植入式医疗器械的生物可吸收聚合物

Abbott 将 PLLA（一种生物可吸收聚合物）用于其 Esprit BTK 支架

生物可吸收聚合物以可预测的速度降解和消失，使其成为植入式设备部件的理想材料，否则可能会损害愈合或造成持续的伤害或感染风险。

由乙内酯/丙交酯聚合物制成的生物可吸收缝合线于 1970 年代首次开发，具有足够的强度和柔韧性，可以将组织固定在一起以促进愈合。

但与伤口愈合后长时间留在患者体内的合成缝合线不同，生物可吸收缝合线不会产生异物反应的长期风险，也不需要第二次干预才能去除。

Johnson & Johnson MedTech的Ethicon，Medtronic，Braun，Smith + Nephew和其他医疗技术开发商提供各种生物可吸收缝合线。Ethicon、Medtronic、Gore、Allergan 和 Bard 都是生物可吸收手术网的制造商。

生物可吸收材料还允许开发设备，这些设备在最初植入时必须是刚性的，但随着周围自然组织的愈合而变得柔韧。

Elixir 的 Dynamx 药物洗脱冠状动脉生物接头体具有可生物吸收的聚合物解锁机制

Elixir 的 Dynamx 生物接头是一种具有金属和可生物降解元素的药物洗脱支架。首次植入时，支架被“锁定”以建立最大流腔。当生物可吸收部件消失时，结构被“解锁”，使容器能够保持脉动和适应性流量。

这些材料还可以形成支架，以促进患者自身细胞再生为新组织，例如取代有缺陷的瓣膜的活的、不断增长的心脏瓣膜。

生物吸收性也可能需要在强度或重量上做出妥协。

2017年，雅培（Abbott）在未能在市场上找到有利可图的利基市场后，将其大肆宣传的Absorb BVS聚L-丙交酯冠状动脉支架从市场上撤下。长期研究表明，与药物洗脱金属支架相比，Absorb BVS 并没有改善长期结果。

为了提供足够的径向强度来打开血管，Absorb BVS 支柱必须比同类金属药物洗脱支架的支柱厚。 研究人员推测，较厚的支柱使其更难展开，并可能导致血流改变和血栓形成，尤其是当支架在血管中断裂时。

Elixir Medical、REVA Medical、Biotronik 和 Amaranth Medical 等公司在 2010 年代为欧洲市场开发了完全由生物可吸收材料制成的支架。

“[但是]在最初因支架消失的梦想而对BVS的过度热情之后，临床试验带来了巨大的幻灭，”Mateusz Jezewski等人在2019年《临床医学杂志》上的一篇评论说。

雅培于 2024 年 4 月获得 FDA 批准 Esprit BTK，这是一种依维莫司洗脱的 PLLA 外周支架，用于治疗慢性威胁肢体缺血。

然而，药物洗脱冠状动脉支架的创新主要转向金属支架，从生物可吸收涂层中洗脱其抗再狭窄药物。

组织学数据显示，将药物与支架结合的聚合物是用金属药物洗脱支架处理的血管中炎症的主要原因。带有生物可吸收聚合物涂层的金属支架可以保持径向强度，而不会抑制血管壁的愈合。

Boston Scientific 的 Synergy 依维莫司洗脱支架涂有 Synchrony，该公司的名称是 4 微米厚的聚（DL-丙交酯-co-乙交酯）（PLGA）。每平方毫米含有 1 微克依维莫司。当聚合物降解时，它会将药物释放到血管壁中以防止过度增殖。

波士顿科学公司 Synergy BP 依维莫司洗脱支架支柱上的 Synchrony 聚合物涂层的特写视图

植入式设备中使用的生物可吸收材料示例

聚乳酸（PLA）是一组半结晶热塑性聚酯，可降解成乳酸，一种常见的天然化合物。具体来说，PLA是通过丙交酯的开环聚合而得到的聚合物。应用包括缝合线、手术网片、牙科和骨科固定装置。药物递送系统依靠PLA材料实现多功能性和生物相容性。

PLLA（聚-L-乳酸）和PDLA（聚-D-乳酸）是PLA家族中的均聚物。

PDLLA（聚-D，L-乳酸）是PLA的共聚物。

聚乙醇内酯或聚乙醇酸 （PGA） 也会通过水解分解，但结果是乙醇酸。在其他应用中，它已被开发为超弹性材料，以促进新骨的发育和疝气修复。

聚（乳酸-乙醇酸共聚物）（PLGA）是乳酸和乙醇酸的共聚物。它通常是骨替代结构的首选，因为可以通过调整其单体之间的比例来控制降解特性。PLGA也被开发用于靶向药物递送。

