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復(fù)旦丁建東教授團隊 ACS AMI：一種可顯影的可降解聚合物基復(fù)合材料
2022-06-16  來源：高分子科技

  可顯影的可生物降解原材料對于介入治療等領(lǐng)域的醫(yī)療器械十分重要，這個問題對于聚合物基材料尤為突出。制備方法分為化學(xué)合成法和物理共混法兩大類。物理共混法因為制備過程簡單、成本低、相對易于被藥監(jiān)局批準(zhǔn)，但是也面臨一些基礎(chǔ)科學(xué)問題，如圖1所示。


  目前的研究多集中于將可降解聚合物和可顯影的無機鹽（如硫酸鋇、四氧化三鐵等）共混，其中一款混有24%硫酸鋇的PLA胰腺支架甚至進入了I期人體臨床試驗。丁建東團隊經(jīng)分析認為，想要制備用于其他部位（比如說心血管）的可顯影可降解聚合物，將可降解聚合物和含碘造影劑共混是一個更好的選擇。


圖1. 制備用于臨床植入物的可顯影可降解聚合物的思路


  近期，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系丁建東教授團隊通過將兩種FDA批準(zhǔn)廣泛用于臨床的材料??親水性小分子造影劑碘海醇（iohexol, IHX）和疏水性可降解聚酯聚乳酸 (poly(L-lactic acid), PLLA, 或簡稱PLA)共混，制備了一種可顯影可降解聚合物基復(fù)合材料。


  體外顯影效果（圖2）顯示，可顯影可降解聚合物基復(fù)合材料的顯影效果隨IHX含量升高而升高。厚度為1mm、IHX含量為40%的PLA在9 cm厚的組織下依然清晰可辨。


圖2. 可顯影可降解聚合物基復(fù)合材料的體外顯影性能


  等溫結(jié)晶（圖3）顯示碘海醇的加入可以顯著提高聚乳酸基體的結(jié)晶速度，增大結(jié)晶密度的同時使得晶體尺寸變小。Hank’s溶液中長達6個月的體外降解表明可顯影可降解聚合物的分子量降低速度顯著低于純的聚乳酸，這是由于結(jié)晶度的提高造成的。

 

圖3. 有無碘海醇時PLA的等溫結(jié)晶性能


  由于碘海醇的加入會顯著降低材料的力學(xué)強度，為此作者嘗試引入另一種FDA批準(zhǔn)的聚合物?聚乙烯吡咯烷酮（PVP）?來調(diào)控聚合物的力學(xué)性能。PVP的加入可以顯著提高拉伸強度和斷裂伸長率，雖然彈性模量會有所下降（圖4）。作者提出了該三組分共混物的“核-殼”模型來解釋PVP對于力學(xué)強度的調(diào)控。溶血實驗、體外細胞毒性、大鼠皮下植入后6個月的組織切片表明該三組分材料的生物相容性良好。

 

圖4. PVP對可顯影可降解聚合物的調(diào)控作用


  最后，作者將該可顯影可降解聚合物基復(fù)合材料制備成用于治療先天性心臟病的可降解聚合物房間隔缺損封堵器的栓頭，并將其放于巴馬豬胸腔內(nèi)。如圖5所示，該栓頭可以清楚地在臨床上常用的數(shù)字減影血管造影技術(shù)中得到追蹤。

 

圖5. 可顯影可降解聚合物的動物實驗顯影效果


  這些研究為臨床上可顯影可降解材料的制備和選擇提供了新的思路，以“A Facile Composite Strategy to Prepare a Biodegradable Polymer Based Radiopaque Raw Material for ‘Visualizable’ Biomedical Implants”為題發(fā)表（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 24197-24212）。論文第一作者是復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點實驗室博士生汪群松，其導(dǎo)師、該國重主任丁建東教授為通訊作者。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c05184

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