生分解性材料とその生物医学への応用
医療技術の継続的な発展と人々の生活水準の向上に伴い、さまざまな種類の医療材料が人体組織に広く使用され始めています。 医療材料と人体組織の間の適合性、血液適合性、および分解性人々は他の問題にますます注意を払っています。 以下は、生物医学分野における生分解性材料の応用に関する体系的な分析と議論です。 まず、生分解性材料の分解原理について予備分析を行い、次に生物医学分野で一般的な生分解性材料をプロセスとソースの基準に従って分析します。 生物医学におけるいくつかの典型的な材料の用途を分類して紹介します。
1.生分解性材料の分解原理
生分解性物質は、体液、有機高分子、酵素、フリーラジカル、細胞などのさまざまな要因の生物学的環境と相互作用し、加水分解、酵素分解、酸化などの一連の反応を通じて徐々に低分子化合物に分解します。 モノマー。 吸収、消化、代謝反応の後、分解産物は体から排泄されるか、体の正常な代謝に関与して体に吸収され、分解プロセスを完了します。 体液が組織から生体物質に侵入したり、生体物質の特定の成分が体液に溶解したりすると、体積の増加により物質が膨張し、それ自体の物質が浸出する。 このプロセスは、材料自体の水素結合とファンデルワールス力を破壊します。 、材料に亀裂やボイドが発生し、最終的には生物学的環境で材料が徐々に化学分解を受けます。 臨床現場では、移植された生分解性材料が、同じ手順に従って生体組織の治療期間中に分化および分解反応を完了し、移植による身体のGG＃39の炎症またはストレス反応を回避することを期待しています。材料。 皮膚組織の治療時間は通常3〜10日以内、内臓組織の治療時間は通常1〜2か月、大きな臓器組織の治療時間は6か月以上かかることがよくあります。 生分解性生体材料が人体に移植された後、それらの分解性能と分解生成物は、生物学的環境、物質反応、および人体反応に大きな影響を及ぼします。 分解速度が遅い、または分解生成物の滞留時間が長いと、ヒト組織に炎症を引き起こしやすくなります。 、血栓症およびその他の副作用。 研究[6]は、ほとんどの生分解性材料の分解プロセスと進行が、期待される最良の結果と一致しないことを示しています。 したがって、生分解性材料の研究および臨床応用において、生分解性材料の分解関連の問題、特に分解速度および分解生成物は注意して扱われなければならない。
2.生分解性材料の基本的な分類と応用
生分解性材料は人体に使用され、材料自体と人体への影響に関して厳しい条件を満たす必要があります：処理が簡単、低価格、滅菌が簡単、明確な分解時間、生物学的安定性、移植部位の必要性、良好な組織適合性、血液適合性および機械的適合性、発熱物質反応なし、遺伝毒性、催奇形性および発癌性、刺激および感作なし。
現在、生分解性材料は、天然高分子分解性材料、微生物合成分解性高分子材料、化学合成分解性高分子材料など、さまざまなプロセスとソースに従って分類できます[3,9]。 具体的な分類と用途は次のとおりです。
1.天然高分子生分解性材料
現在、生物医学分野で最も一般的に使用されている天然高分子生分解性材料には、主にゼラチン、コラーゲン、多糖類、および絹フィブロインが含まれます。
（1）ゼラチン素材
ゼラチンは主に哺乳類の皮膚、骨、腱、尾、その他の組織に由来します。 その最も顕著な特徴は、水溶性ポリマーであり、水を吸収した後にゆっくりと膨張および軟化し、生体適合性、ゲル化、および生分解性を備えています。 ゼラチンの特性を利用し、形成しやすく、酵素によって分解されやすく、人体に吸収されやすいため、薬物担体、賦形剤、または徐放性シェルの徐放性材料として使用できます。 その優れた通気性と透水性のために、創傷被覆材および人工皮膚材料として、創傷からの体液または二次感染症状の発生を防ぐことができます。 さらに、ゼラチン血漿代替物は、分解性、非毒性、非免疫原性などです。臨床上の利点。
（2）コラーゲン
コラーゲンは結合組織の主成分であり、動物のタンパク質含有量の約3分の1を占めています。 主に動物の組織、皮膚、靭帯、軟骨に見られます。 身体の臓器を支え、機械的安定性、弾力性、強度を維持する機能があります。 天然の生物資源として、生体適合性が高く、免疫原性が低く、生分解性があるという特徴があります。 臨床使用は、コラーゲンが欠陥組織の修復、再生および再建を著しく促進できることを示しています。 しかし、それは十分ではありません。機械的強度は、架橋修飾または他の生物学的材料との複合使用によって改善することができます]。 現在、コラーゲンは、生分解性縫合糸、止血剤および創傷被覆材、生物学的パッチ、骨修復材料、血液透析膜、止血剤、薬物放出担体の調製に、ならびに組織工学足場、様々な眼科治療装置およびその他として広く使用されている。側面。 しかし、臨床的問題の複雑さと製品のアップグレードの必要性を考慮すると、異種コラーゲンの潜在的な免疫応答、残留架橋の細胞毒性の可能性など、コラーゲンの応用研究では解決すべき多くの問題がまだあります。エージェント、および移植。 コラーゲン様製品の機械的強度と分解制御性。
（3）多糖類材料
