微創介入醫療器械中高分子材料產業的應用和發展趨勢

侯正松，楊風輝，朱 偉

(上海長海醫院,上海 200433)

醫學技術一直是人類社會健康而平穩發展的重要保障,而要論20 世紀以來醫學技術方面最引人注目的成就莫過于微創介入醫學技術。微創介入技術近年來得以飛速迅猛發展的原因就是其可以無痛、微創的特點給人進行相關治療,且其涵蓋范圍極其廣闊,在癌癥、婦科、腦血管、耳鼻喉科等都可以進行應用。微創介入技術解決了很多過去傳統醫療技術無法避免的問題,如手術傷口較大、術后可能出現并發癥或大出血、需要較長時間進行恢復等問題。同時微創介入技術也明顯降低了手術的難度和風險,讓病人減輕痛苦的同時也可以節省部分醫療費。

微創介入技術的順利發展與一些精密的醫療器械的出現是分不開的,現在微創介入醫療器械中應用最為廣泛的就是高分子材料,其具有較低的摩擦系數、容易加工、較高的強度及耐腐蝕能力等優點[1]。在微創介入醫療器械領域中,高分子材料可以作為腦血管介入器械,如顱內血管支架等,也可作為心血管介入器械。

1 微創介入醫療器械領域中高分子材料應用現狀

醫療器械產業中的一個極為重要的組成部分就是生物醫療材料,生物醫療材料的發展和進步也會對整個微創介入醫療器械產業起到一定的促進作用。高分子材料在生物醫療材料中占據主要地位,可以成為治療器械的關鍵組成部分,如栓塞材料,可用來治療腫瘤；也可以作為組織工程支架、植入物或者藥物控釋載體等在微創介入醫療器械的制造和使用中起到關鍵性作用[2]。

1.1 可植入人體高分子材料

1.1.1 栓塞劑

微創介入治療中經常會使用到插管導管栓塞術,這主要是通過將可以作為阻塞物的高分子材料通過動脈或者靜脈內的導管注入到患者的病變血管中,達到阻斷血液供應的治療手段[3]。

微彈簧圈栓塞材料是主要以用鉑制造的彈簧圈為主的機械栓塞材料,因其比較柔軟,故可以應對不同形狀和大小的栓塞部位。且其可以較為容易地在導絲的牽引下通過微導管結扎人體內破損的血管,起到保護作用。游建雄等[4]研究了微彈簧圈栓塞與明膠海綿聯合作用治療外傷所導致的高流量型陰莖異常勃起的安全性及可行性,并通過收治患者對其臨床療效進行觀察。治療結果顯示,經治療后,患者陰莖異常勃起狀況消失,且術后回訪也無復發情況。證明微彈簧圈栓塞與明膠海綿聯合作用對外傷性陰莖動脈假性動脈瘤患者安全有效。

可吸收性固體栓塞材料主要使用具有廉價、有良好的可壓縮性的明膠海綿,謝興武等[5]使用空白明膠海綿微粒序貫栓塞作為對照,觀察了表阿霉素-明膠海綿微粒混懸液的栓塞效果對大肝癌的治療效果。使用統計學方法對患者腫瘤的總緩解率以及部分緩解率進行分析,發現表阿霉素-明膠海綿微粒混懸液栓塞具有良好的藥物緩釋作用,在治療大肝癌方面與較序貫栓塞相比具有更好的近期療效。

新型海藻酸鈉微球栓塞劑具有良好的生物相容性,且其具有容易控制、栓塞效果好、術后并發癥少等特點。且其既可以經過三四個月的時間在患者體內完全降解,也可以形成永久性栓塞的效果,目前主要被用來治療肝癌、脾功能亢進、子宮肌瘤等疾病。黃德佳[6]研究了在支氣管動脈內栓塞治療大咯血時使用海藻酸鈉微球的可靠性及臨床效果。結果表明,海藻酸鈉微球在BAE 中具有良好的止血效果,并且咯血復發率較低,可以在臨床應用中推廣。

永久性固體栓塞材料在臨床微創介入治療中也較常用到,其主要為不溶于水且難以在人體內降解的聚乙烯醇顆粒,但其具有優良的生物相容性。聚乙烯醇是通過在血管中聚集的方式進行阻塞,同時形成血栓,以達到減少栓塞治療后局部建立側支循環的目的。但其缺點也比較明顯,就是在使用過程中易造成“黏管”,容易導致疼痛等術后并發癥。吳追文[7]研究了使用聚乙烯醇顆粒作為栓塞劑對選擇性支氣管動脈栓塞的可行性及臨床效果。治療結果顯示,作為栓塞劑的PVA 顆粒可以較好地治療咯血。

1.1.2 可降解高分子支架

聚乳酸具有較高的模量、良好的物理機械性能以及低伸張度。自然條件下聚乳酸在24 個月內不會被完全降解,微創介入治療后的三到六個月是血管再狹窄的主要發生階段,通常在三個月時最為嚴重,而到了六個月則逐漸停止,術后一年以后幾乎不會再發生血管再狹窄的情況,而且與金屬支架相比,聚乳酸具有類似的機械強度,足以承擔壁管的壓力,因此可以使用聚乳酸作為微創介入支架。但其也存在生物活性較差、親水性較好的缺點,所以在使用之前需對其進行一定的改性,以提升其作為可降解支架的可靠性和效果。同時也存在有足夠的 X 射線可視性的情況下保證良好的生物相容性,制備反映條件溫和、無毒、聚合物分子量可控的催化劑等問題需要解決[8]。

