醫療美容類面部注射填充材料評價

趙琛玉 李崇崇 孫雪 王涵 韓倩倩

【提要】 隨著經濟發展和技術進步，醫療美容的需求大幅增加，醫用生物材料大量應用，其有效性和安全性的評價有必要進一步提高。目前，國內所采用的是理化性質及生物學評價，然而臨床上的有效性是一個多方面的評價，無統一標準，大多主要采用客觀指標量化分析，主觀感受屬于次要標準。本文對目前主要的面部填充物及其理化性能評價方法進行綜述。

人口結構趨于老齡化、個人外貌意識增強以及技術進步，預示著全球醫療美容市場的繁榮[1]。與國外相比，國內醫療美容行業起步較晚，但由于需求量大，發展迅速，特別是近年來輕醫美的盛行，醫療美容整形的熱度提升，新興醫療美容平臺興起，加上社交媒體的廣泛宣傳，醫療美容的接受程度日趨提高[2-3]。美國皮膚外科學會一項調查顯示，為了提高自信，以及更顯年輕或更具吸引力，約有70%的消費者考慮進行整容手術[4]。美國整形外科協會數據顯示，2020 年整形外科醫生進行的1 560 萬例整容手術中，近90%是微創的，其中，軟組織填充排名第二[5]。

醫療美容的發展，隨之而來的是醫用生物材料的大量應用及發展。目前，可用于軟組織填充的材料廣泛，如硅橡膠、聚四氟乙烯等植入填充材料以及膠原蛋白和透明質酸等可注射類填充材料。面部填充注射雖然具有微創、風險小、不良反應發生率低的優勢，但難免會引起一些不良反應，如腫脹、水腫和淤青等，嚴重時可能導致皮膚和組織壞死，甚至引起腦栓塞及失明[6]。因此，針對填充用生物材料的安全性評價就顯得格外重要，本文對目前臨床使用以及在研生物材料的物理化學生物學評價方法進行簡要介紹。

1 醫療美容類生物材料分類

生物材料長期與人體組織直接接觸，需具有良好的生物相容性，其理想性質為無免疫原性以及降解后無毒性，機械性能良好和成本低且易處理[7]。

1.1 可生物降解類

可生物降解填充劑通常在6 個月至1 年內被人體吸收，半永久性填充劑可持續1～2 年。可生物降解填充劑通過刺激新膠原生成，以達到更持久的美容改善效果，并具有發生不良事件或嚴重并發癥的風險低，且易于矯正的特點。

1.1.1 自體脂肪

脂肪移植始于抽脂手術后[8]。自體脂肪來源豐富，生物相容性好，對比其他填充物，患者接受度更高。此外，自體脂肪含有天然干細胞，其再生潛力有利于改善面部組織，修復瘢痕和曬傷[9-10]。但是，脂肪移植效果因個體和技術，甚至移植部位而異，手術過程繁瑣，比合成可注射填充劑更耗時[8]。Sito 等[11]分析表明，自體脂肪相比其他填充劑更易導致血管并發癥，且是最常導致失明的填充材料。也有案例報道發生血管栓塞引起視力障礙，甚至腦梗死[12-14]，可能是填充物注射入面部血管所致[15]。Ozer 等[16]研究表明，將富血小板血漿與自體脂肪移植結合進行面部填充，前者含有多種生長因子，可以增強體內外脂肪細胞衍生干細胞的增殖。

1.1.2 膠原蛋白

膠原蛋白（Collagen）是最早使用的注射填充劑之一，主要來源有牛、豬以及人。人源膠原蛋白又分為生物工程、人尸和自體三種[8]。膠原蛋白是真皮的主要成分之一，可減少注射過程中的瘀傷和疼痛，并將衰老皮膚中丟失的結構成分恢復，有利于改善皮膚彈性，增加皮膚含水量，減少皺紋，是各類與皮膚相關抗衰老研究的重點[17]。研究表明，膠原蛋白可維持12～18 個月，但需冷藏保存，儲存成本較高[18]。注射膠原蛋白最常見的不良反應是致敏，在使用牛和豬膠原蛋白之前，必須進行皮膚試驗[17]。相比之下，人源性膠原蛋白填充劑不需要皮膚測試，副作用更少[19]。