多糖類の材料は主にでんぷん、ヒアルロン酸、ヘパリン、キチンなどの成分に由来しており、それらの生体適合性と生分解性は非常に理想的です。 自然界では、キチンは含有量が豊富で、セルロースを除く重要な多糖類の大きなクラスです。 それは無毒であり、副作用はありません。 ヒト細胞との親和性が高く、拒絶反応を起こさず、生体適合性と分解性に優れています。 さらに、それはまた、抗菌性、抗ウイルス性、抗腫瘍性の特徴を有し、創傷治癒および強力な吸着能力を促進する。 キチンは水素結合などの極性基を多く含み、結晶性が高いため、酸やアルカリに不溶、水に不溶であり、体内での使用が困難です。 しかし、キチンはキトサンに脱アセチル化された後、希酸や体液に溶解する可能性があり、人体で使用することができます。 キチンとキトサンは化学反応性が高く、アミド化、カルボキシル化、シアン化、酸性化、その他の修飾後の誘導体は、止血剤、凝集剤、吸収性外科用縫合糸、人工皮膚、創傷被覆材、徐放性などの医療分野で広く使用されています。抗がん剤または化学療法剤、固定化酵素担体、分離膜材料などの薬剤。
（4）シルクフィブロイン
シルクフィブロインは主にシルクに由来し、内部に非常に豊富なアミノ酸が含まれているため、生体適合性が高く、非アレルギー性または発がん性があり、優れた透明性と通気性、および優れたフィルム形成効果があることが証明されています。 しかしながら、絹フィブロインの分子構造のために、絹フィブロインの親水性およびフィルム形成後の機械的特性は良くない。 混合修飾法により、混合高分子とシルクフィブロインの間に形成される水素結合などの力により、シルクフィブロイン分子の構造変化を誘導し、シルクフィブロイン材料の機械的性質、熱的性質、水溶性を効果的に向上させることができます。 現在、生物医学の分野では、創傷コーティング材料、人工皮膚、人工腱靭帯、コンタクトレンズ、薬物担体、人工血管担体などの分野で広く使用されています。
2.分解性高分子材料の微生物合成
分解性高分子材料の微生物合成とは、特定の有機物（グルコースやデンプンなど）を食品源として使用して、微生物の発酵などの一連の複雑な反応の下で、炭素源の有機物を差別化可能な特性を持つポリエステルに合成することを指します。または多糖類ポリマー。 現在、臨床現場で広く使用されている微生物合成ポリマー生分解性材料には、主にバイオポリエステル（PHA）とポリヒドロキシブチルエステル（PHB）の2種類があります。 例としてPHBを取り上げます。 PHBは微生物細胞によって合成される高分子ポリマーです。 その構造と性能は天然高分子分解性材料とは異なりますが、脂肪族ポリエステルポリマーに似ており、天然および化学合成で分解可能です。ポリマーの利点である分解生成物は、代謝によって二酸化炭素と水として最終的に排出されます。化学原料の合成によって生成される場合があります。 さらに、Tang Suyangや他の研究は、PHBが優れた生体適合性を持っていることを示しています。 現在、吸収性の外科用縫合糸、整形外科材料、および薬物制御システムで広く使用されています。
3.分解性高分子材料の化学合成
天然高分子と比較して、化学的方法で合成された生分解性高分子材料は、実際の用途のニーズに応じて、適切なモノマーを選択するか、合成プロセスの反応条件を制御するか、単純で低コストの物理的または化学的修飾を行うことによって選択できます等、その構造および性能を設計および調整して、目的の材料を合成する目的を達成する。 例えば、化学的制御方法により、ポリマー材料の強度、分解速度、微孔性構造および透過性を改善して、応用分野を拡大することができる。 現在開発および研究されている化学合成された生分解性ポリマーでは、主鎖は一般に加水分解性エステル基、アミド基または尿素基を含んでいます。 以下は、現在の臨床生物医学的実践において最も研究され、最も広く使用されているタイプの化学合成分解性ポリマー材料です。ポリグリコリド（PGA）、ポリ乳酸（PLA）、ポリ乳酸-グリコール酸コポリマー（PLGAなど）などの脂肪族ポリエステル材料です。 ）、ポリカプロラクトン（PCL）などを紹介します。
（1）ポリグリコリド（PGA）
PGAは、最も単純な構造の線状脂肪族ポリエステルです。 グリコール酸を基本原料とし、甜菜、未熟グレープジュース、サトウキビなど幅広い原料を取り揃えています。 既存の生分解性ポリマーの中で、PGAの分解速度は比較的速く、特に強度は短時間で急速に減衰します。 PGAは、外科用縫合糸を吸収するために適用された最初の生分解性ポリマー材料です。 その分解生成物であるグリコール酸の代謝物は、最終的には人体に害を及ぼすことなく完全に体から排泄される可能性があります。 いくつかの文献は、PGA縫合糸を2週間体内に残した後、引張強度を半分に下げることができ、体は約4か月で完全な分解と吸収の状態に達することができることを示しています。 グリコール酸で調製されたPGA材料は、分子量が10,000を超えており、外科用縫合に使用できます。 ただし、結晶化度が高い（46％〜50％）ため、加工が難しく、強度が低く、劣化速度が速いという欠点がありますが、埋め込み型材料の性能要件を満たすことはできません。 したがって、人々はさまざまな方法でそれを変更して、その物理的および化学的特性を最適化し、その応用分野を拡大します。 例えば、共重合修飾を介して、2つの特性を統合して分解性、生体適合性、PGAの機械的特性などを改善するコポリマーを形成する。 または、独自のポリマー繊維や添加剤などを追加してブレンドを形成するためのブレンド変更を実装します。PGAの強度やその他の特性を向上させるため。 現在、改変PGAは、吸収性縫合糸、組織工学、薬物制御システム、吸収性骨釘、骨プレート、および外科的矯正材料で広く使用されています。
