素基复合补片2。

本发明的可吸收甲壳素基复合补片的制备可以有多种方法，一是先在甲壳素基纤维/线的表面进行亲水性氨基聚糖涂层，得到的有涂层的纤维/线经过编织、机织、针织、钩织等工艺制成的网片；二是先将甲壳素基纤维/线经过编织、机织、针织、钩织等工艺制成的网片，再对网片进行亲水性氨基聚糖涂层。编织、机织、针织、钩织等制备网片技术是成熟技术，这些工艺是现有成熟技术，都可以实现。甲壳素基纤维/线表面的亲水性氨基聚糖涂层方法也是本领域技术人员熟悉的方法，如在纤维/线的表面涂层氨基聚糖水溶液后，通过加热干燥、自然干燥等方法，或者将涂层的氨基聚糖进行交联，在经过干燥。

实施例6：可吸收甲壳素基复合补片体内降解试验

以大鼠为试验动物，手术下将上述可吸收甲壳素基复合补片1、2（裁剪规格5mm×5mm，无菌）分别植入到大鼠背部皮下，在不同时间点解剖观察降解时间，病理切片HE染色观察组织炎症反应。结果显示，补片1、2植入皮下2周时均有少量组织炎症，4-10周时周围组织正常，无明显炎症反应，补片无降解；12周时出现少量降解，无明显炎症反应；24周时仍少量降解，可见少量炎症细胞存在；36周时可将补片1、2降解明显，补片1的降解程度大于补片2，48周时补片1、2大部分降解，有少量炎症细胞出现，总体上炎症反应轻。体内降解结果表明，本发明的可吸收甲壳素基复合补片可在体内降解吸收，降解时间在36周以上，降解过程中炎症反应较轻，具有较好的生物相容性。

实施例7：可吸收甲壳素基复合补片对动物腹壁缺损修补试验

大鼠132只，体重200±20g，雌雄各半，实验分为3组，聚丙烯补片对照组，甲壳素基补片1组，甲壳素基补片2组，每组40只大鼠，雌雄各半，其余12只为正常对照不手术。手术下制作了大鼠腹壁全层缺损模型（缺损10mm×20mm），对照组用聚丙烯补片（裁剪规格15mm×25mm，无菌）对大鼠腹壁缺损进行手术修补，实验1组用本发明的可吸收甲壳素基复合补片1对大鼠腹壁缺损进行手术修补（裁剪规格15mm×25mm，无菌），实验2组用本发明的可吸收甲壳素基复合补片2对大鼠腹壁缺损进行手术修补（裁剪规格15mm×25mm，无菌），并在术后1d、3d、7d时，各组取大鼠4只，以正常大鼠为对照，尾静脉取血，用试剂盒测定血清中IL-1β含量，在术后15d、30d、60d、90d、180d、250d各组处死大鼠4只，解剖观察腹壁缺损修补情况。

术后血清IL-1β含量测定结果表明，对照组和实验组1组、2组大鼠血清IL-1β的浓度在术后1d均显著增高，IL-1β的浓度均大于4000 pg/ml，与正常对照组（小于800 pg/ml）有极显著性差异；术后3d时，实验1组和实验2组血清IL-1β浓度显著下降（小于1500 pg/ml），而聚丙烯组血清IL-1β浓度较实验组高约2倍（大于3000 pg/ml）；术后7d时，实验1组和实验2组血清IL-1β浓度显著下降基本恢复至正常水平，而聚丙烯组血清IL-1β浓度仍处于高水平状态（大于2000 pg/ml）。本实验表明，大鼠术后处于较为强烈的炎症反应过程，而本发明的可吸收甲壳素基复合补片具有降低炎症反应程度的作用。

术后腹壁缺损修补观察结果表明，本发明的可吸收甲壳素基复合补片1、补片2在植入体内腹壁修补术后，15d时材料周围结缔组织增生，可见明显炎症反应，30d时炎症反应消失，材料与周围组织交互良好，60d时材料与周围组织界限模糊，交界处由纤维结缔组织衔接良好，有少量腹腔粘连存在，90d时腹壁修补呈半透明状，180d时材料有降解，修补处厚度与正常腹壁无异，有少量的腹腔粘连存在，术后250d材料完全被新生胶原纤维替代。可吸收甲壳素基复合补片1、补片2对腹壁缺损修补效果相似。聚丙烯补片在植入体内腹壁修补术后，在术后不同时间观察时，材料在后期（60d以后）体内的异物反应较重，常见伤口周围纤维结缔组织过度增生，伤口处可见大量炎性细胞，腹腔粘连严重，聚丙烯材料不发生降解，材料皱缩，有变形。实验结果说明，本发明的可吸收甲壳素基复合补片对腹壁缺损具有很好的修补效果，材料在体内降解时间与腹壁修补时间匹配，炎症反应轻，与聚丙烯补片比较，可有效减少腹腔粘连。

Claims

1.一种可吸收甲壳素基复合补片，其特征是由具有表面涂层的甲壳素基纤维或线组成的网片；所述的甲壳素基纤维或线不溶于水，其分子结构的主链是多聚氨基葡萄糖，并含有酰基基团和亲水性基团，所述酰基基团的总摩尔百分含量大于或等于70%，且所述亲水性基团的总摩尔百分含量小于30%；所述的表面涂层为水溶性氨基聚糖涂层。

2.如权利要求1所述的可吸收甲壳素基复合补片，其特征是所述的网片是甲壳素基纤维或线经过编织、机织、针织或钩织工艺所制成的网片。

3.如权利要求1所述的可吸收甲壳素基复合补片，其特征是所述的酰基基团是脂肪族或芳香族酰基基团中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的可吸收甲壳素基复合补片，其特征是所述的脂肪族酰基基团为乙酰基、丙酰基、丁酰基、己酰基、辛酰基、癸酰基、月桂酰基、棕榈酰基中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的可吸收甲壳素基复合补片，其特征是所述的亲水性基团是羧甲基、羧乙基、羧丙基、羟乙基、羟丙基、琥珀酰基、磺酸基、季铵基中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的可吸收甲壳素基复合补片，其特征是所述的亲水性氨基聚糖是肝素、硫酸软骨素、透明质酸、羧甲基壳聚糖、羧甲基甲壳素、羟乙基壳聚糖、羟乙基甲壳素、羟丙基壳聚糖、羟丙基甲壳素、羟丁基壳聚糖、羟丁基甲壳素、黄酸化壳聚糖、黄酸化甲壳素、琥珀酰壳聚糖、壳聚糖季铵盐中的一种或几种。

7.如权利要求1-6任一项所述的可吸收甲壳素基复合补片用作医疗器械或医用材料。

8.如权利要求1-6任一项所述的可吸收甲壳素基复合补片用于腹壁缺损修补材料。

9.如权利要求1-6任一项所述的可吸收甲壳素基复合补片用于临床疝修补材料。