1.1.3 透明質酸

透明質酸（Hyaluronic acid，HA）是目前應用最廣的面部填充劑，是人體細胞外基質中的主要多糖，易降解，存留時間短，也具有廣泛的藥理活性，如抗炎、傷口愈合、組織再生等，可刺激膠原生成，減少皺紋，增加皮膚彈性[20]。Schuurmans等[21]將透明質酸進一步化學修飾產生交聯，可降低成本，提高純度，并降低免疫反應。Cho 等[7]將透明質酸與明膠、殼聚糖、纖維素和聚乙二醇組合，顯示出優異的生物相容性。根據交聯方式，透明質酸還能分為單相型和雙相型，雖然雙相型更易于注射，但根據統計分析，單相型注射疼痛率低且效果更持久[22]。也有研究顯示，加入了利多卡因的新型雙相型的效果優于單相型[23]。填充效果一般可持續6～18 個月[24]。透明質酸過敏反應發生率低，常見癥狀為發紅和腫脹，或是因技術原因導致的水腫[25]。統計分析表明，鼻唇溝填充中透明質酸并發癥發生率最高，但多為輕度、一次性和可逆性的[26]。采取注射透明質酸酶治療注射后引起的血管堵塞，成功率并不高[11]。Artzi 等[27]證明透明質酸填充劑所造成的延遲炎癥反應可使用抗生素治療。

1.1.4 左旋聚乳酸

左旋聚乳酸（Poly-L-lactic acid，PLLA）為“童顏針”的主要成分，相比于透明質酸的單純填充，其可募集巨噬細胞、成纖維細胞以及刺激膠原產生，改善皮膚紋理[28]。左旋聚乳酸具有良好的生物相容性，注射到人體內，可在酶的作用下分解為水和二氧化碳[29]。代謝途徑與乳酸相同，在約9 個月時完全降解[30]。最早于2004 年FDA 批準其用于改善HIV 引起的面部脂肪萎縮，后在2009 年批準用于改善正常人群的衰老性深度皺紋[8]。聚乳酸作為半永久性填充材料，效果持續時間明顯長于其他材料，一般可持續2 年，甚至更長[31]。聚乳酸不良反應較少，大多能自行消退，偶爾發生的肉芽腫和結節也與不正確的注射區域以及注射技術有關。但有報告顯示，患有多種慢性病的人注射左旋聚乳酸后發生視網膜動脈阻塞[32]。

1.1.5 羥基磷灰石鈣

羥基磷灰石鈣（Calcium hydroxyapatite，CaHA）是人體骨組織和牙齒的一種礦物質成分，具有良好的生物相容性。其產品是由懸浮在羧甲基纖維素鈉凝膠中的24～45 μm 羥基磷灰石鈣球形顆粒組成，凝膠被吸收時，微球可充當膠原蛋白沉積的支架，持續12～18 個月[33]。2006 年FDA 批準其用于治療HIV 感染患者的面部脂肪萎縮和治療中度至重度面部皺紋[34]。CaHA 上市時間雖短，但已成為第二大受歡迎的軟組織填充劑，與膠原蛋白和HA 相比，CaHA 的患者滿意度更高，效果更持久[35]。不過其使用僅限于嘴唇的淚溝區域和下眼眶邊緣，還應避免在炎癥部位注射[17]。常見不良反應是腫脹、發紅和結節，肉芽腫較少見[36]，結節大多發生在嘴唇及鼻部周圍[34]。

1.1.6 聚己內酯

聚己內酯（Polycaprolactone，PCL）主要成分是70% CMC（凝膠載體）和30% PCL。PCL 具有生物相容性，且可生物降解，還能刺激自身膠原蛋白再生，使皮膚達到自然緊實的效果[37]。2009 年一種膠原蛋白刺激器Ellansé 獲得歐盟（CE）標志[38]。Sezer 等[39]研究證明，將利多卡因加入填充劑中可加速刺激新膠原產生。PCL 具有較高的結晶度和疏水性，因此相比其他填充劑，生物降解率較慢，據報道Ellanse ?（Sinclair Pharma，UK）持續時間從9 個月到4 年，FillerX ?（韓國加納研發公司）通過在交聯HA 基填料中添加PCL 微球，持續時間可達4 年[40]。聚己內酯不良反應發生率低，大多數為輕微癥狀。Lin 等[41]研究表明，2015 年至2018 年3 年間未發現肉芽腫、血管內注射病例。