（2）ポリ乳酸（PLA）
1966年に、Kulkarni等。 低分子量および高分子量のPLAが優れた生体適合性を持っていることを発見しました。 最終的な分解生成物はH2OとCO2です。 中間生成物である乳酸は、体内の通常の糖代謝物でもあり、生物に悪影響を与えることはありません。 これは、生物医学材料としてのPLAの研究と応用につながりました[29-30]。 1997年、PLAは、医薬品添加剤および医療用縫合糸としての臨床使用がFDAによって承認されました。 PLAは乳酸モノマーのホモポリマーです。 ラクチド（LA）はキラル分子であるため、光学活性物質には2種類あり、PLAにはL-ポリ乳酸（PLLA）、右巻きポリ乳酸（PDLA）、ラセミ化ポリ乳酸（PDLLA）の3種類があります。次元構成。 その中で、PLLAとPDLAは、引張強度が高く、劣化速度が遅い半結晶性ポリマーです。 それらは、外科用プラスチック材料、外科用縫合糸、およびインプラント材料に理想的な材料です。 一方、PDLLAは、強度と分解速度が低いアモルファスコポリマーです。 高速で、ドラッグデリバリーキャリアや低強度の組織再生足場でよく使用されます。 ただし、PLA GG＃39;の劣化速度は制御が難しく、もろく、耐衝撃性が低いため、適用範囲が大幅に制限されます。 近年、共重合修飾、自己強化ポリ乳酸の調製、他物質との複合材料の形成など、さまざまな修飾方法を用いて分解速度を制御し、PLAの柔軟性を向上させ、その用途を継続的に拡大しています。田畑。 たとえば、ポリ乳酸は疎水性ポリマーであるため、薬物担体への適用が制限されます。 したがって、人々はポリ乳酸を親水性物質（ポリエチレングリコール、ポリグリコール酸、ポリエチレンオキシドなど）と共重合させることによってその親水性を改善します。 現在、PLA / PLGAインプラントは、抗腫瘍薬、ポリペプチド、タンパク質薬、および漢方薬の徐放性および徐放性担体として広く使用されています。 さらに、PLAおよび改変PLAは、眼科材料、外科用縫合糸、骨折用の内固定材料、および組織工学的修復に広く使用されています。
（3）ポリカプロラクトン（PCL）
PCLは、融点とガラス転移温度が低く、引張強度が非常に低く（23 MPa）、破断点伸びが高く（700％）、多くの有機溶媒に溶けやすい半結晶性の線状ポリエステルです。 さまざまなポリマーと共重合し、優れた熱可塑性と成形加工性を備えています。 また、PCL原料は入手が容易で、分解速度が遅く、薬物透過性、生体適合性に優れています。 したがって、それは外科用縫合糸、内部骨移植片固定装置、医療機器、および生分解性制御放出担体として広く使用されています。 さらに、PLAを改変してその親水性と分解速度を改善することにより、臓器修復材料、人工皮膚、外科的癒着防止膜、組織および細胞工学など、その適用範囲をさらに拡大することができます。
3.結論
生分解性材料は、優れた物理的および化学的特性、生物学的特性、および生体力学的特性を示し、実際の条件に応じて調整および処理できるため、生物医学の機能的ニーズを最大限に満たし、生物医学の多くの分野で有用です。 広く使用されているこの段階で、生物医学の分野における生分解性材料の研究ホットスポットは、縫合および固定から、組織工学の足場材料などのより複雑な分野に移行し始めています。 ただし、実際のアプリケーションでは、生分解性材料の高コストは、草の根の促進に一定の影響を及ぼします。 特に、異なる物体に適した劣化速度を制御する問題は、緊急に解決する必要があります。 たとえば、短期間の薬物担体のニーズを満たすためにPCLの分解速度を調整する方法、および骨組織工学のニーズを満たすためにPLAの分解速度を調整する方法。 しかし、一般的には、関連分野や技術の継続的な開発と進歩により、生分解性材料の分解速度制御と材料費に関連する問題は徐々に解決されると考えられています。 生物医学の分野における生分解性材料の研究開発アプリケーションもさらに開発されます。
1.生分解性材料の分解原理
生分解性物質は、体液、有機高分子、酵素、フリーラジカル、細胞などのさまざまな要因の生物学的環境と相互作用し、加水分解、酵素分解、酸化などの一連の反応を通じて徐々に低分子化合物に分解します。 モノマー。 吸収、消化、代謝反応の後、分解産物は体から排泄されるか、体の正常な代謝に関与して体に吸収され、分解プロセスを完了します。 体液が組織から生体物質に侵入したり、生体物質の特定の成分が体液に溶解したりすると、体積の増加により物質が膨張し、それ自体の物質が浸出する。 このプロセスは、材料自体の水素結合とファンデルワールス力を破壊します。 、材料に亀裂やボイドが発生し、最終的には生物学的環境で材料が徐々に化学分解を受けます。 臨床現場では、移植された生分解性材料が、同じ手順に従って生体組織の治療期間中に分化および分解反応を完了し、移植による身体のGG＃39の炎症またはストレス反応を回避することを期待しています。材料。 皮膚組織の治療時間は通常3〜10日以内、内臓組織の治療時間は通常1〜2か月、大きな臓器組織の治療時間は6か月以上かかることがよくあります。 生分解性生体材料が人体に移植された後、それらの分解性能と分解生成物は、生物学的環境、物質反応、および人体反応に大きな影響を及ぼします。 分解速度が遅い、または分解生成物の滞留時間が長いと、ヒト組織に炎症を引き起こしやすくなります。 、血栓症およびその他の副作用。 研究[6]は、ほとんどの生分解性材料の分解プロセスと進行が、期待される最良の結果と一致しないことを示しています。 したがって、生分解性材料の研究および臨床応用において、生分解性材料の分解関連の問題、特に分解速度および分解生成物は注意して扱われなければならない。
