同種異體與動物源性補片的力學性能比較

李崇崇 劉麗 王碩 韓倩倩 王春仁 李靜莉

0 引言

補片作為人體組織的替代產品，在燒傷、口腔、普外、泌外、婦產科等諸多領域均有廣泛的應用[1]。目前，根據所使用材料的不同，補片大致可分為人工合成補片、復合補片和生物補片3種[2-4]。其中，人工合成補片又分為不可吸收和可吸收兩種類型，目前臨床上常用的是人工合成不可吸收補片，例如Marlex聚丙烯、Gore-Tex聚四氟乙烯等，但是該類補片常常會給患者帶來異物感并引發慢性感染；而人工合成可吸收補片，例如聚交酯、聚羥基乙酸等，一般會在3個月左右被降解，支撐修復時長不足，增加了患者復發的概率[3]。復合補片是用兩種或多種材料制備或者在原有補片上加涂層獲得的補片，雖然在一定程度上解決了單一材料的問題，但是仍然會有皮下積液、黏連等問題[5-6]。由此，防黏連、抗菌的生物活性補片成為當前補片研究和發展的重點[7]。

生物類補片通過脫細胞技術，脫除了引起排斥反應的抗原細胞成分，僅保留細胞外基質和三維空間框架結構，在臨床上可誘導自體細胞在此框架內生長，從而達到組織重建和修復的目的[1]。生物補片按照其物種來源分為同種異體脫細胞基質材料生物補片和動物源性的異種脫細胞基質材料生物補片[8]。同種異體來源的生物補片由于臨床應用時間較長、生物相容性好、無毒、無刺激，因此是組織缺損患者組織修復與再生的“金標準”[9-11]。但由于異體皮膚來源有限，成品價格較高，以及受到倫理問題影響等，限制了其在臨床實踐中的廣泛應用[12]。制備動物來源的異種脫細胞補片為問題的解決提供了更多的選擇。

近年來，豬源和牛源性補片由于取材廣泛，價格低廉，制備簡單等優點，成為業內的研究熱點[12]。但兩者相較于異體來源性材料補片性能的比較報道較少，尤其是力學性能方面，由于基礎研究力度不足，研究方法不完善，尚未有過深入的探討。而良好的力學性能不僅能夠增加患者使用的舒適度，提高其生活質量，而且有利于保證補片的穩定性，減少術后復發率[13-15]。本文從拉伸強度、斷裂伸長率、縫合強度3個方面，對異體來源、豬源、牛源性補片的力學性能進行了比較，為補片行業的研發創新和臨床使用提供了參考。

1 材料、儀器與實驗方法

1.1 材料

豬源性補片采用已通過嚴格檢疫控制并按衛生標準進行屠宰取樣的健康豬膜組織(心包膜、腦硬膜、胸膜)，經特定生化技術完全去除其免疫抗原性、提高其穩定性后制成。

牛源性補片同樣采用健康的、有嚴格檢疫控制并按衛生標準進行屠宰取樣的牛心包膜組織，經過脫細胞和病毒滅活處理制成。

同種異體補片采用脫細胞異體真皮基質，樣品通過脫細胞處理后進行病毒滅活處理制成。

每種補片選用5個樣品，進行裁剪后分別完成各項實驗。

1.2 儀器設備

使用游標卡尺測量樣本的長度、寬度和厚度，使用萬能材料試驗機H5KS(Tinius Olsen，美國)測量樣品的力學性能。

1.3 檢測指標及測試方法

1.3.1 拉伸強度與斷裂伸長率

實驗前將試樣裁剪成50 mm×10 mm的樣條，測量樣條厚度D(單位為mm)。然后將樣條的兩端分別固定在萬能材料試驗機的夾具上，夾具間距為20 mm(即為測試樣條初始長度L0)。小心確保樣條沒有被拉伸、扭曲或被夾具損壞，應盡量保持自然狀態。啟動機器，以100 mm/min的速率勻速拉伸樣條，直至樣條斷裂。記錄此過程中的最大拉力Fm(單位:N)，以及斷裂時的樣條長度Lb(單位:mm)。拉伸強度Ts按式(1)計算，單位為MPa；斷裂伸長率E按式(2)計算，以%表示。

Ts=Fm/(WD)

(1)

E=100(Lb-L0)/L0

(2)