1.1.7 脫細胞基質

脫細胞基質（Acellular dermal matrices，ADMs)材料是在細胞外基質成分與結構的基礎上，通過脫細胞工藝去除細胞而保留其生物活性成分的基質材料，主要來源有人、牛和豬[42]。可誘導并促進成纖維細胞的遷移和釋放誘導劑，實現膠原蛋白與組織的結構重塑[43-44]。可用于燒傷治療、隆鼻、唇腭裂、眼周缺陷等面部整形及美容[45]。研究表明，其注射后效果持續12～48 個月，甚至可能更長[46-47]。與傳統填充物不同的是，注射幾個月后才能出現明顯效果，且注射成本高，但副作用小。

1.2 不可生物降解類

永久性材料基本上是不可吸收的，在某些情況下即使有可能，通常也很難移除徹底。

1.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯

聚甲基丙烯酸甲酯（Poly-methlmethacrylate，PMMA）由20%不可吸收的PMMA 和80%牛膠原蛋白組成，于2006 年第一個被FDA 批準作為永久填充劑，2014 年12 月獲批用于治療痤瘡瘢痕[48]。臨床研究表明，PMMA 治療萎縮、抑郁和面部皺紋是有效、持久、安全且令患者和醫生滿意的[49]。臨床上，患者需二次或以上治療才能得到較滿意的效果，且由于注射后PMMA 的可延展性長達3 d，在此期間，面部運動或按摩可能會導致產品移位[48]。和其他填充劑相比，PMMA 的使用和普及度較低[50]。PMMA 相關并發癥的一般發生率為4.9%，肉芽腫為1.9%[51]。植入后多年，可能會發生遷移，因為顆粒被膠原纖維包圍，通常難以被人體吸收，表現為硬化癥或結節，需要手術干預[52]。

1.2.2 聚丙烯酰胺凝膠

聚丙烯酰胺凝膠（Polyacrylamide hydrogel，PAAG）是聚丙烯酰胺和注射用水按照一定配比形成的膠狀聚合物，穩定、無毒、無過敏性以及無黏性。2001 年獲得歐盟認證，品牌名稱為Aquamid，也在許多其他國家/地區可用，雖然Aquamid 已經在美國進行了安全性和有效性試驗，但尚未獲得FDA的批準，目前僅可用于治療HIV 相關的面部脂肪萎縮[53]。但有研究表明，使用這種永久性填充劑后會發生許多不良事件，如疼痛和血腫等短暫性、非顯著性癥狀，或者由于手術操作、感染、組織反應引起的凝膠積聚、肉芽腫、炎癥等[54]。2006年因大量不良反應報告，我國停止了PAAG 的使用[55]。

1.2.3 聚四氟乙烯

聚四氟乙烯（ePTFE）是一種惰性的膨體聚合物，具有穩定的物理和化學性質，硬度不僅能滿足局部組織結構的支撐要求，而且具有一定的韌性，從而獲得自然而真實的感覺，良好的生物相容性，臨床應用效果好[56]。1982 年首次用于重建軟組織缺陷，通常用于面部的下1/3，如嘴唇填充、鼻腔增大、鼻唇溝和下頜填充[57]。臨床隨訪觀察顯示，無慢性炎癥、吸收、萎縮等長期并發癥，且相比其他填充劑，植入物易取出，但有報告指出其不適用于唇部手術，因為唇部周圍肌肉運動過強，易導致植入物被破壞[58]。許多文獻報道了ePTFE 在整形外科中的應用[59]。

2 化學性能

2.1 材料化學組成分析

化學組成是生物學評價的第一步，與生物相容性有很大關系，可用于確定與上市成品的等同性，也可為毒理分析提供參考。可通過翻閱制造商提供的數據或查閱參考文獻獲得，對于其中的添加劑，要采取合適的浸提條件來進行分析，如果無法從供應商處獲得資料，可根據材料類別、臨床預期接觸部位及時間選用適當的方法進行分析。