2.生分解性材料の基本的な分類と応用
生分解性材料は人体に使用され、材料自体と人体への影響に関して厳しい条件を満たす必要があります：処理が簡単、低価格、滅菌が簡単、明確な分解時間、生物学的安定性、移植部位の必要性、良好な組織適合性、血液適合性および機械的適合性、発熱物質反応なし、遺伝毒性、催奇形性および発癌性、刺激および感作なし。
現在、生分解性材料は、天然高分子分解性材料、微生物合成分解性高分子材料、化学合成分解性高分子材料など、さまざまなプロセスとソースに従って分類できます[3,9]。 具体的な分類と用途は次のとおりです。
1.天然高分子生分解性材料
現在、生物医学分野で最も一般的に使用されている天然高分子生分解性材料には、主にゼラチン、コラーゲン、多糖類、および絹フィブロインが含まれます。
（1）ゼラチン素材
ゼラチンは主に哺乳類の皮膚、骨、腱、尾、その他の組織に由来します。 その最も顕著な特徴は、水溶性ポリマーであり、水を吸収した後にゆっくりと膨張および軟化し、生体適合性、ゲル化、および生分解性を備えています。 ゼラチンの特性を利用し、形成しやすく、酵素によって分解されやすく、人体に吸収されやすいため、薬物担体、賦形剤、または徐放性シェルの徐放性材料として使用できます。 その優れた通気性と透水性のために、創傷被覆材および人工皮膚材料として、創傷からの体液または二次感染症状の発生を防ぐことができます。 さらに、ゼラチン血漿代替物は、分解性、非毒性、非免疫原性などです。臨床上の利点。
（2）コラーゲン
コラーゲンは結合組織の主成分であり、動物のタンパク質含有量の約3分の1を占めています。 主に動物の組織、皮膚、靭帯、軟骨に見られます。 身体の臓器を支え、機械的安定性、弾力性、強度を維持する機能があります。 天然の生物資源として、生体適合性が高く、免疫原性が低く、生分解性があるという特徴があります。 臨床使用は、コラーゲンが欠陥組織の修復、再生および再建を著しく促進できることを示しています。 しかし、それは十分ではありません。機械的強度は、架橋修飾または他の生物学的材料との複合使用によって改善することができます]。 現在、コラーゲンは、生分解性縫合糸、止血剤および創傷被覆材、生物学的パッチ、骨修復材料、血液透析膜、止血剤、薬物放出担体の調製に、ならびに組織工学足場、様々な眼科治療装置およびその他として広く使用されている。側面。 しかし、臨床的問題の複雑さと製品のアップグレードの必要性を考慮すると、異種コラーゲンの潜在的な免疫応答、残留架橋の細胞毒性の可能性など、コラーゲンの応用研究では解決すべき多くの問題がまだあります。エージェント、および移植。 コラーゲン様製品の機械的強度と分解制御性。
（3）多糖類材料
多糖類の材料は主にでんぷん、ヒアルロン酸、ヘパリン、キチンなどの成分に由来しており、それらの生体適合性と生分解性は非常に理想的です。 自然界では、キチンは含有量が豊富で、セルロースを除く重要な多糖類の大きなクラスです。 それは無毒であり、副作用はありません。 ヒト細胞との親和性が高く、拒絶反応を起こさず、生体適合性と分解性に優れています。 さらに、それはまた、抗菌性、抗ウイルス性、抗腫瘍性の特徴を有し、創傷治癒および強力な吸着能力を促進する。 キチンは水素結合などの極性基を多く含み、結晶性が高いため、酸やアルカリに不溶、水に不溶であり、体内での使用が困難です。 しかし、キチンはキトサンに脱アセチル化された後、希酸や体液に溶解する可能性があり、人体で使用することができます。 キチンとキトサンは化学反応性が高く、アミド化、カルボキシル化、シアン化、酸性化、その他の修飾後の誘導体は、止血剤、凝集剤、吸収性外科用縫合糸、人工皮膚、創傷被覆材、徐放性などの医療分野で広く使用されています。抗がん剤または化学療法剤、固定化酵素担体、分離膜材料などの薬剤。
（4）シルクフィブロイン
シルクフィブロインは主にシルクに由来し、内部に非常に豊富なアミノ酸が含まれているため、生体適合性が高く、非アレルギー性または発がん性があり、優れた透明性と通気性、および優れたフィルム形成効果があることが証明されています。 しかしながら、絹フィブロインの分子構造のために、絹フィブロインの親水性およびフィルム形成後の機械的特性は良くない。 混合修飾法により、混合高分子とシルクフィブロインの間に形成される水素結合などの力により、シルクフィブロイン分子の構造変化を誘導し、シルクフィブロイン材料の機械的性質、熱的性質、水溶性を効果的に向上させることができます。 現在、生物医学の分野では、創傷コーティング材料、人工皮膚、人工腱靭帯、コンタクトレンズ、薬物担体、人工血管担体などの分野で広く使用されています。
2.分解性高分子材料の微生物合成