1.1.3 覆膜支架材料

覆膜支架主要被用來治療長段閉塞性病變、外傷型血管病變等,在微創介入治療時,某些覆膜還要具有一定的特殊功能或性質,目前多用膨體聚四氟乙烯以及聚氨酯來作為微創介入支架的覆膜材料。

膨體聚四氟乙烯是在生產過程中在特定條件下將聚四氟乙烯膨脹制得,在此過程中,膨體聚四氟乙烯會形成具有大量為微小氣孔的結構,這樣就可以賦予其更多的特殊功能,如生物相容性、柔軟有韌性、多微孔結構、低摩擦系數等。其多微孔可以為人體的組織細胞以及血管組織提供生長環境,在不與人體組織發生排異反應以及不形成纖維囊腫的情況下,形成和人本身組織幾乎相同的組織連接。蘇娛等[9]研究了在慕絲線額肌懸吊術與額肌懸吊術中使用改良后的膨體聚四氟乙烯治療先天性上瞼下垂的安全性及臨床效果。通過對比兩組患兒手術前后眼瞼閉合度、眼表形態以及瞼裂高度變化情況,證明e-PTFE 額肌懸吊聯合個體化重瞼術可以對兒童上瞼下垂進行有效的治療。

聚氨酯因其具有展開充分、耐腐蝕、不易老化等特點而被作為支架覆膜材料。聚氨酯覆膜的制作工藝非常簡單,使用有機溶劑將聚氨酯樹脂溶解,并將其涂覆到支架上,經烘干后即可使用。

1.2 輸送器用高分子材料

輸送器的質量好壞會直接影響手術過程,也可能會對治療器械的準確安放造成影響[10]。微創介入治療入路通常會從容易穿刺的淺表動脈或靜脈入手,這意味著輸送器若要將治療器械準確送達病變處要經過曲折的血管,因此要求輸送器具有扭控性、跟蹤性以及良好的柔順性。現在常用的輸送器高分子材料包括金屬纖維加強合成的復合材料、強度較高的聚酰亞胺、低摩擦系數氟類材料、聚醚嵌段酰胺共聚物等。

1.2.1 聚酰亞胺材料

聚酰亞胺具有優良的理化性質,如耐火焰、高強度、模量高、不吸水、機械強度高、低延伸性、無明顯的熔點、耐腐蝕等。其可以制備出管壁僅有0.03～0.05 mm厚的薄管,可以大幅降低輸送器的截面積,提升微創介入手術的安全性。聚酰亞胺可在200～300 ℃范圍內長期使用,是構造血管、制備輸送器的理想材料。首個符合《化學商品注冊、評估、許可和限制法規》以及歐盟《醫療器械法規》的聚酰亞胺導管材料是由Zeus Industrial Products Inc.公司推出的[11]。

1.2.2 氟類材料

氟類高分子材料在所有金屬或高分子材料中具有最低的摩擦系數以及優異的生物相容性。目前常用的氟類高分子材料有聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物等[12]。其中在微創介入治療器械中應用最多的是聚四氟乙烯,因其摩擦系數低,可以直接用來作為導管材料。但因為身為非極性高分子的聚四氟乙烯無法直接熱焊接加工或者膠粘,這在一定程度上限制了聚四氟乙烯在薄導管材料中的應用。

1.2.3 聚醚嵌段酰胺共聚物

可以使用精密擠出技術將聚醚嵌段酰胺制成中空纖維,然后作為微創介入輸送管。聚醚嵌段酰胺是一種彈性體,具有一定熱塑性,由可以讓共聚物具有柔性與延展性的聚醚以及為共聚物提供物理交聯作用的聚酰胺組成。因為其結晶度和熔點較高,導致聚酰胺和聚醚的相容性較低,故其在高溫環境下仍可保證完整,可以在較高溫度下進行應用[13]。

2 高分子材料產業在微創介入醫療器械領域的發展趨勢

隨著現代醫療水平、科學技術的逐漸提升,高分子材料逐漸被用于醫學領域,尤其是疾病治療、檢驗、臨床診斷以及病患護理中。因為這類醫療器械一般會與患者直接接觸,所以對其性能具有極高的要求,必須要滿足物理機械性能強、生物相容性優異的特點,保證醫療過程中的安全性。

高分子材料對微創介入醫療器械領域的發展具有深遠影響。在現代化醫療背景下,許多高性能醫用高分子材料如聚氨酯彈性體、醫用硅橡膠、聚乙交酯等被應用于植入型支架或者醫療器械的輸送器中,這可以極大程度地提升微創介入治療效果并且保障患者生命安全。但從目前的應用情況來看,研究人員仍要根據實際的需求來選擇最佳的醫療器械原材料,并且在研發、生產和應用過程中也要不斷調整,以滿足可持續發展的時代需求,充分發揮高分子材料在微創介入醫療器械領域中的作用。