2.2 材料溶出物

材料中一些成分隨著使用時間的推移，可能會遷移出來，引起局部或全身的生物學反應，引發安全問題。這些從醫療器械中釋放出的化學物質稱為可瀝濾物。檢測溶出物時，首先要明確材料的成分和工藝，其次再確立合適的浸提條件。

2.3 降解

生物材料在體內經過各種力的綜合作用下，磨損變形，可能發生降解。高分子材料的降解主要分為生物降解、化學降解和物理化學降解。聚合物材料降解試驗可以GB/T 16886.13 和GB/T 16886.1 為原則，根據產品的特性設計降解試驗。

2.4 材料化學物質的允許限量

材料的化學物質從來源上可分為原料、加工滅菌過程的物質殘留和材料降解。這些物質中有些會給人體帶來危險，可在已知其毒性的基礎上，結合實際使用需求，對其進行限量。

2.5 分子量

高分子材料的許多性能不僅受到平均分子量的影響，也隨分子量分布的寬度和形狀而改變。分子量分布可以由三種不同的分子量來表征：數均分子量，重均分子量和z 均分子量。大部分熱力學性質依賴于數均分子量。與大形變有關的性質，如熔體和溶液的黏度，主要由重均分子量決定。黏彈性如熔體彈性，依賴于z 均分子量。

2.6 紅外鑒別

生物材料主要成分均具備其特征性紅外圖譜。通常采用壓片法、糊法、膜法、溶液法和氣體吸收法等進行測定。

2.7 滲透壓

可注射材料必須關注其滲透壓，維持組織內溶劑擴散或生物膜的轉運。直接取樣，采用《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）中所規定的冰點法進行測定。

2.8 pH 值

pH 值的測定按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）所規定的pH 計進行測量。

2.9 蛋白質

材料中含有少量蛋白質并不會影響整體質量，但若含有較多蛋白質（1%），則會引起過敏反應。測量方法有考馬斯亮藍法和福林酚法。其中，福林酚法更適合于以蛋白質為主要成分的材料，而考馬斯亮藍法適用于蛋白質含量較少的材料[60]。

2.10 重金屬含量

重金屬在體內蓄積，易頭暈惡心，甚至引起神經系統紊亂，重則致癌。鉛是重金屬中毒性較大，且在生產中最易接觸的，故以鉛含量作為限定。按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）0821 重金屬檢查法中第二法測定。

2.11 細菌內毒素含量

按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）1143 細菌內毒素檢查法規定的方法進行檢驗。

2.12 熾灼殘渣

按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）0841 熾灼殘渣檢查法規定的方法進行檢驗。

3 物理性能

3.1 剪切黏度

剪切強度是指粘接件被破壞時，單位粘接面所能承受的剪切力，其單位用兆帕·秒（MPa·s）表示。測試條件影響最大的是環境溫度和試驗速度，溫度升高強度下降，試驗速度減慢強度降低，這說明溫度和速度具有等效關系，即提高測試溫度相當于降低加載速度。

3.2 烏式黏度

烏式黏度計用來測定高分子聚合物極稀溶液的特性黏數。按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）0633 第二法“烏式毛細管黏度計測定法“來測定。

3.3 外觀

將材料垂直于照度為2/500 lx 下任意旋轉，從水平方向觀察，應符合規定。可參考《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）0904 可見異物檢查法第一法（燈檢法）進行。

3.4 粒徑分布

顆粒的大小和形狀是粉體材料最重要的物性特性表征量。測量方法有直接觀察法、篩分法、沉降法、激光粒度分析法等。目前大多采用激光粒徑分布法，按照《中華人民共和國藥典（四部）》（2020 版）0982 粒度與粒度分布法中第三法（光散射法）濕法測定。

3.5 溶脹度

溶脹度是凝膠溶脹時重量的變化，是體現凝膠親水性能的重要物理參數，可以反映凝膠的交聯程度。同樣條件下，凝膠的交聯度越大，溶脹度越小。

3.6 推擠力

推擠力是了解可注射材料實際使用時的狀況，作為產品品質的評估指標之一。推擠力的高低落差大，表明樣品有分散不均或聚集濃縮現象，這樣也會影響注射時的適手性。記錄推擠力曲線平臺區的最大值、最小值和平均值。