分解性高分子材料の微生物合成とは、特定の有機物（グルコースやデンプンなど）を食品源として使用して、微生物の発酵などの一連の複雑な反応の下で、炭素源の有機物を差別化可能な特性を持つポリエステルに合成することを指します。または多糖類ポリマー。 現在、臨床現場で広く使用されている微生物合成ポリマー生分解性材料には、主にバイオポリエステル（PHA）とポリヒドロキシブチルエステル（PHB）の2種類があります。 例としてPHBを取り上げます。 PHBは微生物細胞によって合成される高分子ポリマーです。 その構造と性能は天然高分子分解性材料とは異なりますが、脂肪族ポリエステルポリマーに似ており、天然および化学合成で分解可能です。ポリマーの利点である分解生成物は、代謝によって二酸化炭素と水として最終的に排出されます。化学原料の合成によって生成される場合があります。 さらに、Tang Suyangや他の研究は、PHBが優れた生体適合性を持っていることを示しています。 現在、吸収性の外科用縫合糸、整形外科材料、および薬物制御システムで広く使用されています。
3.分解性高分子材料の化学合成
天然高分子と比較して、化学的方法で合成された生分解性高分子材料は、実際の用途のニーズに応じて、適切なモノマーを選択するか、合成プロセスの反応条件を制御するか、単純で低コストの物理的または化学的修飾を行うことによって選択できます等、その構造および性能を設計および調整して、目的の材料を合成する目的を達成する。 例えば、化学的制御方法により、ポリマー材料の強度、分解速度、微孔性構造および透過性を改善して、応用分野を拡大することができる。 現在開発および研究されている化学合成された生分解性ポリマーでは、主鎖は一般に加水分解性エステル基、アミド基または尿素基を含んでいます。 以下は、現在の臨床生物医学的実践において最も研究され、最も広く使用されているタイプの化学合成分解性ポリマー材料です。ポリグリコリド（PGA）、ポリ乳酸（PLA）、ポリ乳酸-グリコール酸コポリマー（PLGAなど）などの脂肪族ポリエステル材料です。 ）、ポリカプロラクトン（PCL）などを紹介します。
（1）ポリグリコリド（PGA）
PGAは、最も単純な構造の線状脂肪族ポリエステルです。 グリコール酸を基本原料とし、甜菜、未熟グレープジュース、サトウキビなど幅広い原料を取り揃えています。 既存の生分解性ポリマーの中で、PGAの分解速度は比較的速く、特に強度は短時間で急速に減衰します。 PGAは、外科用縫合糸を吸収するために適用された最初の生分解性ポリマー材料です。 その分解生成物であるグリコール酸の代謝物は、最終的には人体に害を及ぼすことなく完全に体から排泄される可能性があります。 いくつかの文献は、PGA縫合糸を2週間体内に残した後、引張強度を半分に下げることができ、体は約4か月で完全な分解と吸収の状態に達することができることを示しています。 グリコール酸で調製されたPGA材料は、分子量が10,000を超えており、外科用縫合に使用できます。 ただし、結晶化度が高い（46％〜50％）ため、加工が難しく、強度が低く、劣化速度が速いという欠点がありますが、埋め込み型材料の性能要件を満たすことはできません。 したがって、人々はさまざまな方法でそれを変更して、その物理的および化学的特性を最適化し、その応用分野を拡大します。 例えば、共重合修飾を介して、2つの特性を統合して分解性、生体適合性、PGAの機械的特性などを改善するコポリマーを形成する。 または、独自のポリマー繊維や添加剤などを追加してブレンドを形成するためのブレンド変更を実装します。PGAの強度やその他の特性を向上させるため。 現在、改変PGAは、吸収性縫合糸、組織工学、薬物制御システム、吸収性骨釘、骨プレート、および外科的矯正材料で広く使用されています。
（2）ポリ乳酸（PLA）
1966年に、Kulkarni等。 低分子量および高分子量のPLAが優れた生体適合性を持っていることを発見しました。 最終的な分解生成物はH2OとCO2です。 中間生成物である乳酸は、体内の通常の糖代謝物でもあり、生物に悪影響を与えることはありません。 これは、生物医学材料としてのPLAの研究と応用につながりました[29-30]。 1997年、PLAは、医薬品添加剤および医療用縫合糸としての臨床使用がFDAによって承認されました。 PLAは乳酸モノマーのホモポリマーです。 ラクチド（LA）はキラル分子であるため、光学活性物質には2種類あり、PLAにはL-ポリ乳酸（PLLA）、右巻きポリ乳酸（PDLA）、ラセミ化ポリ乳酸（PDLLA）の3種類があります。次元構成。 その中で、PLLAとPDLAは、引張強度が高く、劣化速度が遅い半結晶性ポリマーです。 それらは、外科用プラスチック材料、外科用縫合糸、およびインプラント材料に理想的な材料です。 一方、PDLLAは、強度と分解速度が低いアモルファスコポリマーです。 高速で、ドラッグデリバリーキャリアや低強度の組織再生足場でよく使用されます。 ただし、PLA GG＃39;の劣化速度は制御が難しく、もろく、耐衝撃性が低いため、適用範囲が大幅に制限されます。 近年、共重合修飾、自己強化ポリ乳酸の調製、他物質との複合材料の形成など、さまざまな修飾方法を用いて分解速度を制御し、PLAの柔軟性を向上させ、その用途を継続的に拡大しています。田畑。 たとえば、ポリ乳酸は疎水性ポリマーであるため、薬物担体への適用が制限されます。 したがって、人々はポリ乳酸を親水性物質（ポリエチレングリコール、ポリグリコール酸、ポリエチレンオキシドなど）と共重合させることによってその親水性を改善します。 現在、PLA / PLGAインプラントは、抗腫瘍薬、ポリペプチド、タンパク質薬、および漢方薬の徐放性および徐放性担体として広く使用されています。 さらに、PLAおよび改変PLAは、眼科材料、外科用縫合糸、骨折用の内固定材料、および組織工学的修復に広く使用されています。
