渗透性扩张器动物体内应用的安全性研究

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.51.016

摘要/Abstract

摘要：

背景：渗透性扩张器是内含甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮吸水性凝胶的自膨胀扩张器，植入机体后可通过吸附体液而缓慢膨胀。
目的：通过大鼠皮下包埋实验，探讨渗透性扩张器在动物体内的近远期变化规律及组织相容性。
方法：设计Wistar大鼠自身对照实验，将渗透性扩张器(样品)和高密度聚乙烯(对照品)分别植入大鼠皮下，观察术后创面愈合情况，渗透性扩张器植入不同时间的扩张情况及其在大鼠体内的炎症反应。
结果与结论：所有大鼠术后创面均Ⅰ级甲等愈合；渗透性扩张器植入大鼠体内第1周膨胀速度最快，4周时可膨胀至原始体积的9倍，4周后膨胀速度逐渐减慢，至12周体积约为原始体积的10倍，而后维持此体积不变；病理切片显示，渗透性扩张器植入后的炎症反应与高密度聚乙烯组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，说明渗透性扩张器具有缓慢持久的吸水膨胀能力及良好的组织相容性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 材料生物相容性, 渗透性扩张器, 聚乙烯, 组织相容性, 组织缺损

Abstract:

BACKGROUND: The osmotic tissue expander is a self-filling device consisting of an osmotic active hydrogel which is made of vinylpyrrolidone and mehtylmethacrylate. It can absorb body fluids and swell up gradually after embedded.
OBJECTIVE: To explore the short-term and long-term regular patterns as well as histocompatibility of the osmotic tissue expander in vivo.
METHODS: A self-control design was carried out in Wistar rats by embedding the osmotic tissue expander and high-density polyethylene into each side of their spinal column subcutaneously. Wound healing, tissue expansion and inflammatory reaction were detected and compared at different periods after operation.
RESULTS AND CONCLUSION: All the wounds got primary healing. The device expanded fastest at week 1 after the implantation. After being enlarged to about nine times that of the initial size at week 4, the expander slowed down its swelling. It reached its ultimate volume at week 12 which was about 10 times as big as that of the initial one. Then it remained almost the same size until the end of our design. Pathological sections showed that the inflammatory reaction of osmotic-tissue-expander-group had no significant difference from that of the control group (P > 0.05). These findings suggest that osmotic tissue expander has a slow-lasting swelling ability and good histocompatibility.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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Key words: biocompatible materials, polyethylene, histocompatibility, silicone elastomers

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 4

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引言

随外科干预技术的进步，临床上越来越多的疾病可通过手术治愈，但外科手术在彻底切除病变组织，改善患者预后的同时也容易造成自身皮肤软组织的缺损。巨大或者暴露部位的软组织缺损会影响外观甚至机体功能。妥善解决这类问题是广大软组织缺损患者的迫切需求。目前修复皮肤软组织缺损的方法很多，常用的有皮瓣转移手术^[1-5] 、自体骨组织和脂肪组织移植^[6-10] 、传统扩张器(注水型) 等^[11-15] 。这些方法各有优缺点：皮瓣转移手术在填充修复软组织缺损的同时会造成新的软组织缺损，有时供瓣区甚至需要植皮；自体骨组织和脂肪组织移植需要牺牲供体组织；传统扩张器(注水型)可以通过预先扩张组织量从而达到修复皮肤软组织缺损的目的，近年来使用较为广泛，但操作繁琐，切口大，容易出现水囊破裂等并发症。如果能够解决上述难题，扩张器的使用将会更加广泛。1984年Austad和Rose^[16]发明了一种新型的扩张器，通过可膨胀材料吸附体液达到扩张软组织目的，但由于工艺原因，容易渗漏引起机体组织坏死。随后研究者尝试用不同的材料对可膨胀材料进行包裹。后来有学者发现，甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮的聚合物化学性质稳定，不容易分解，无毒，无致畸致癌作用，已被应用于制作隐形眼镜^[17-18] 。渗透性扩张器即选用甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮的聚合物经特殊工艺制作而成，并包裹在有孔的硅橡胶包膜材料内，具有吸附体液膨胀的特性，被视为修复软组织缺损的新型材料。文章通过设计动物实验探讨渗透性扩张器的体内扩张规律及组织相容性，为本品的临床使用提供理论支持。

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材料方法

设计：动物实验，组织学分析。

时间及地点：于2011年7月至2012年3月在中国食品药品检定研究院完成。

材料：

实验动物：8周龄SPF级Wistar大鼠40只，体质量150-200 g，雌雄不拘，由中国食品药品检定研究院实验动物中心提供，实验动物使用许可证号：SYXK(京) 2011-0008，实验动物生产许可证号：SCXK(京) 2009-0017。