3.7 彈性

彈性是指當一種材料在受到伸展或壓縮后恢復到起始狀態的趨勢。彈性的表征可以使用測定凝膠的剛性，而剛性是由動力黏度和特性黏度決定的，即，剛性=

3.8 流變性

流變學即研究流動相關性質。凝膠注入人體后，會受到橫向剪切應力（扭轉力）或者垂直方向壓縮（拉伸力）的協同作用，與這些作用力相拮抗從而維持凝膠物理穩定性的則是流變學特性，主要包括黏彈性和內聚性兩種。黏彈性過大，則表現為HA 硬度大，手感不自然，組織整合性差；黏彈性過小，則穩定性差，易移位。凝膠注入人體后，受到垂直方向的壓縮力或拉伸力時，內聚性則體現出延展和塑形性能。內聚性高，面對壓力時的抗折疊和塌陷能力則越強。內聚性小則與之相反[61]。

4 生物相容性評價

4.1 總則

生物材料在直接接觸人體之前，都要確保其生物學穩定，不釋放出任何對人體有不良作用的物質。其目的是預測生物材料與人體接觸的潛在危害性，依據現有的科學技術能力和水平，盡可能多地提供在人體應用時的安全性信息，將不安全風險減少到最低程度，可參考GB/T16886.1。

4.2 細胞毒性試驗

細胞毒性試驗是運用體外細胞培養技術，檢測生物材料對于細胞正常功能的影響，如生長抑制、變異、溶解或死亡等。一般是生物學評價的首選和必選項目。細胞毒性評價指標按照不同生物學終點分類，可分為細胞形態學、細胞膜效應、細胞生長能力、細胞代謝特性、細胞周期與細胞凋亡等。

4.3 刺激試驗

生物材料接觸人體時釋放的物質可能會引起血管、黏膜或眼刺激，這種是局部組織反應，產生發紅和腫脹等癥狀，并偶爾伴有發熱和疼痛。刺激試驗具有較高的敏感性。首先對材料進行體外刺激試驗，其次再根據情況進行體內刺激試驗。皮內、皮膚和眼部刺激試驗是三大主要體內刺激試驗，用于評估材料可能的接觸危害。

4.4 致敏試驗

致敏試驗是通過動物試驗來評價生物材料引發過敏反應的潛能，檢測免疫介導的對某種物質的皮膚反應。皮膚致敏試驗包括體內動物試驗和體外替代試驗，其中，體內動物試驗較成熟，靈敏度高，是生物學試驗中必須評價的項目之一，方法有豚鼠最大劑量試驗（GPMT）、豚鼠封閉貼敷試驗（Buehler 試驗）和小鼠淋巴結試驗（LLNA）三種試驗方法。

4.5 全身毒性試驗

全身毒性試驗是將材料或其浸提液在一定時期內作用于動物體內，以評價是否存在因毒性物質被機體吸收后可能產生的潛在的全身性損害作用。全身毒性試驗包括急性全身毒性試驗和重復接觸全身毒性試驗，后者又可分為亞急性、亞慢性和慢性全身毒性試驗。與人體持久接觸的材料都有必要進行亞慢性或亞急性毒性試驗，試驗中最好采取具有臨床相關性的接觸途徑。

4.6 植入試驗

植入試驗指當生物材料植入動物皮下、肌肉或骨組織內，經過一定時間，對植入后試樣周圍組織進行病理學觀察及評定，從而評價材料的組織相容性。材料周圍組織的異物反應程度和纖維囊的厚度，被認為是植入材料組織相容性的重要指標。軟組織植入試驗包括皮下植入試驗和肌肉植入試驗。

4.7 遺傳毒性

遺傳試驗指采用動物或細胞等測定生物材料是否與遺傳物質發生相互作用。根據試驗方法的不同，可分為體內和體外試驗，目前大多采用體外系列試驗；根據遺傳學終點的不同，可分為基因突變、染色體損傷和DNA 斷裂。目前尚無單一方法覆蓋多個遺傳學終點，因此多采用多個試驗相結合來綜合評價。