（3）ポリカプロラクトン（PCL）
PCLは、融点とガラス転移温度が低く、引張強度が非常に低く（23 MPa）、破断点伸びが高く（700％）、多くの有機溶媒に溶けやすい半結晶性の線状ポリエステルです。 さまざまなポリマーと共重合し、優れた熱可塑性と成形加工性を備えています。 また、PCL原料は入手が容易で、分解速度が遅く、薬物透過性、生体適合性に優れています。 したがって、それは外科用縫合糸、内部骨移植片固定装置、医療機器、および生分解性制御放出担体として広く使用されています。 さらに、PLAを改変してその親水性と分解速度を改善することにより、臓器修復材料、人工皮膚、外科的癒着防止膜、組織および細胞工学など、その適用範囲をさらに拡大することができます。
3.結論
生分解性材料は、優れた物理的および化学的特性、生物学的特性、および生体力学的特性を示し、実際の条件に応じて調整および処理できるため、生物医学の機能的ニーズを最大限に満たし、生物医学の多くの分野で有用です。 広く使用されているこの段階で、生物医学の分野における生分解性材料の研究ホットスポットは、縫合および固定から、組織工学の足場材料などのより複雑な分野に移行し始めています。 ただし、実際のアプリケーションでは、生分解性材料の高コストは、草の根の促進に一定の影響を及ぼします。 特に、異なる物体に適した劣化速度を制御する問題は、緊急に解決する必要があります。 たとえば、短期間の薬物担体のニーズを満たすためにPCLの分解速度を調整する方法、および骨組織工学のニーズを満たすためにPLAの分解速度を調整する方法。 しかし、一般的には、関連分野や技術の継続的な開発と進歩により、生分解性材料の分解速度制御と材料費に関連する問題は徐々に解決されると考えられています。 生物医学の分野における生分解性材料の研究開発アプリケーションもさらに開発されます。
1.生分解性材料の分解原理
生分解性物質は、体液、有機高分子、酵素、フリーラジカル、細胞などのさまざまな要因の生物学的環境と相互作用し、加水分解、酵素分解、酸化などの一連の反応を通じて徐々に低分子化合物に分解します。 モノマー。 吸収、消化、代謝反応の後、分解産物は体から排泄されるか、体の正常な代謝に関与して体に吸収され、分解プロセスを完了します。 体液が組織から生体物質に侵入したり、生体物質の特定の成分が体液に溶解したりすると、体積の増加により物質が膨張し、それ自体の物質が浸出する。 このプロセスは、材料自体の水素結合とファンデルワールス力を破壊します。 、材料に亀裂やボイドが発生し、最終的には生物学的環境で材料が徐々に化学分解を受けます。 臨床現場では、移植された生分解性材料が、同じ手順に従って生体組織の治療期間中に分化および分解反応を完了し、移植による身体のGG＃39の炎症またはストレス反応を回避することを期待しています。材料。 皮膚組織の治療時間は通常3〜10日以内、内臓組織の治療時間は通常1〜2か月、大きな臓器組織の治療時間は6か月以上かかることがよくあります。 生分解性生体材料が人体に移植された後、それらの分解性能と分解生成物は、生物学的環境、物質反応、および人体反応に大きな影響を及ぼします。 分解速度が遅い、または分解生成物の滞留時間が長いと、ヒト組織に炎症を引き起こしやすくなります。 、血栓症およびその他の副作用。 研究[6]は、ほとんどの生分解性材料の分解プロセスと進行が、期待される最良の結果と一致しないことを示しています。 したがって、生分解性材料の研究および臨床応用において、生分解性材料の分解関連の問題、特に分解速度および分解生成物は注意して扱われなければならない。
2.生分解性材料の基本的な分類と応用
生分解性材料は人体に使用され、材料自体と人体への影響に関して厳しい条件を満たす必要があります：処理が簡単、低価格、滅菌が簡単、明確な分解時間、生物学的安定性、移植部位の必要性、良好な組織適合性、血液適合性および機械的適合性、発熱物質反応なし、遺伝毒性、催奇形性および発癌性、刺激および感作なし。
現在、生分解性材料は、天然高分子分解性材料、微生物合成分解性高分子材料、化学合成分解性高分子材料など、さまざまなプロセスとソースに従って分類できます[3,9]。 具体的な分類と用途は次のとおりです。
1.天然高分子生分解性材料
現在、生物医学分野で最も一般的に使用されている天然高分子生分解性材料には、主にゼラチン、コラーゲン、多糖類、および絹フィブロインが含まれます。
（1）ゼラチン素材
ゼラチンは主に哺乳類の皮膚、骨、腱、尾、その他の組織に由来します。 その最も顕著な特徴は、水溶性ポリマーであり、水を吸収した後にゆっくりと膨張および軟化し、生体適合性、ゲル化、および生分解性を備えています。 ゼラチンの特性を利用し、形成しやすく、酵素によって分解されやすく、人体に吸収されやすいため、薬物担体、賦形剤、または徐放性シェルの徐放性材料として使用できます。 その優れた通気性と透水性のために、創傷被覆材および人工皮膚材料として、創傷からの体液または二次感染症状の発生を防ぐことができます。 さらに、ゼラチン血漿代替物は、分解性、非毒性、非免疫原性などです。臨床上の利点。
（2）コラーゲン
