书城科普材料纵横
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第17章 美丽自信的动力——生物医学材料(1)

爱美之心,人皆有之。随着科技的进步,许多领域里高科技的应用都为人们带来美丽、欢乐与享受。而人们对美的追求也越来越高,从生活的层次逐渐向自身完美发展,希望借助高科技的手段达到自身美化目的。如今,人类不仅拥有越来越先进的医学设备,同时还拥有了性能越来越好的医学材料。它们不仅除去病患,更能改善人们的外在形象,使人们对生活更加自信。这种可用于医疗的,与生命系统接触和发生相互作用并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗,替换修复人体组织器官,或增进其功能的一类天然或人工合成的特殊功能材料,被称为生物医学材料。

生物医学材料用于人类美容,早已家喻户晓。迄今为止,这类材料基本上是以现有材料为基础,根据需要对其进行适当纯化或改性,然后加以利用来满足使用要求。对于真正设计生物分子材料的研究并不多见,因为人们还不能清楚地表述出其与生物体组织之间的相互作用机理。然而,从安全用角度考虑,人们对生物医学材料的研究主要集中在探寻具有生物相容性、可降解以及耐腐蚀等性能的材料。

生物医学材料的生物相容性包括血液相容性和组织相容性。一般所说的生物相容性是指组织相容性,它主要是研究材料与机体组织器官相接触的生物相容性。提高材料组织相容性主要有两种途径:一种是充分利用天然的高分子材料,另一种是在基础材料的表面固定有生理功能的物质(如多肽、细胞生长因子等)。

生物医学材料可降解是指它能够在生物体内分解,分解产物可被吸收、代谢,最终排出体外(在体内没有保留和副作用)。它可用来诱导周围组织的生长或作为植入细胞的黏附、生长、分化的临时支架,所以其用途很广,如手术缝合线,人工皮肤等。

生物医学材料的智能化是指利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面,通过表面修饰构建新一代的分子生物材料,来引发我们所需的特异生物反应,抑制非特异性反应。例如将一种名叫玻璃粘连蛋白(VN)的物质固定到钛表面,发现固定VN的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。

在开发新型医用材料方面也有大量的研究。如,研制新型的合金材料使之具有优良的生物性能或特殊的应用;研发纳米生物材料,利用纳米控释技术和纳米颗粒基因转移技术实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。另外,目前的研究还集中在研制具有多种特殊功能的生物材料,如用于口腔医学临床的金属和陶瓷以及用碳纤维增强的复合材料。

6美丽自信的动力——生物医学材料虽然世界医学材料领域发展迅速,但是我国受社会环境的影响,在此方面的研究整体水平不高,大多研究都属于跟踪性,开发新源头少,创新性少。我国的生物医用材料市场占世界市场的份额不足2%,产品主要依靠进口,产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。目前,我国正大力提倡并支持生物医学材料的研发工作,众多研究正在进行中。

6.1女人外在美——植入材料

漂亮外貌对人们的吸引已经成为一种自发的潜在意识。早在汉朝时,著名的《陌上桑》曾做出这样的描述:“行者见罗敷,下担捋髭须。少年见罗敷,脱帽着帩头。耕者忘其犁,锄者忘其锄,来归相怨怒,但坐观罗敷。”这段语言充分地描述了一位漂亮女子罗敷的容貌对人们有不可估量的吸引力,甚至“罗敷”这一人名成为汉末至三国时期人们对漂亮女子的一种称呼。

可见,容貌美丽总是第一眼吸引了人们的注意力,所以美丽是人们的一种追求。以前,人们无法改变自己的外貌,天生艳丽外貌总是受到人们的追捧,外貌不美甚至有身体缺陷的人则有深深的自卑。但是,随着医学的发展,人们可以通过科技手段实现自己对美的追求,改变自己,完美自己,从而带来美的享受,这就是我们所说的整形整容。

6.1.1植入材料的分类

在整形美容过程中,采用去除和填充的方法,改变人体的外观。而在此过程中填充材料的材质是重点,它的好坏会直接影响人体的健康,所以我们在这里主要介绍几种医疗美容填充材料。按照修复性能,可将植入材料分为自体材料及人工材料两大类。

(1)自体材料

自体脂肪就是一种复合脂肪颗粒,来源于自身,是从人体自身某些部位吸取的皮下脂肪细胞,经过净化处理、注入药物后混合而成,所以可以与自身组织完全相融,不存在排异反应和免疫反应。所以自体材料是最好的填充材料,而目前最好的软组织填充材料就是自体脂肪,它可通过移植来达到美容、塑形的效果。但是采用自体材料进行整形手术时存在不足之处:①大多需要进行再次手术,因为移植脂肪术后会部分被吸收;②需按摩使移植填充后的脂肪细胞尽量分布均匀;③脂肪的用量过多或过于集中极易引发感染,因为大量脂肪堆积会因供血不足导致脂肪坏死、溶解、吸收,出现纤维化或钙化、脂肪坏死等后遗症;④自体组织取之有限,而且并不能满足所有的手术目的。

(2)人工材料

人工材料不需自身取材,取材的量也不会受到限制,所以很受广大顾客的欢迎。目前市场上有不少固体和液态的人工移植材料,如聚丙烯酰胺水凝胶、人工胶原、透明质酸、爱贝芙等。

