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“自體重塑”與“材料降解” -- 論生物疝補片的強度

成人疝一旦出現,是無法自愈的。唯一有效的治療方法就是外科疝修補手術。手術中需要植入的修補材料稱為補片,可以說補片材料的特性很大程度上決定了疝修補手術的術后恢復質量。

目前臨床大量手術使用的是人工合成材料的補片。這些合成補片絕大部分是不可降解材料,其修補疝的原理是:在疝的缺損區域,形成以補片為中心的牢固的,類似疤痕的纖維組織復合體。采用人工材料進行疝修補雖然牢固度是解決了,但局部組織的彈性有所降低。如果疤痕樣的纖維結締組織形成過多的話,患者術后常會有繃緊感、牽拉感,并且長期有異物感。

近年來出現了一類非合成材料補片,材料來源于人體或動物的組織或器官,經過脫細胞脫基質、降低免疫源性、交聯等工藝后加工制備成疝補片。由于是來自于生物體的天然材料,因此臨床上也稱為生物補片(Biological Mesh)。生物補片修補疝的原理是:植入后,宿主細胞浸潤細胞外基質、細胞分裂、膠原沉積和新生血管形成,修補的區域實現了重塑再生,逐漸會形成與機體自身周圍組織強度相似的新屏障,而植入材料最終被降解。

眾所周知,個體之間重塑再生能力差異很大。某些患者使用生物補片修補后,可能由于重塑再生能力較差,導致在未重塑之前,植入材料就已經降解了。這時由于修補區域的自身組織尚未形成足夠的強度,就會導致疝的復發。

如何在自體重建和材料降解兩者之間取得平衡,是臨床對于使用生物補片非常關心的問題。


這方面的臨床隨訪數據不多,在此我們查找到了兩篇有代表性的文獻,分別是體外酶溶液實驗以及動物植入對比實驗,提供一些參考。

文獻I:Afua H.Annor, Michael E. Tang, Chi Lun Pui etc.’Effect of enzymatic degradation on themechanical properties of biological scaffold materials’,Surg Endosc. 2012 October ; 26(10): 2767–2778.doi:10.1007/s00464-012-2277-5.

文章(摘要部分)翻譯如下:

文章名:“酶的降解作用對生物支架材料的機械性能的影響”。

摘要

研究背景——植入的生物支架材料必須能在促進自體組織重塑以及抵御酶的降解之間取得平衡。本研究是通過體外實驗,評估酶促降解對生物材料機械性能的影響。通常認為,在含有酶的溶液作用下,生物支架材料的拉伸強度會降低,而經過交聯的支架材料比沒有交聯的支架材料能更有效地抵抗酶的降解作用。

研究方法——本研究評估了九種生物支架材料,四種來源于豬皮:Permacol,CollaMend,Strattice,XenMatrix;兩種來源于人皮:AlloMax,FlexHD;兩種來源于牛心包:Veritas,PeriGuard;一種來源于豬小腸粘膜:Surgisis。先將每種材料各10個樣品,放在37℃的鹽水中水合后進行了單向拉伸測試,以此作為材料性能對照基線。然后將50個樣品分別泡入37℃膠原酶溶液,分別經過2,6,12,24,30小時后,進行單向拉伸測試(每10個樣品一組,5個時間點取出,合計50個樣品)。

結果——經過30小時候以后,CollaMend,AlloMax,Veritas,Strattice,XenMatrix,Permacol,FlexHD的拉伸強度明顯降低,而PeriGuard的拉伸強度反而略有上升。經過交聯的牛心包材料(PeriGuard)在任何時間節點的拉伸強度都比沒有經過交聯的牛心包材料(Veritas)要高。同樣地,經過交聯的豬皮(Permacol)比沒有交聯的豬皮(Strattice,XenMatrix)也顯示出了相同的特性。

結論——材料在體外酶溶液中迅速退化同樣在體內也會有相同的反應,特別是暴露在創傷的組織環境下,此處基質金屬蛋白酶水平明顯提高。Permacol,CollaMend,Strattice,FlexHD,PeriGuard經受了最長的30小時酶溶液的作用并且仍能完成機械性能測試(其它材料都已經退化變質了)。

XenMatrix,AlloMax,Veritas,Surgisis四種材料迅速退化變質,在最長的酶溶液作用后(30小時)已經不復存在。生物支架在體外膠原酶的作用下能保持強度,這對于需要長時間恢復的疝修補來說是非常有利的,因為修復部位酶的水平會提升。

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文獻II:Corey RDeeken, PhD, Lora Melman,etc. ‘Histologic and Biomechanical Evaluation ofCrosslinked and Non-Crosslinked Biologic Meshes in a Porcine Model of VentralIncisional Hernia Repair’J Am Coll Surg. 2011 May ; 212(5): 880–888.doi:10.1016/j.jamcollsurg.2011.01.006.

文章(部分)翻譯如下:

文章名:“在豬的腹壁切口疝修補術模型中交聯、非交聯生物材料的組織學和生物力學評價”

摘要

研究背景——本研究的目的是在豬的腹壁切口疝修補術模型中,對交聯生物補片((Peri-Guard, Permacol)以及非交聯生物補片(AlloDerm,Veritas)在植入后12個月時間內評價其生物力學性能和組織學重構特性評價。

研究設計——在48只Yucatan小豬的雙側腹壁制造切口疝,21天后,應用內置法進行修補。樣品分別于置入后1個月,6個月,12個月取出,進行生物力學及組織學特性分析。取出的樣品分別與未植入的樣品及植入部位的腹壁組織進行生物力學性能對照。統計顯著性水平由Fisher最小顯著差檢驗后的方差分析確定。

結果——所有修補部位在1、6、12個月都呈現出相似的拉伸強度,不同材料之間沒有顯著性差異(所有病例P>0.05)。無論植入材料的初始強度如何,植入部位的豬腹壁組織在所有時間點沒有呈現強度增加。在組織學上,相比于交聯過的材料,未交聯的材料呈現出更早期的細胞長入(P<0.01)、細胞外基質沉積(P<0.02)、補片支架降解(P<0.05)及新血管形成,而交聯材料在植入12個月以后上述特性也都可呈現與非交聯材料一致的結果。

結論——應用生物補片進行疝修補,局部拉伸強度不受材料初始強度及材料是否交聯等特性影響。雖然經過交聯的材料,在植入后短時間內其組織學特性如:細胞長入、新血管形成等組織學特性有所差異,但長時間以后這些差異基本消失。除了交聯以外,材料來源的組織類型及處理條件等也會對這些差異造成影響。

從上述兩篇文獻中,我們可以了解到,生物材料經過“交聯“處理后,可以獲得更大的拉伸強度,并且能長久維持這個強度,大大降低在疝修補區域因材料強度降低太快而導致疝復發的概率。另外,交聯后的生物材料,雖然延緩了宿主細胞長入、細胞外基質沉積、新血管形成等過程,但是長期來看同樣能夠取得與非交聯材料一致的組織重塑效果。

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