コラーゲンは結合組織の主成分であり、動物のタンパク質含有量の約3分の1を占めています。 主に動物の組織、皮膚、靭帯、軟骨に見られます。 身体の臓器を支え、機械的安定性、弾力性、強度を維持する機能があります。 天然の生物資源として、生体適合性が高く、免疫原性が低く、生分解性があるという特徴があります。 臨床使用は、コラーゲンが欠陥組織の修復、再生および再建を著しく促進できることを示しています。 しかし、それは十分ではありません。機械的強度は、架橋修飾または他の生物学的材料との複合使用によって改善することができます]。 現在、コラーゲンは、生分解性縫合糸、止血剤および創傷被覆材、生物学的パッチ、骨修復材料、血液透析膜、止血剤、薬物放出担体の調製に、ならびに組織工学足場、様々な眼科治療装置およびその他として広く使用されている。側面。 しかし、臨床的問題の複雑さと製品のアップグレードの必要性を考慮すると、異種コラーゲンの潜在的な免疫応答、残留架橋の細胞毒性の可能性など、コラーゲンの応用研究では解決すべき多くの問題がまだあります。エージェント、および移植。 コラーゲン様製品の機械的強度と分解制御性。
（3）多糖類材料
多糖類の材料は主にでんぷん、ヒアルロン酸、ヘパリン、キチンなどの成分に由来しており、それらの生体適合性と生分解性は非常に理想的です。 自然界では、キチンは含有量が豊富で、セルロースを除く重要な多糖類の大きなクラスです。 それは無毒であり、副作用はありません。 ヒト細胞との親和性が高く、拒絶反応を起こさず、生体適合性と分解性に優れています。 さらに、それはまた、抗菌性、抗ウイルス性、抗腫瘍性の特徴を有し、創傷治癒および強力な吸着能力を促進する。 キチンは水素結合などの極性基を多く含み、結晶性が高いため、酸やアルカリに不溶、水に不溶であり、体内での使用が困難です。 しかし、キチンはキトサンに脱アセチル化された後、希酸や体液に溶解する可能性があり、人体で使用することができます。 キチンとキトサンは化学反応性が高く、アミド化、カルボキシル化、シアン化、酸性化、その他の修飾後の誘導体は、止血剤、凝集剤、吸収性外科用縫合糸、人工皮膚、創傷被覆材、徐放性などの医療分野で広く使用されています。抗がん剤または化学療法剤、固定化酵素担体、分離膜材料などの薬剤。
（4）シルクフィブロイン
シルクフィブロインは主にシルクに由来し、内部に非常に豊富なアミノ酸が含まれているため、生体適合性が高く、非アレルギー性または発がん性があり、優れた透明性と通気性、および優れたフィルム形成効果があることが証明されています。 しかしながら、絹フィブロインの分子構造のために、絹フィブロインの親水性およびフィルム形成後の機械的特性は良くない。 混合修飾法により、混合高分子とシルクフィブロインの間に形成される水素結合などの力により、シルクフィブロイン分子の構造変化を誘導し、シルクフィブロイン材料の機械的性質、熱的性質、水溶性を効果的に向上させることができます。 現在、生物医学の分野では、創傷コーティング材料、人工皮膚、人工腱靭帯、コンタクトレンズ、薬物担体、人工血管担体などの分野で広く使用されています。
2.分解性高分子材料の微生物合成
分解性高分子材料の微生物合成とは、特定の有機物（グルコースやデンプンなど）を食品源として使用して、微生物の発酵などの一連の複雑な反応の下で、炭素源の有機物を差別化可能な特性を持つポリエステルに合成することを指します。または多糖類ポリマー。 現在、臨床現場で広く使用されている微生物合成ポリマー生分解性材料には、主にバイオポリエステル（PHA）とポリヒドロキシブチルエステル（PHB）の2種類があります。 例としてPHBを取り上げます。 PHBは微生物細胞によって合成される高分子ポリマーです。 その構造と性能は天然高分子分解性材料とは異なりますが、脂肪族ポリエステルポリマーに似ており、天然および化学合成で分解可能です。ポリマーの利点である分解生成物は、代謝によって二酸化炭素と水として最終的に排出されます。化学原料の合成によって生成される場合があります。 さらに、Tang Suyangや他の研究は、PHBが優れた生体適合性を持っていることを示しています。 現在、吸収性の外科用縫合糸、整形外科材料、および薬物制御システムで広く使用されています。
3.分解性高分子材料の化学合成
天然高分子と比較して、化学的方法で合成された生分解性高分子材料は、実際の用途のニーズに応じて、適切なモノマーを選択するか、合成プロセスの反応条件を制御するか、単純で低コストの物理的または化学的修飾を行うことによって選択できます等、その構造および性能を設計および調整して、目的の材料を合成する目的を達成する。 例えば、化学的制御方法により、ポリマー材料の強度、分解速度、微孔性構造および透過性を改善して、応用分野を拡大することができる。 現在開発および研究されている化学合成された生分解性ポリマーでは、主鎖は一般に加水分解性エステル基、アミド基または尿素基を含んでいます。 以下は、現在の臨床生物医学的実践において最も研究され、最も広く使用されているタイプの化学合成分解性ポリマー材料です。ポリグリコリド（PGA）、ポリ乳酸（PLA）、ポリ乳酸-グリコール酸コポリマー（PLGAなど）などの脂肪族ポリエステル材料です。 ）、ポリカプロラクトン（PCL）などを紹介します。
（1）ポリグリコリド（PGA）
