第三军医大学第二附属医院整形美容科 重庆 400037
【摘 要】用于修复机体的外源性植入生物材料，判断其发展和成功的主要参考标准有三个：机械性能，物质的转运特性和生物相容性。这三个参数中，质量转运特性和生物相容性是生物材料发展中最大的障碍，通常优先考虑。其中，生物相容性又是最重要的，其决定了生物材料在机体中的适应性和寿命。生物相容性与材料本身的特性以及受体部位有着密切的联系，主要取决于机体的异物反应（FBR）。与生理性的创伤愈合和瘢痕形成不同，生物材料表面与受体部位之间的异物反应可以反映植入材料的寿命。本文从异物反应着手，探讨了生物相容性的影响因素及生物材料的发展趋势。
【关键词】生物材料；异物反应；生物相容性
【中图分类号】R318 【文献标识码】B 【文章编号】1674-8999（2015）9-0902-01
1 生物相容性的概念
生物相容性定义为生物材料在特定的条件下引起预期反应的能力。David Williams对人体植入材料的生物相容性定义为：该材料既能在预期的程度上达到既定目标，同时又不引起任何预期之外的局部或全身反应的性能。
FBR很大程度上受到生物材料的影响，通过改变材料的聚合体类型、分子量、细丝结构以及材料孔径的大小等，可以对材料的生物相容性产生影响。在对生物材料的改良上，通常研究者们会采用一定的技术使生物材料免受机体内在免疫系统的识别，在生物材料表面包被抗生素减少感染，包被细胞生长因子减少局部瘢痕形成等。
2 生物相容性与表面吸附
生物材料在植入机体后发生FBR，其表面特性与FBR有着密切的关系。通常情况下，在植入后的第一周，所植入的生物材料表面会吸附一层血浆蛋白，这些吸附蛋白的浓度和构像受到生物材料表面特性的影响，在生物材料与组织间的反应中起着决定性作用。
2.1 Vroman效应
1969年，Leo Vroman和同事观察到血浆中的纤维蛋白原（Fg）向玻璃、阳极化钽和氧化硅表面吸附时， Fg会发生构像改变，丧失与抗Fg的反应性该过程发生在和物体表面接触后的几秒或几分钟内，难于与抗Fg血清发生反应，称为“conversion” (反转)，是“Vroman”效应的最早描述。研究证明不同材料表面吸附的蛋白不同，引起的生物学效应也有所不同，但具体形成机制仍不清楚。
2.2 细胞募集及信号传导
血浆蛋白在材料表面吸附后形成暂时的细胞外基质，为FBR提供了结构和生物化学反应元件，产生化学刺激，促进各种生长因子和细胞因子的释放，激活机体免疫系统，促进各种趋化因子的分泌并引起趋化反应。局部富集的巨噬细胞产生肿瘤坏死因子（TNF），白介素-6(IL-6)，血小板衍生生长因子(PDGF)以及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等，这些趋化因子可以募集单核/巨噬细胞到创面以及生物材料和宿主组织之间的界面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆转化生长因子-β（TGF-β）是另一种潜在的细胞募集调节因子，已有研究发现TGF-β可以作为趋化因子，调节T-淋巴细胞和单核细胞迁移，但是其确切机制尚不清楚。
FBR会导致成纤维细胞增生，形成包囊后包被植入的生物材料，将材料与周围组织分开。浸润的细胞（包括单核细胞，巨噬细胞，异物巨细胞）将肉芽组织与生物材料分离开，这些细胞可以分泌生长因子（growth factor），血管生成因子（angiogenic factor）等，促进纤维增生和血管生成，最终形成纤维化包囊。例如：TGF-β通过转活因子Smad2等信号途径，在纤维化进程中起着重要作用。在纤维形成和变性过程中，Ⅰ型胶原作为TGF-β最主要的下游靶标在包囊中聚集，进一步增加纤维包囊的形成。
3.1 生物材料的孔径、弹性和机械强度
很多研究关注材料的物质转运特性和生物相容性，而材料的机械强度对细胞行为的影响则研究较少。有研究表明，创伤愈合对创面周围材料的机械强度非常敏感，机械强度往往影响细胞的粘附和形态，Brian Holt等研究发现膨胀系数相同孔径不同的聚甲基丙烯酸羟乙基酯（Poly-HEMA），其细胞相容性有显著的差别。
3.2 生物活性因子
为了保护机体不受异物反应的干扰，以异物反应——蛋白吸附为理论基础，可以采用生物活性因子包被生物材料，在此作用下，被包被的生物材料可以屏蔽机体的免疫系统对生物材料的识别，减少生物材料的感染及瘢痕的形成，达到改善材料生物相容性的目的。
4 结论与讨论
组织材料的生物相容性取决于机体的FBR，和生理性的创面愈合以及瘢痕形成不同，FBR代表了生物材料植入机体后的使用寿命。同时，异物反应往往导致慢性炎性反应，巨噬细胞和异物巨细胞在这一复杂的免疫级联信号中起到重要作用，植入生物材料后，巨噬细胞和异物巨细胞往往分泌细胞因子，如：肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白介素-6（IL-6），血小板衍生生长因子（PDGF），粒细胞集落细胞刺激因子（G-CSF） 以及粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），还可以分泌蛋白水解酶如基质金属蛋白酶（MMPS），参与植入材料后的创面愈合过程。对细胞、分子及其相互作用的研究，将对今后的治疗提供理论依据。
生物材料植入机体后激活一系列的级联信号，引起复杂的细胞应答反应，导致生物材料本身也发生了复杂的变化。为了达到预期效果，同时减少其它组织的损害，应该对生物材料进行再评价：1 同一生物材料在机体中的植入部位不同，其相容性不同，要从生物材料在机体中的使用部位等对材料进行评价。 2 临床上对组织材料的应用要求越来越多的是材料与组织之间相互作用，形成材料组织的复合整体，单纯要求生物材料的惰性而不考虑材料组织相互作用很难达到实际临床应用要求。 3 某些临床应用要求材料本身可以降解而不是在机体中长期存在，因为材料在机体的长期存在可能会有一些不确定因素的出现，影响材料的实际应用。系统生物学，跨学科交叉的研究方法将越来越多的应用到未来生物材料的研究中。
参考文献：
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通讯作者：
钟山
基金项目：
国家自然科学基金（81071574）；重庆市自然科学基金（2009BB5163），第三军医大学青年人才基金（2009XQN36）；
论文作者:李旎,张雪琴,陈钰,钟山通讯作者
论文发表刊物:《中医学报》2015年9月
论文发表时间:2015/10/21
标签：材料论文; 生物论文; 相容性论文; 机体论文; 因子论文; 异物论文; 细胞论文; 《中医学报》2015年9月论文;