渗透性扩张器：购于上海康奥实业发展有限公司，是有渗透活性的水凝胶，其成分为硅橡胶膜包裹的甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮的聚合物，规格为1 cm× 1 cm×0.2 cm。

高密度聚乙烯(USP标准品)：购于广州英韦创津生物技术公司，是已被证实安全有效的填充材料。

方法：

扩张器的埋置：将实验中所用标准品(对照组)裁成 1 cm×1 cm×0.2 cm大小，与渗透性扩张器(实验组)一起，经⁶⁰Co辐照16 h灭菌，照射强度20 kGy，作为植入物以备后用。以10 g/L戊巴比妥钠(Sigma)按40 mg/kg剂量腹腔注射麻醉40只Wistar大鼠。进入麻醉状态后，刮净背部术野体毛，碘酒常规消毒铺巾。于背部正中设计长约2 cm手术切口，在脊柱两侧皮下各植入1个植入物，左侧为对照组植入高密度聚乙烯，右侧为实验组植入渗透性扩张器。无菌丝线缝合术口，复苏后饲养于中国食品药品检定研究院实验动物中心。

手术部位大体形态及组织学观察：观察40只大鼠术口愈合情况，植入物周围皮肤有无红肿、化脓及皮肤破溃等，于术后第1，4，12，26周随机选取10只大鼠行颈部脱臼法处死。沿原切口剪开背部皮肤，将植入物连同周围组织一并取出，浸入盛满水的小烧杯中，测量溢出液体的体积(4 ℃时，1 mL水体积为1 cm³)，从而获取植入物的体积。然后将植入物浸入体积分数4%甲醛固定液中固定，制作蜡块，切成4 μm厚切片，苏木精-伊红染色，镜下观察。每张玻片选择3个包含炎症反应带的视野，经Image-Pro Plus 6.0图像分析软件分析，统计每个标本的细胞数量。

主要观察指标：植入物埋置部位的大体形态及组织结构观察。

统计学分析：所得数据采用SPSS 13.0统计学软件进行处理分析，结果以x(_)±s表示，行配对计量资料比较的t 检验。P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

