人工韌帶的研究現(xiàn)狀

張宇杭

（重慶工商職業(yè)學(xué)院 智能制造與汽車學(xué)院，重慶 401520）

近年，LARS（ligament advanced reinforcement system）聚酯韌帶因近期優(yōu)良效果受到了臨床修復(fù)領(lǐng)域的重視。該韌帶在關(guān)節(jié)內(nèi)以平行纖維排列，具有較好的組織相容性且人工纖維之間有組織的長(zhǎng)入，早期恢復(fù)效果較好。但LARS韌帶因使用壽命、長(zhǎng)期療效不確定，韌帶與骨界面結(jié)合不良、應(yīng)力遮擋、在疲勞和蠕變下導(dǎo)致力學(xué)性能下降甚至斷裂等原因不推薦作為前交叉韌帶修復(fù)的首選。此外，LARS 韌帶的制作材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，該材料體內(nèi)不可降解，長(zhǎng)期停留體內(nèi)易產(chǎn)生炎癥，骨隧道內(nèi)人工韌帶部分與骨難以愈合而易產(chǎn)生骨道擴(kuò)大，導(dǎo)致需要手術(shù)修復(fù)、甚至更加困難的二次重建。

研究者認(rèn)識(shí)到合成韌帶在降解性、持久性和生物相容性等方面的相關(guān)問(wèn)題后，開始進(jìn)一步研究組織工程生物學(xué)韌帶支架。在組織工程中采用天然的I 型膠原、絲素蛋白和人工合成的聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乙烯醇（PVA）及其共聚物。組織工程韌帶一般將支架材料做成絲狀纖維后編制，將其植入損傷修復(fù)位置。組織工程支架一般采用可吸收螺釘或不可吸收的金屬螺釘固定，但可吸收螺釘易引起關(guān)節(jié)積液，且降解過(guò)程中殘生炎性介質(zhì)造成局部酸環(huán)境影響韌帶骨愈合；金屬擠壓螺釘易造成韌帶-隧道的不均勻接觸，導(dǎo)致不均勻愈合，且其永久存留在骨道內(nèi)，易產(chǎn)生“雨刷”效應(yīng)引起骨道擴(kuò)大而導(dǎo)致功能下降或喪失。

為了優(yōu)化韌帶支架與自體骨的固定方式，實(shí)現(xiàn)韌帶移植物與自體骨之間形成生物結(jié)合，研究者探索了在移植入末端結(jié)合骨誘導(dǎo)因素（羥基磷灰石、磷酸三鈣等）、生長(zhǎng)因子（BMPs）或梯度界面等方法。張文友等模擬自然韌帶-骨界面，設(shè)計(jì)制備了韌帶-骨仿生支架，如圖1-1 所示。該支架時(shí)先分別燒制TCP 陶瓷骨支架、編織PLA 纖維的韌帶支架，然后連接韌帶與骨支架，然后依次向連接界面處灌注高TCP 濃度的PLGA 溶液，中TCP濃度PLGA 溶液和低TCP 濃度的PLGA 溶液，最后通過(guò)冷凍干燥等步驟獲得具有梯度界面的韌帶-骨支架。該方法模擬了自然韌帶-骨界面三相結(jié)構(gòu)，證明了在單一支架上再生多組織的可能性，相較于目前采用單一材料或單一結(jié)構(gòu)來(lái)制造韌帶支架有較大進(jìn)步。但是該方法制備的三層梯度界面之間連接不穩(wěn)定，特別是高TCP 濃度的PLGA 與骨支架部分的連接強(qiáng)度較低，易發(fā)生界面斷裂。

圖1-1 分層韌帶/骨支架的制備

此外，有研究人員采用在韌帶支架末端修飾誘導(dǎo)因素、生長(zhǎng)因子等方法，但是誘導(dǎo)因素或生長(zhǎng)因子易與支架接觸固定不牢固，影響誘導(dǎo)效果；通過(guò)在支架末端添加梯度界面的方法易造成界面連接不牢，且工藝復(fù)雜。理想的前交叉韌帶支架應(yīng)該具有良好的生物課降解性、生物相容性，更好的誘導(dǎo)自體骨組織、韌帶組織、界面組織的再生。Frank A 等在老鼠實(shí)驗(yàn)中研究了采用靜電紡絲的方法制備聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）并符合了膠原的前交叉韌帶支架，如圖1-2 所示[10]。制備中采用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓作為接收器制備具有方向性的PCL 納米纖維薄膜，然后將支架層層疊加并浸泡在膠原溶液中，然后將支架晾干并將之間剪裁成1.5mm×35mm×150um 的支架，并在支架表面打直徑150um 的孔，孔占整個(gè)面積的15%。最后使用這種方法來(lái)修復(fù)大鼠的前交叉韌帶損傷。支架通過(guò)手術(shù)線縫合在骨膜上。這種方法將支架的顯微結(jié)構(gòu)縮小至微納米纖維，可以促進(jìn)前交叉韌帶損傷修復(fù)中自體組織的再生。但是這種支架制備過(guò)程中通過(guò)破壞性的打孔來(lái)增加支架的孔隙率，使得支架的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于自然韌帶的的強(qiáng)度，體內(nèi)植入后隨著支架的降解，極易發(fā)生斷裂而造成二次損傷。

圖1-2 靜電紡絲法制備前交叉韌帶支架

靜電紡絲制備韌帶支架相較于傳統(tǒng)制備韌帶/骨支架的方法，其顯微結(jié)構(gòu)為具有納米尺寸的纖維，比傳統(tǒng)制備的韌帶支架的微米纖維尺寸更小，其結(jié)構(gòu)與自然的韌帶組織、骨組織的顯微結(jié)構(gòu)相近，更容易誘導(dǎo)自體組織的再生。靜電紡絲工藝也可以利用納米羥基磷灰石、生長(zhǎng)因子等混合制備復(fù)合納米纖維，增加誘導(dǎo)因素與韌帶支架的結(jié)合強(qiáng)度。靜電紡絲在工藝方面的優(yōu)勢(shì)成為制備組織工程韌帶支架的理想方法，逐漸成為人們的研究熱點(diǎn)。