通过对脱细胞猪小肠粘膜下层基质材料进行体内外降解实验,考察了SIS材料在不同降解环境下的降解行为,为其在临床应用中的有效性提供依据。体外降解实验采用I型胶原酶,蛋白酶K酶解来模拟体内降解环境;体内降解实验采用大鼠和新西兰兔分别进行皮下以及腹壁植入。结果显示SIS材料在体内修复组织需要8~12周,相当于体外I型胶原酶降解12 h (降解40.24%),蛋白酶K降解60 min (56.33%);材料在体内完全降解的时间为24周,而体外胶原酶和蛋白酶K完全降解分别需要96 h和120 min,同时SIS材料组织相容性好,无黏连,血肿等症状发生。结果表明SIS降解与组织修复过程相匹配,排异反应弱,可以为组织修复提供力学强度与生物学模板,表明SIS材料是一种可用于临床修复的生物材料。 Degradation behaviors of acellular porcine small intestinal submucosa (SIS) matrix under different circumstances were investigated by taking the degradation experiments in vivo and in vitro respectively. In vitro, solutions of collagenase type I and Proteinase K were used to mimic the de-gradation environment. Wistar mice and New Zealand Rabbits were used as subcutaneous and abdominal degradation model in vivo. Results showed that it took 8-12 weeks for the tissue to re-pair in vivo, while the time intervals needed to get the same degradation percentage for collagenase I and Proteinase K in vitro were 12 h and 60 min respectively. SIS was totally degraded in 24 weeks in vivo and the corresponding time for collagenase I and Proteinase K in vitro were 96 h and 120 min. Besides, SIS showed good histocompatibility and did not have symptoms of adhesion and hematomas. Results demonstrated the processes of degradation and tissue repair were matched well with each other without immunological rejection and SIS could supply the mechanical strength and biological template during tissue repair, suggesting SIS is a potential surgical biomaterial for clinical applications.
郑晓龙1,陈毅1,门福民1,张扬1,李永生2,王洪权1,张晋辉1,刘海蓉2,夏磊磊1*,赵博1*
1北京博辉瑞进生物科技有限公司,北京
2湖南大学材料科学与工程学院,湖南 长沙
收稿日期:2017年10月25日;录用日期:2017年11月10日;发布日期:2017年11月15日
通过对脱细胞猪小肠粘膜下层基质材料进行体内外降解实验,考察了SIS材料在不同降解环境下的降解行为,为其在临床应用中的有效性提供依据。体外降解实验采用I型胶原酶,蛋白酶K酶解来模拟体内降解环境;体内降解实验采用大鼠和新西兰兔分别进行皮下以及腹壁植入。结果显示SIS材料在体内修复组织需要8~12周,相当于体外I型胶原酶降解12 h (降解40.24%),蛋白酶K降解60 min (56.33%);材料在体内完全降解的时间为24周,而体外胶原酶和蛋白酶K完全降解分别需要96 h和120 min,同时SIS材料组织相容性好,无黏连,血肿等症状发生。结果表明SIS降解与组织修复过程相匹配,排异反应弱,可以为组织修复提供力学强度与生物学模板,表明SIS材料是一种可用于临床修复的生物材料。
关键词 :降解,体内外,脱细胞猪小肠粘膜下层,生物材料
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脱细胞基质(Acellular tissue matrix, ACTM)是动物源组织经过物理化学等方法去除组织中的免疫原物质,保留细胞外基质(ECM)的一种天然可生物降解材料。ACTM材料主要作用是为组织细胞生长提供场所,同时引导组织再生,并为组织提供一定力学强度。材料因为去除了免疫原物质,所以组织相容性较好,同时具有一定的力学强度可以支持组织重建,因此是较为理想的组织修复材料。天然可生物降解材料的降解速率对材料植入体内的安全性和有效性影响巨大,当材料降解过快,其无法为组织提供生物学及力学性能,进而导致手术失败,并发症增加,若材料降解过慢,又会影响组织的再生修复 [
脱细胞小肠粘膜下层基质材料(SIS)是以猪源小肠经过一系列处理去掉免疫成分,保留ECM得到的一种生物材料,材料以其优异的理化性能、生物相容性和可降解吸收能力受到越来越多的关注 [
脱细胞猪小肠粘膜下层基质材料(VIDASIS),北京博辉瑞进生物科技有限公司产品;蛋白酶K (德国默克公司,Merck);I型胶原酶(C0130, Sigma)。
蛋白酶K:准确称取酶20 mg,用PBS溶解定容到100 mL,取定容溶液2 mL用PBS溶液定容到100 mL。
I型胶原酶:准确称取I型胶原酶50 mg,用PBS溶解,定容至100 mL容量瓶中。
本研究所采用的主要仪器见表1。
取1 × 2 cm2 SIS烘干称重放入5 mL离心管中,按照一定的比例加入I型胶原酶(样品:酶溶液 = 4 mg:1 mL),在恒温摇床中反应(37℃,200 rpm),分别在3 h、6 h、9 h、12 h、20 h、28 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h取出样品烘干称重,计算降解率。
取2 × 0.7 cm2 SIS烘干称重,按照一定比例加入蛋白酶K(样品:酶溶液 = 5 mg:1 mL),水浴56℃,分别在15 min、30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min取出样品并称重,计算样品降解率。
将16只Wistar大鼠(常规体重100 g~140 g,获得中国人民解放军军事医学科学院野战输血研究所全军血液安全与保障重点实验室动物伦理批准)随机分为4组:第1周组、第4周组、第8周组和第12周组(每组4只,雌雄各半)。每只大鼠腹腔注射3%戊巴比妥钠(30 mg/kg体重)麻醉。在无菌条件下,于腹部正中皮肤行纵切口,向两边钝性分离皮下组织,埋入40 mm × 70 mm SIS,然后缝合皮肤,肌肉注射庆大霉素(20 mg/kg体重),每天1次,连续给药3天,正常饲养、进食饮水。在不同时间,麻醉处死大鼠,肉眼观察埋植部位SIS的吸收降解情况,并记录。
新西兰兔(常规体重2.5~3.0 kg,获得山东省医学科学院药物研究所动物伦理批准)称重,用3%戊巴比妥钠以1.5 mL/kg剂量静脉注射麻醉。兔麻醉后,仰卧固定,剔除腹部被毛,碘伏消毒。铺无菌洞巾,