Schulte和Radovan^[19]于20世纪80年代创立了皮肤软组织扩张，采用的由扩张囊、注射壶及连接导管组成的注水型扩张器，多年的技术改进使提供的皮肤软组织与修复区在厚薄、质地、色泽、血运等方面相似性高[^{11, 20-22]} ，可以解决临床上修复组织缺损时软组织缺乏的问题。例如有研究用一次性输液器、医用三通、软装储水瓶(囊)、生理盐水充注式乳房假体的注水导管与普通去注射壶扩张器装配成全封闭式持续注水系统，用充气式加压输液器及普通弹簧式血压计组成持续恒压系统，将软装储水瓶(囊)放置于充气加压输液器内，通过挤压皮球加压，将软装储水瓶(囊)中液体注入扩张器中，据患者痛阈值设置注水压力，由其自行注水及调节压力；临床应用20例26个扩张器，扩张容量为100- 400 mL，术后3-5 d开始注水，达所需扩张面积后停止注水。结果注水量为120-640 mL，注水时间为10-16 d，无并发症发生，说明简易持续恒压自控全封闭式注水扩张器具有取材制作方便、操作简单易行、扩张速度快、安全可靠、高效、佩戴舒适的特点。但其存在的缺点也为术者及患者带来不少烦恼。首先，传统的扩张器为注水型扩张器，应用繁琐，需两期手术完成，一期将扩张器植入患者的皮下或者肌下，定期向注射壶内注入无菌生理盐水，待患者的皮肤扩张程度达到要求后，还要进行二期手术，将植入的扩张器取出^[23-25] ；其次，住院时间长、费用大，多次穿刺注水增加了患者的痛苦^[26-27] ；再次，注水型扩张器的使用易引起多种并发症[28-33]，如扩张器破裂渗流、皮瓣坏死、感染等。
针对传统扩张器的弊端，1984年Austad和Rose^[16]发明了一种新型的扩张器，是由高张、饱和的盐水假体做成的，可以吸收体内水分而扩张，无需多次注水，减少了患者的痛苦，但由于工艺原因，容易渗漏引起机体组织坏死。基于此观点，后续学者对这种自渗透扩张器进行了大量研究与改进。2000年，Bacskulin等^[34]以甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮为原料制作了一种水凝胶样的渗透性扩张器，并成功应用于小儿眼球摘除术后眼窝萎缩的治疗，这种扩张器能在72 h内达到98%的水化效果，扩张速度很快，但由于缺乏可控性，容易引起局部组织缺氧坏死，其应用受到限制。2001年，Wiese等^[7]将这种水凝胶改进成离子化凝胶，虽然增加了其扩张程度，但自渗透的速度仍不能得到控制。2007年，Anwander等^[35]提出设想，建议可以用含有一定数量和大小空隙的外壳包裹扩张材料，以阻止可扩张材料快速吸水膨胀，控制其扩张速度。随后出现了以硅膜包裹水凝胶假体，目前已有这种假体的临床使用报道^[36-40] ，但反应的问题多与无法精确控制扩张器的自渗透速度及皮肤的感染、坏死有关。实验通过动物实验发现这种扩张器的膨胀速度是有规律可循的。扩张器在体内的扩张时间较长，其中第1周膨胀速度最快，第4周时体积可达原始体积的9倍大小，4周后膨胀速度逐渐减慢，至12周体积约为原始体积的10倍，至26周时体积并未较12周增大，说明其扩张时间约12周，最大扩张体积为原来的10倍。摸清此规律有极大的临床意义，对医务人员来说可以根据组织缺损的大小选用合适型号的扩张器及合适的术式，对整个病程有大致的估算，可最大程度减轻患者的病痛；对患者而言术后前4周会有不同程度的疼痛感，但可以有充足的心理准备面对预期出现的情况。
为探讨硅膜包裹渗透性扩张器的组织相容性和安全性，实验以高密度聚乙烯(标准品)作为对照。高密度聚乙烯是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，安全无毒，已被广泛应用于颅、颌、面等部位的整形手术，其安全性已得到了临床验证。实验结果显示，在实验的第1，4，12，26周，植入物周围的炎症细胞浸润程度逐渐降低，与对照组(标准品)相比，均未得出有统计学差异的结果。其中第1，4周，植入物周围的炎性浸润细胞以中性粒细胞为主，而到实验后期，逐渐演变为以淋巴细胞为主。实验中同样没有观察到大鼠行为异常和局部细胞变性、坏死，说明硅膜包裹的渗透性扩张器体内应用的稳定性和安全性与高密度聚乙烯相当。
皮肤软组织扩张技术使得很多皮肤软组织缺损或畸形的患者获得了良好的外观改善，但仍有很多患者因为该项技术耗时长、痛苦大、需要频繁往返医院而最终放弃选用。渗透性扩张器植入体内前尚未扩张，因此手术切口较小，对患者损伤小，在局部麻醉下即可实现植入。植入体内后通过吸收体液达到逐渐膨胀、扩张皮肤及软组织的目的，与传统扩张器相比，省去了患者频繁去医院注水的辛劳。
理论上讲，渗透性扩张器有传统型扩张器(注水型)无法比拟的优势，如果将来获得较为广泛的临床应用，将是广大皮肤软组织缺损或者畸形患者的福音。本研究通过长达26周的时间对渗透性扩张器在动物体内应用的安全性和稳定性进行了观察，发现其安全性与目前整形外科广泛使用的高密度聚乙烯(标准品)相当。

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针对传统扩张器的弊端，1984年Austad和Rose发明了一种新型的扩张器，是由高张、饱和的盐水假体做成的，可以吸收体内水分而扩张，无需多次注水，减少了患者的痛苦，但由于工艺原因，容易渗漏引起机体组织坏死。基于此观点，后续学者对这种自渗透扩张器进行了大量研究与改进。2000年，Bacskulin等以甲基丙烯酸甲脂和N-乙烯基吡咯烷酮为原料制作了一种水凝胶样的渗透性扩张器，并成功应用于小儿眼球摘除术后眼窝萎缩的治疗，这种扩张器能在72 h内达到98%的水化效果，扩张速度很快，但由于缺乏可控性，容易引起局部组织缺氧坏死，其应用受到限制。2001年，Wiese等将这种水凝胶改进成离子化凝胶，虽然增加了其扩张程度，但自渗透的速度仍不能得到控制。2007年，Anwander等提出设想，建议可以用含有一定数量和大小空隙的外壳包裹扩张材料，以阻止可扩张材料快速吸水膨胀，控制其扩张速度。随后出现了以硅膜包裹水凝胶假体，目前已有这种假体的临床使用报道，但反应的问题多与无法精确控制扩张器的自渗透速度及皮肤的感染、坏死有关。实验通过动物实验发现这种扩张器的膨胀速度是有规律可循的。扩张器在体内的扩张时间较长，其中第1周膨胀速度最快，第4周时体积可达原始体积的9倍大小，4周后膨胀速度逐渐减慢，至12周体积约为原始体积的10倍，至26周时体积并未较12周增大，说明其扩张时间约12周，最大扩张体积为原来的10倍。摸清此规律有极大的临床意义，对医务人员来说可以根据组织缺损的大小选用合适型号的扩张器及合适的术式，对整个病程有大致的估算，可最大程度减轻患者的病痛；对患者而言术后前4周会有不同程度的疼痛感，但可以有充足的心理准备面对预期出现的情况。

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