4.8 血液相容性試驗

血液相容性是指醫療器械或材料與血液接觸不產生任何臨床上的有害反應，如血栓形成、溶血、血小板/白細胞/補體激活等，主要檢測內容一般包括與血漿蛋白的相互作用和與血細胞的相互作用。

4.9 免疫毒性和免疫原性評價試驗

生物材料免疫毒性是指材料對免疫系統的結構或功能的任何不良作用，主要包括慢性炎癥反應、免疫抑制、免疫刺激、超敏反應和自身免疫。免疫原性是材料本身具有的性質，有免疫原性不一定導致免疫毒性，但可以影響材料的全身毒性、毒代動力學等方面的評價。目前主要通過嚙齒類動物體內試驗來研究和評價材料。

4.10 生物降解

生物降解反應的評價是對有潛在可吸收和/或降解特性的生物材料及其降解產物，或者具有釋放潛在毒性化合物的材料，評價其降解產物的毒代動力學及其對生物體的影響。評價首先是通過體外模擬對材料的降解行為進行研究，之后再根據結果考慮是否進行體內降解和毒代動力學研究。

5 存在問題

我國于2000 年發布并實施《醫療器械監督管理條例》，自此開始對醫療器械的監管體系。同年12 月，批準上市了我國第一個軟組織填充物聚丙烯酰胺水凝膠（奧美定）[55]。相比美國和歐洲來說，我國面部注射材料發展時間短、產品少、結構不合理，且不可吸收材料在我國上市早，對此的風險認知不足[62]。2006 年，因不良反應問題，奧美定退市。面部注射的不良反應一直存在，如皮膚變色、水腫、結節、炎癥和血管并發癥[63]，面部血管豐富，特別是眼周處，最嚴重的不良反應是致盲，也有發生眼動脈及腦動脈阻塞的情況[64-66]。有研究表明，炎性結節可能是由于細菌生物膜感染導致[67]。對于永久性填料還要考慮隨著時間推移以及面部肌肉變化，導致填充物局部遷移的風險。

如何減少并發癥的發生率以及術后的處理是目前的關注點之一。醫療美容類產品的有效性與安全性不同于其他醫療器械，不僅在于材料本身以及成品的理化性能和生物學評價，更重要的是取決于術后效果的滿意度，甚至對于臨床試驗為境外人群的評價，還需考慮到人種差異[68]。

想要預防并發癥，更考驗臨床醫生對于產品的熟悉程度和注射技術。所報道的不良反應中很大部分來自于不規范機構的非專業醫師操作，不僅術中存在很大風險，對于術后并發癥的處理也大大增加了難度。對于預防，首先要掌握的就是面部解剖結構，尤其是面部血管的分布與走向以及皮膚層次[69]。其次可采用小劑量緩慢注射、使用鈍頭針、注射前回抽試驗、使用血管收縮劑以及壓迫眥部血管等方法[70-71]。李芯等[72]的研究表明，使用彩超輔助外加壓迫眥部血管可取得較好效果。使用高頻超聲、MRI 或PET CT 等有利于術后觀察及遠期隨訪[73-75]。

目前，我國對于面部注射填充物的管理還需加強。對于填充物的有效性，其實是一個綜合概念，主要決定于就醫者的心理受益，然而這種評判標準主觀性與不確定性較多，無法作為一種通用標準，因此所采取的大多是能客觀量化的指標，如皺紋嚴重分級程度，而將滿意度作為次要指標[68]。

完善評價體系還有很長的路要走，組織工程、3D 打印技術的發展以及研究的不斷創新，或許在不久的將來能找到答案。

6 總結

醫療美容行業的特殊性在于其受試者是正常人而非傳統醫藥行業的患者，目的在于面部的改善而非疾病治療，這就導致產品的有效性評價較主觀而非客觀。相比國外，我國對于醫療器械的管理時間較短，目前主要是對產品的理化性能及安全性進行評價。臨床上由于個體差異性以及評價標準過于主觀，且最終效果及不良反應發生率與醫師的水平也有極大的關系，故對于面部注射填充產品，非臨床與臨床評價有必要相互銜接，才能更大程度保證受試者的滿意度。