式中：Ts為拉伸強度，MPa；Fm為拉伸過程中的最大力，N；W為試樣寬度，10 mm；D為測量樣條厚度，mm；E為斷裂伸長率，以%表示；Lb為斷裂時夾具間樣條長度，mm；L0為初始夾具間樣條長度，20 mm。

1.3.2 縫合強度

實驗前將試樣裁剪成20 mm×20 mm的樣塊，然后使用4-0醫用尼龍縫線，從距樣塊上邊緣的2 mm處穿過。將縫線固定在萬能材料試驗機的上夾頭上，試驗機下夾頭夾持樣品的下邊緣，如圖1所示。以50 mm/min的速率拉伸縫線，記錄將縫線從樣本中拉出，或導致樣本損壞的最大力值，即為縫合強度SS(單位為N)。

圖1 縫合強度測試示意圖Figure 1 Schematic diagram of suture strength test

1.3.3 數據處理

對實驗數據進行t檢驗，判定不同補片類型之間的同一檢測指標差異是否有統計學意義。

2 結果

3種補片的拉伸強度、斷裂伸長率、縫合強度測試結果見表1。

表1 同種異體、豬源、牛源性補片力學性能測試Table 1 Mechanical properties of allogeneic,pig and bovine patches

在拉伸強度方面，豬源性補片與同種異體補片的差異無統計學意義(P>0.05)，牛源性補片拉伸強度明顯高于另外兩種補片(P<0.01)；斷裂伸長率方面，同種異體補片、豬源性補片、牛源性補片相互之間差異均具有統計學意義(P<0.01)；縫合強度方面，豬源補片與同種異體補片縫合強度的差異無統計學意義(P>0.05)，而牛源性補片的縫合強度明顯低于另外兩種補片(P<0.01)。

3 討論

植入人體的補片由于肌肉收縮、運動等原因不斷受到牽拉，因此，理想的人工補片必須具有與人體自然組織相近甚至更好的拉伸性能，即拉伸強度和斷裂伸長率。而補片的縫合強度則是保障補片穩定性的重要指標，較好的縫合強度能保證補片和人體組織縫合處牢固不破裂，減少疾病的復發。

表1結果顯示，豬源性補片與同種異體補片的拉伸強度和縫合強度非常接近(分別為9.31 MPavs9.37 MPa,P>0.05; 24.48 Nvs22.18 N,P>0.05)。在動物中，豬與人類的基因相似度非常高，用豬源性材料制作的補片來替代同種異體補片被認為是經濟又實用的選擇，本文的實驗結果進一步證實了豬源性補片具有良好的力學性能，相關的臨床試驗也證實了豬源性補片的良好效果[12,16-17]。

牛源性生物補片(主要是牛心包補片)已廣泛應用于心胸外科、腦外科、口腔科、骨科及泌尿外科等諸多醫學領域[8-10]。本文實驗牛源性補片的拉伸強度明顯高于另兩種補片。在相關研究中，也證實了牛源性(牛心包)補片具有較高的拉伸強度[18]。

補片在人體中會不斷受到牽拉，良好伸長率能夠減少異物感，提高患者使用的舒適度。在斷裂伸長率方面，同種異體補片要明顯優于另外兩種動物源性補片(68.49%vs40.22%vs31.61%)。

4 結論

生物補片由于具有良好的生物相容性，發生侵蝕、粘連、感染的概率較低，是當前的研究熱點[16]。而良好的力學性能不僅是保證補片臨床有效性的重要前提，具有與人體組織相近的力學性能還能提高患者術后的舒適度和生活質量。但是對于不同來源生物補片力學性能的研究，行業內尚缺乏深入的探討。

本文針對拉伸強度、斷裂伸長率以及縫合強度幾個力學性能指標，對同種異體、豬源、牛源性補片進行了測試及比較。相較于同種異體性補片，本文中所用豬源性補片在拉伸強度和縫合強度兩個方面與同種異體補片較為接近，但是在斷裂伸長率方面，同種異體補片要明顯優于動物源性補片。

雖然由于樣本量有限，本文結果有一定的局限性，但結果仍然給課題組繼續尋找合適的動物源性補片增強了信心，為動物源性補片的研究以及臨床的選擇使用提供了一定的參考意義。今后，將針對更多的性能以及結合實際的臨床使用效果，進行進一步的分析和研究。