迎接生物醫用材料的新時代

生物醫用材料涵蓋生物醫用金屬材料、生物醫用高分子材料、生物醫用無機非金屬材料以及生物醫用復合材料，它是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。隨著生物技術的蓬勃發展和重大突破，生物醫用材料已經成為了各國科學家競相進行研究和開發的熱點。近年來，有關醫用材料以及醫用材料在高新醫療技術領域應用研究的相關報道層出不窮，并且生物可降解合成高分子材料在醫藥領域得到廣泛的應用。本期會客室，我們請到了上海交通大學醫學院附屬九院中心主任、中國生物材料學會生物材料生物學評價分會副主任委員、全國計劃生育器械標準化委員會主任委員孫皎女士，共同探討生物醫用材料在醫療行業的應用。

本刊：孫教授，您好！很高興您能接受《國際塑料商情》雜志的專訪?？山到忉t用高分子材料在醫療器械中有許多應用，比如：心臟支架、人工血管等，除此之外，還有哪些應用？使用可降解醫用高分子材料是基于什么原因？

孫皎：惰性材料在人體的應用雖然歷史悠久，也被臨床所接受，但作為異物長期存在于體內依然有可能會引起局部的組織反應，有的惰性材料使用一段時間后需要二次手術取出，這對于患者而言，既增加痛苦又增加了額外的開支。因此，可降解醫用材料應運而生。這類材料期望能在原位消失，其降解產物由機體代謝，且對人體不產生危害。

目前可降解醫用材料中醫用高分子材料的應用最多，這里簡單地介紹幾個，如：外科手術時關閉切口所用的可吸收縫合線、骨科用內固定的螺釘、腹膜補片、各類填充材料、創面敷料等。這些材料在降解前，材料具有一定的力學強度和形狀，隨著應用時間的推移，材料的強度和形狀逐漸消失。在這個過程中，伴隨著高分子長鏈的斷裂和降解產物的生成，這些產物可以參與到機體的代謝中。它們的轉歸是人們所關注的。

本刊：可降解醫用高分子材料作為傳統醫用塑料的替代品，如何做到讓它在合適的時間段內進行降解？影響生物可降解材料降解的因素有哪些？

孫皎：高分子材料的降解時間與材料本身的組成成分、結構、形狀、分子量大小、材料所處的微環境、局部受力情況等諸多因素有關，其中包括化學因素、物理因素、環境因素等。因此，可降解醫用高分子材料應該根據預期臨床應用的需要，通過調控上述影響降解的相關因素來設計材料，使最終形成的產品做到在合適的時間段降解。

本刊：目前國內生物醫用材料中，可降解醫用高分子材料的主要應用現狀是怎么樣的？目前市場上大部分使用的還是不可降解的材料，那么可降解醫用高分子材料未得到廣泛使用的原因是什么？

孫皎：目前可降解醫用高分子的主要應用于可吸收縫線、敷料類產品、骨科內固定螺釘、生物膜、介入支架等。其實可降解醫用高分子有其優勢，但這并不是意味著可以替代目前臨床所用的不可降解的生物材料。有些應用不能用可降解的材料，比如牙科充填材料，當牙體缺損時，由于自體牙體組織沒有自修復能力，所以就必須要用人工材料去填補，而這類材料我們希望長期存留在缺損部位行使牙齒的功能。

本刊：近年來，部分生物醫用陶瓷材料、生物醫用高分子材料和生物醫用金屬材料發展較快，這些材料各自都有什么不同的優勢？臨床上分別有什么樣的應用呢？

孫皎：這三大類材料其實各有優勢和不足，主要還要根據用途和使用的部位、局部組織的特點以及預期修復或替代的目的來選擇應用。一般來講，生物醫用陶瓷材料的特點是強度高，生物相容性較好，但其脆性大，主要用于骨修復材料；生物醫用高分子材料特點是有一定的強度、有韌性和可塑性，彈性模量與組織相對比較接近，但由于有時殘余單體或一些添加成分，可能要更關注其毒性問題，它們可用于人工血管、血管支架、齒科材料、生物補片、注射器、輸液器等；生物醫用金屬材料的特點是具有良好的物理機械性能，但存在力學性能與被修復的組織不匹配，長期使用有時存在金屬離子的溶出或金屬的腐蝕現象，從而影響其生物相容性，這類材料主要用于骨科或頜骨的修復以及內固定材料。

本刊：之前政府出臺的《“十三五”科技創新規劃》明確指出要大力發展新材料技術和先進高效生物技術，生物可降解醫用高分子材料未來的發展趨勢有哪些？

孫皎：從方向性上來說，只要不是必須使用不可降解材料的情況下，通俗講就是，被修復的部位自體組織沒有自修復能力，這種情況除外，對于其他方面的應用，采用可降解類材料是一種趨勢。這是因為可降解材料能夠在機體需要的時候存留在那里，而機體組織在逐漸修復過程中材料會降解留出空間讓自體組織長入，最終材料原位消失，取而代之的是自體組織，機體內沒有外來的異物，這應該是一種理想的修復方式。可降解醫用高分子材料也不例外，比如可吸收的醫用縫線，早期是為了縫合傷口或手術切口，一定時間后當自體皮膚組織生長修復后，縫線本身逐漸降解，原位消失。可降解醫用高分子材料今后的發展必須要考慮到兩個問題：其一是組織再生與材料的降解速度相匹配性；其二是降解產物在體內的轉歸和生物安全性。有關匹配性問題，很易理解，還是舉縫線的例子，當傷口組織還未長好，如果縫線過早或過快降解，顯然傷口就會裂開，這是臨床無法接受的情況。

經過近十幾年的發展，我國現代生物醫用材料產業已具雛形，并進入高速發展階段。在我國，促使生物醫用材料快速發展的原因主要是我國老年人口數目提升及慢性疾病問題逐漸增加，對于人工關節等骨科應用及心臟支架等心血管應用的需求持續攀升，預期未來市場將仍維持穩定增長趨勢。同時由于全球生醫材料的應用領域的擴展、產品技術的改良和人們對生物醫用材料產品接受度的逐漸提升，也是促使生物材料市場需求和提升市場規模的主要推動力。

據統計，我國生物醫用材料市場銷售額保守估計，到2020年，年銷售額將達到1355億美元，10年內將成長為世界第二大生物醫用材料市場。目前來看，全國需要醫用縫合線3000萬根/年、血管支架100萬個/年、骨修復材料200套/年。今后，醫用高分子材料、生物陶瓷和醫用金屬等材料的需求將大幅增加。

可以預料，在未來20-30年內，生物醫用材料和植入器械科學和產業將發生革命性變化：為再生醫學提供可誘導組織或器官再生或重建的生物醫用材料和植入器械新產業將成為生物醫用材料產業的主體；表面改性的常規材料和植入器械作為其重要的補充。保守估計，2030年左右兩者可能導致世界高技術生物材料市場增長5萬億美元，相應地，帶動相關產業新增間接經濟效益可達5萬億美元。