PGAは、最も単純な構造の線状脂肪族ポリエステルです。 グリコール酸を基本原料とし、甜菜、未熟グレープジュース、サトウキビなど幅広い原料を取り揃えています。 既存の生分解性ポリマーの中で、PGAの分解速度は比較的速く、特に強度は短時間で急速に減衰します。 PGAは、外科用縫合糸を吸収するために適用された最初の生分解性ポリマー材料です。 その分解生成物であるグリコール酸の代謝物は、最終的には人体に害を及ぼすことなく完全に体から排泄される可能性があります。 いくつかの文献は、PGA縫合糸を2週間体内に残した後、引張強度を半分に下げることができ、体は約4か月で完全な分解と吸収の状態に達することができることを示しています。 グリコール酸で調製されたPGA材料は、分子量が10,000を超えており、外科用縫合に使用できます。 ただし、結晶化度が高い（46％〜50％）ため、加工が難しく、強度が低く、劣化速度が速いという欠点がありますが、埋め込み型材料の性能要件を満たすことはできません。 したがって、人々はさまざまな方法でそれを変更して、その物理的および化学的特性を最適化し、その応用分野を拡大します。 例えば、共重合修飾を介して、2つの特性を統合して分解性、生体適合性、PGAの機械的特性などを改善するコポリマーを形成する。 または、独自のポリマー繊維や添加剤などを追加してブレンドを形成するためのブレンド変更を実装します。PGAの強度やその他の特性を向上させるため。 現在、改変PGAは、吸収性縫合糸、組織工学、薬物制御システム、吸収性骨釘、骨プレート、および外科的矯正材料で広く使用されています。
（2）ポリ乳酸（PLA）
1966年に、Kulkarni等。 低分子量および高分子量のPLAが優れた生体適合性を持っていることを発見しました。 最終的な分解生成物はH2OとCO2です。 中間生成物である乳酸は、体内の通常の糖代謝物でもあり、生物に悪影響を与えることはありません。 これは、生物医学材料としてのPLAの研究と応用につながりました[29-30]。 1997年、PLAは、医薬品添加剤および医療用縫合糸としての臨床使用がFDAによって承認されました。 PLAは乳酸モノマーのホモポリマーです。 ラクチド（LA）はキラル分子であるため、光学活性物質には2種類あり、PLAにはL-ポリ乳酸（PLLA）、右巻きポリ乳酸（PDLA）、ラセミ化ポリ乳酸（PDLLA）の3種類があります。次元構成。 その中で、PLLAとPDLAは、引張強度が高く、劣化速度が遅い半結晶性ポリマーです。 それらは、外科用プラスチック材料、外科用縫合糸、およびインプラント材料に理想的な材料です。 一方、PDLLAは、強度と分解速度が低いアモルファスコポリマーです。 高速で、ドラッグデリバリーキャリアや低強度の組織再生足場でよく使用されます。 ただし、PLA GG＃39;の劣化速度は制御が難しく、もろく、耐衝撃性が低いため、適用範囲が大幅に制限されます。 近年、共重合修飾、自己強化ポリ乳酸の調製、他物質との複合材料の形成など、さまざまな修飾方法を用いて分解速度を制御し、PLAの柔軟性を向上させ、その用途を継続的に拡大しています。田畑。 たとえば、ポリ乳酸は疎水性ポリマーであるため、薬物担体への適用が制限されます。 したがって、人々はポリ乳酸を親水性物質（ポリエチレングリコール、ポリグリコール酸、ポリエチレンオキシドなど）と共重合させることによってその親水性を改善します。 現在、PLA / PLGAインプラントは、抗腫瘍薬、ポリペプチド、タンパク質薬、および漢方薬の徐放性および徐放性担体として広く使用されています。 さらに、PLAおよび改変PLAは、眼科材料、外科用縫合糸、骨折用の内固定材料、および組織工学的修復に広く使用されています。
（3）ポリカプロラクトン（PCL）
PCLは、融点とガラス転移温度が低く、引張強度が非常に低く（23 MPa）、破断点伸びが高く（700％）、多くの有機溶媒に溶けやすい半結晶性の線状ポリエステルです。 さまざまなポリマーと共重合し、優れた熱可塑性と成形加工性を備えています。 また、PCL原料は入手が容易で、分解速度が遅く、薬物透過性、生体適合性に優れています。 したがって、それは外科用縫合糸、内部骨移植片固定装置、医療機器、および生分解性制御放出担体として広く使用されています。 さらに、PLAを改変してその親水性と分解速度を改善することにより、臓器修復材料、人工皮膚、外科的癒着防止膜、組織および細胞工学など、その適用範囲をさらに拡大することができます。
3.結論
生分解性材料は、優れた物理的および化学的特性、生物学的特性、および生体力学的特性を示し、実際の条件に応じて調整および処理できるため、生物医学の機能的ニーズを最大限に満たし、生物医学の多くの分野で有用です。 広く使用されているこの段階で、生物医学の分野における生分解性材料の研究ホットスポットは、縫合および固定から、組織工学の足場材料などのより複雑な分野に移行し始めています。 ただし、実際のアプリケーションでは、生分解性材料の高コストは、草の根の促進に一定の影響を及ぼします。 特に、異なる物体に適した劣化速度を制御する問題は、緊急に解決する必要があります。 たとえば、短期間の薬物担体のニーズを満たすためにPCLの分解速度を調整する方法、および骨組織工学のニーズを満たすためにPLAの分解速度を調整する方法。 しかし、一般的には、関連分野や技術の継続的な開発と進歩により、生分解性材料の分解速度制御と材料費に関連する問題は徐々に解決されると考えられています。 生物医学の分野における生分解性材料の研究開発アプリケーションもさらに開発されます。
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