6.1.2常见人工植入材料

(1)人造脂肪

聚丙烯酰胺水凝胶,是一种无色透明类似果冻状的液态物质,俗称人造脂肪,但不能被人体所吸收。它是由丙烯酰胺单体聚合而成。当植入人体(如胸、脸颊、臀部等)后,存在材料移动与安全隐患,前者影响手术效果,后者则是因为体温、运动和生物酶等因素使其分解成丙烯酰胺单体,产生剧毒,毒害神经系统,损伤肾脏,甚至产生其他并发症或伤害。因此,聚丙烯酰胺水凝胶是埋在人体内的定时炸弹。目前只有少数国家同意使用,使用历史也较短,长期应用的效果,有待于时间的检验,因此要慎用为宜。

(2)透明质酸

透明质酸(HA)又称玻璃酸、糖醛酸、玻尿酸等,它是人体组织的基质成分,是一种酸性黏多糖结构。透明质酸是一种高分子的聚合物。早在1934年美国哥伦比亚大学Meyer教授等已分离出该物质,其显示出的优异的生理特性,如良好保湿性、减缓组织老化(可减少自由基的形成)、抗发炎、抑制病菌产生、促进伤口愈合、可抑制癌细胞扩张等。透明质酸本身带有负电荷,在动物体中存在于大部分的软结缔组织中。以透明质酸为移植填充材料具有很好的生物相容性,基本不存在排异反应和免疫反应,是一种良好的微型整容手术材料。

(3)人工胶原

和透明质酸一样,人工胶原是人体组织的一种基质成分。作为填充材料,具有很好的生物相容性。但不足的是所选用的胶原多从牛胶原中提取,植入人体后会存在较高的致敏性。人工胶原与透明质酸一样具有较高的吸取性,所以移植后在6个月至两年当中逐渐被人体组织吸取。

(4)爱贝芙材料

爱贝芙材料是获得中国国家食品药品监督管理局认证注册的一种植入效果极佳的人工合成材料。该材料于1996年获得欧盟CE认证,在国外已达30多万人接受注射,效果极佳。它是由微球结构和胶原蛋白或透明质酸以约1∶4的比例组成,微球是一种高分子聚合物,即聚甲基丙烯酸甲酯,直径在32~40微米。爱贝芙材料微球被胶原蛋白或透明质酸包裹,每毫升溶液里藏着600万个小微球。该材料可用于脸部除皱、鼻唇沟纹、丰唇、修复瘢痕、乳头充盈和其他皮肤缺陷,可起到永久填充的效果。但是,关于爱贝芙材料的研究起步晚,它的使用时间不足十年,所以长期效果有待于观察。

6.1.3植入材料选用原则

从上述描述可以看出,选用整形整容材料首先需要遵循安全第一的基本原则,其次再考虑材料的选择:优选自体材料,次选固体的人工材料,最后选液体的人工材料。总的来说,应用于整形整容的材料具有一个普遍衡量的标准:①无毒无害,材料不会因为受人体温度、湿度、运动等影响产生对人体有毒害的物质;②生物相容性好,不会产生排斥和免疫作用,稳定性强,植入人体后不降解、不粘连;③安全可靠,材料的临床应用越久,应用成果越多越好,才能证明材料安全可靠;④可塑性好,材料具有良好的可塑性,可方便医生按要求塑形,确保整形效果;⑤优选固体材料,因为操作便利,方便更换材料或取出。

6.2人有“完人”——人工器官

随着社会的发展,人们对健康的追求也越来越重视,虽然许多重大疾病已经被控制,但是仍有大量患者需要通过移植器官来治疗疾病。据报道,我国每年约有150万患者需要肾脏移植,有50万患者需要肝脏移植,其中仅有大约1%患者能够获得器官移植机会。最初,器官移植术来源主要是人体同种移植,但是此来源毕竟有限,不能解决器官移植存在的问题。更严重的是,人类“供体”的短缺导致非法买卖人体器官行为的存在,这种非法行为导致人们的恐慌。自20世纪80年代以来,用人工器官替换无法治愈的病变器官的研究已经引起了人们注意,进入21世纪,伴随着病患需求量增大,相关研究更是迅猛。目前,用于模拟替代器官功能的人工器官只能模拟一至两种必需的最重要功能,并不具备所替代的原生物器官的一切功用,但它拓宽了疾病治疗途径,增加了患者获救机会,已经使越来越多的患者受益。据美国食品与药品管理局预测,未来十年生物医学工程产业39项新产品中,涉及人体器官、器件和组织替代物的产品几乎占50%,所以对此领域的研究工作成为21世纪初的热门课题。

人工器官是由人工材料制成,能部分或全部代替人体自然器官功能的机械装置。它代替人体器官所起的作用可以是暂时性的,也可以是永久性的。制造人体器官的材料必须具有很好的生物相容性,动物组织是制造人工器官的首选(因为其组成及结构与人体组织相近,是天然生物材料),但是,移植手术伴随的排斥反应和组织处理技术,成了世界生物材料发展的一道屏障。目前,除人工大脑外,几乎人体各个器官都在进行人工模拟研制中。据报道,由40余种不同材料制成的人体器官、组织工程单品和植入物中,已有超过50个品种用于临床,这些人工器官修复了病损器官功能,挽救了患者的生命。

6.2.1人工器官分类