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生醫材料(一):生物可降解材料
生醫材料開發為近幾年熱門的研究領域,其中又以生物可降解材料為最熱門的研究議題之一。生物可降解材料是指在生物體內能被降解或酶解,生成的小分子物質可被生物體吸收並排出體外的材料
 
 
 
生醫材料開發為近幾年熱門的研究領域,其中又以生物可降解材料為最熱門的研究議題之一。生物可降解材料是指在生物體內能被降解或酶解,生成的小分子物質可被生物體吸收並排出體外的材料。舉凡可吸收生物陶瓷如碳酸鈣、三鈣磷酸鹽、硫酸鈣等,可降解高分子材料如天然來源的澱粉、纖維素、甲殼素、膠原蛋白、明膠、玻尿酸等,或人工合成的聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚己內酯(PCL)、聚甘醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)等,都是屬於生物可降解的生醫材料。生物可降解材料通常具備良好的生物相容性,且降解速率可被控制,因此適合作為植入體內後不再取出的材料,或是做為藥物的載體,甚至是組織工程用的支架。

骨科臨床上常見由外傷或腫瘤移除所造成的骨缺陷,以及骨質疏鬆症造成的骨基質流失,都會讓骨頭失去支撐人體的強度,進而影響患者日常生活。為使上述問題能得到解決,目前已有生醫陶瓷骨填補材料用於植入骨缺陷來加速骨組織修補,並朝著生物可吸收、具骨傳導性、骨誘導性,以及具備良好的生物相容性發展。

鈣磷酸鹽是最常被作為骨填補材的陶瓷材料,可製成多孔、粉末、顆粒狀,甚至可以以注射方式填入骨缺損處慢慢硬化,更添使用的方便性。此外像是碳酸鈣或三鈣磷酸鹽,在部分溶解後,甚至有助於骨母細胞及周圍硬骨組織增生,並將陶瓷溶出成分轉化為自我的骨骼組織。而硫酸鈣在臨床上除了常被用於骨折固定用之材料外,也可作為骨缺陷填補材,此材料與組織有很好的相容性,但是在體液中兩週內會被完全溶解是其缺點。目前陶瓷類骨填補材大多複合數種材質,達成配合骨生成速率緩慢降解,並有助硬骨細胞生長分化的功能。

人工合成高分子材料中,由於PGA、PLA可在體液的環境中透過酯鍵水解而降解,而且其水解產物最終代謝為CO2和H2O,或最終通過腎排出體外,因此臨床已有使用以此類材料製成的骨釘、骨板及縫線等,屬於技術發展最成熟的材料,然而此類材質在降解的過程中,會產生大量的乳酸累積在受損部位上,造成局部酸濃度提高,產生發炎反應。相較之下PHA類高分子有較高的水解安定性、較廣的機械加工特性、較好的染色性與專一的光學異構性等優點,藉著控制基材製作的方式,可以進一步調控PHA類高分子材料的3D結構,得到不同尺寸規模的支架,可在細胞的貼附、生長、遷移、分化上對細胞的反應作調整,增加其在醫學上的應用潛力。目前PHA類高分子作為硬骨及食道替代物已有文獻發表,也有應用在心臟瓣膜、藥物傳輸、組織培養支架等的研究報導。

另以天然高分子玻尿酸為例,玻尿酸片段可被生物體內的玻尿酸酵素所分解,材料降解後不會產生毒性或堆積在體內造成身體的負擔,在醫學美容方面可作為皮膚敷料或皮下注射之暫時性填充物,在骨科應用上也常使用於膝關節注射,可緩解輕、中度膝關節炎之發炎反應並減輕病患的疼痛感。

近年來2013年10月國內實驗室亦指出,利用玻尿酸開發出可注射式氧化玻尿酸/己二酸二醯肼水膠作為眼球玻璃體之替代物。玻璃體位於眼球水晶體後方,為一透明膠狀物質,但由於老化、變性退化或眼球病變會使其受損,產生阻礙視線或視網膜剝離的現象,嚴重時臨床上需以手術切除,並灌入氣體或矽油以填充眼球空腔。此水膠解決了氣體灌注的病患在恢復過程需要維持長時間趴姿的不便,並可避免矽油乳化而需二次手術的風險。此外,該水膠還具有良好的生物相容性,及凝膠後不易滲漏的優點。該水膠之折射率亦與人體眼球玻璃體近似,可避免眼球屈光參數改變,對患者視力的影響較小,有利於術後的眼底鏡檢查和治療,為一有極有潛力的人工玻璃體替代材料。

可注射式玻尿酸明膠水膠為另一近年來所開發出的生醫材料,臨床上使用時可於低溫下將該水膠之兩劑混和均勻,再經由微小針頭注射至患部,可完整地填補患部缺損,水膠注射到體內後約3至5分鐘後會凝結成膠。此可注射式玻尿酸明膠水膠除了具有良好的生物相容性及生物降解性外,更重要的是其黏彈力學性質與人體的椎間盤髓核相近,可注射入椎間盤作為椎間盤髓核替代物,以治療初期的椎間盤退化。研究也證實此水膠可協助椎間盤髓核細胞於立體結構下分泌環境所需要的細胞外基質,並幫助受損組織進行修復。

過去的觀念是期望生醫材料和人體的組織、體液或血液接觸後,彼此都不會發生任何受損變質。然而,由於材料置於體內長時間後難免發生免疫反應和排斥現象,還有惰性材料與組織整合不易的問題,近年來取而代之的是「組織工程」的概念,希望促使周遭細胞遷徙並增生於具備生物活性的材料上,且材料會隨著組織的再生而同步緩慢分解,最後人體以自己的細胞和組織取代植入的材料,而不會再有強烈的免疫反應和排斥現象發生。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:林永昇|弘光科技大學化妝品應用系暨化妝品科技研究所
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