聚己内酯 （PCL） 降解缓慢，已用于药物递送和组织工程支架。基于PCL的胶原蛋白填充剂还用于美学应用，例如3D打印的乳房植入物。

Ethicon 的 Stratafix 无结缝合线使用聚二恶烷酮

聚二恶烷酮 （PDO） 是一种合成聚合物。它通常比PGA或PLA材料更柔韧、更弱，但它通常用于可吸收缝合线和骨科植入物，这些缝合线和骨科植入物会在几周内迅速降解。Ethicon 的 Stratafix 是一种无结聚二恶烷酮缝合线，涂有抗菌剂三氯生。

聚碳酸三亚甲酯 （PTMC） 因其独特的降解行为（包括生产非酸性降解产物）而已针对药物输送和软组织应用（如输尿管支架）进行了测试。美敦力的 Maxon 缝合线于 1980 年代首次推出，由乙醇内酯和碳酸三亚甲酯的共聚物制成。Novus Scientific 的 Tigr Matrix 手术网是乙内酯、丙交酯和碳酸三亚甲基酯的共聚物。

聚羟基链烷酸酯（PHA）是一组通过化学合成或细菌生物合成生产的可生物降解聚酯。它们用于各种应用，包括手术螺钉和订书钉，以及用于靶向剂量递送的药物。

聚（L-丙交酯共己内酯）（PLCL）是己内酯和丙交酯的共聚物，结合了PLA的强度和PCL的耐久性。它应用于组织工程和再生医学，并可能在血管组织等动态环境中得到应用。研究人员使用PLCL开发了一种小儿心脏瓣膜，该瓣膜可以随着孩子的发展而生长。

聚酯酰胺（PEA）是氨基酸和二羧酸的共聚物，具有聚酰胺（如尼龙）的热和机械性能，以及聚酯的生物相容性和生物降解性。应用包括药物输送系统和组织工程。

聚氨酯 （PU） 可以模仿天然组织特性，使其适用于器械涂层，以提高植入器械的生物相容性。

生物可吸收还是生物可吸收？

术语“生物可吸收”和“生物可吸收”通常可以互换使用，以指代植入体内后降解和消失的设备或材料。例如，Abbott 的聚 L-丙交酯冠状动脉支架作为 Absorb GT1 生物可吸收血管支架 （BVS） 系统销售

根据美国食品和药物管理局（FDA）的说法，在描述在美国销售的医疗器械时，“生物可吸收”和“生物可吸收”这两个术语的含义没有区别。

聚合物的字面意思是“许多 mers”，其中“mer”源自希腊语中的“部分”。它们是大分子的重复链——分子质量相对较高的分子。

对于大多数聚合物，国际纯粹与应用化学联合会 （IUPAC） 标准化命名约定规定名称包括前缀“poly”，后跟名称其余部分的括号。名称中“位点”的顺序表示分子每个部分的位置。但是，当结构没有混淆的风险时，没有封闭标记的传统名称是可以接受的。

生物可吸收聚合物的陷阱和要避免的错误

使用这些材料的工程设备需要选择具有所需吸收率的材料 - 从数周到数年 - 并使用材料的确切化学性质调整该时间表。

生物可吸收材料的性能也可能因在注射过程中施加过多的热量或随着时间的推移暴露在高温下而受到影响。这些材料也很容易因处理或储存不当而损坏。

生物可吸收物具有相对较高的粘度，使其容易受到剪切力的影响，从而在加工过程中破坏材料的完整性。

成型这些材料需要受控的环境，最终产品的包装和灭菌是制造过程设计的一部分。

如果开发人员不了解材料微观结构的差异，那么通过用生物可吸收聚合物代替金属来制造生物可吸收植入物的尝试可能注定要失败。

“我们依赖于金属支架性能的命名法和预期证据，这是不合适的，”波士顿大学的Pei-江 Wang等人在他们对生物可吸收冠状动脉支架的分析中辩称。“聚合物和金属植入物的失效模式是不一样的。”

在波士顿科学公司和美国国家卫生研究所赞助的一项研究中，Wang的团队分析了聚L-乳酸（PLLA）冠状动脉支架的微观结构。拉曼光谱表明，应变诱导的取向和结晶度的异质性增加了局部降解，损害了结构完整性，从而导致临床过早失效。

“从金属支架继承的研究策略未能考虑聚合物微观结构和动力学，导致不对称降解的显着局部结构不规则性，”Wang总结道。