可降解金属Mg、Zn在模拟子宫微环境中的腐蚀行为及生物相容性研究
孕妇分娩后是开始避孕的重要时期，因为在此时哺乳期妇女再次妊娠将对孕妇和胎儿产生不利的影响，尤其是剖宫产后妊娠的妇女。世界卫生组织(World Health Organization, WHO)建议的诸多避孕措施中，宫内节育器(Intrauterine Device，IUD)作为一种长效、可逆、经济的避孕措施得到了广泛应用，但作为分娩后及时放置的IUD却存在着脱落问题。 作为新一代医用金属材料，镁合金因其具有优良的机械性能、良好的生物相容性以及可降解性能，在医学和材料学领域都得到了广泛关注并进行了大量研究。镁合金在不同的微环境中的腐蚀降解行为会有所不同。本研究探索镁合金在宫腔微环境的体外降解行为以及对子宫组织细胞的影响，有望应用在分娩后及时放置IUD固定装置材料的开发，解决分娩后及时放置IUD的脱落问题。 另外，目前应用最为广泛的IUD是含铜宫内节育器(Cu-IUD)，但在使用过程中会引起经血过多、疼痛、异常出血和炎症等副作用。 锌合金拥有较适宜的降解速率在近些年的研究中得到了广泛的关注。早在1969年Zipper在动物实验中发现铜、锌等金属盐有明显的抗生育作用，并且兔子子宫角下段植入铜和锌的金属丝证明其具有避孕作用。随着工业技术的发展，锌材料也得到了发展，在血管支架等方面有相关的报道。本研究将探索锌材料在IUD方面的应用，期望能够促进IUD的发展。 本研究利用镁及其合金的可降解性能以及锌材料具有的抗生育作用，改善IUD在使用过程中产生的不良反应。对材料的体外腐蚀性能、细胞相容性以及组织相容性进行了研究。主要结果如下: 1.通过浸泡实验和电化学实验测得的腐蚀速率，在pH6.0、7.0和7.9的SUF中Mg-1Ca明显高于Mg-2Zn和HP-Mg;在120d的浸泡时间段后期腐蚀速率，Mg-2Zn＞HP-Mg。通过SEM观察发现，Mg-1Ca表面沉积的腐蚀产物更多，呈致密的腐蚀层;而HP-Mg表面形成较为疏松的腐蚀层，透过腐蚀层能够看见Mg的基底。腐蚀产物主要有Mg(OH)2和CaCO3/CaCO3·H2O。 2.HP-Mg、Mg-1Ca和Mg-2Zn对四种子宫细胞均无毒性作用，具有良好的细胞相容性。Mg-1Ca相比HP-Mg和Mg-2Zn对子宫内膜上皮细胞、子宫平滑肌细胞和子宫内膜基质细胞5天时有明显的促进增殖的作用。 3.HP-Mg、Mg-1Ca和Mg-2Zn的细胞完全培养基浸提液中Mg2+浓度要比对照组(未浸泡材料)的培养基高出4-6倍，实时荧光定量PCR结果显示Mg2+的转运蛋白基因表达量明显上调;通过对几种炎症因子的检测我们发现Mg-2Zn促进了细胞的炎症因子的表达，而HP-Mg和Mg-1Ca则抑制了炎症因子的表达。 4.动物实验表明HP-Mg、Mg-1Ca和Mg-2Zn具有良好的组织相容性，植入早期呈急性炎症反应表现，随着植入时间的延长，逐渐呈现为慢性的炎症反应，1个月时，可见材料周围包裹着一层结缔组织。 5.纯Zn材料在SUF中的腐蚀速率要明显高于Zn-0.1Li和Zn-0.8Mg。表面腐蚀物通过SEM观察发现存在点蚀和腐蚀坑，腐蚀产物通过XRD图谱分析主要有ZnO、Zn(OH)2、CaPO3(OH)、Zn2P2O7·2H2O。 6.细胞毒性试验表明Zn-0.1Li和Zn-0.8Mg能够明显改善纯Zn对子宫内膜上皮细胞和子宫内膜基质细胞的毒性作用。 7.动物原位植入实验表明Zn、Zn-0.1Li和Zn-0.8Mg植入后早期主要是急性炎症反应，随着植入时间的延长，逐渐转变为慢性炎症反应。 8.Zn和Zn合金Zn-0.1Li和Zn-0.8Mg在体内的腐蚀产物主要是ZnO，且不同时间段出现(Ca，Mg)CO3的腐蚀产物。 本文通过体内外实验证明镁合金具有良好的生物相容性，体外的降解速率Mg-1Ca更快，子宫的复旧的时间在42天左右，Mg-1Ca有望成为合适的IUD固定装置材料。Zn-0.1Li和Zn-0.8Mg两种合金能够明显改善纯锌对子宫内细胞的细胞相容性以及对子宫内膜的组织相容性。
宫内节育器;镁合金;锌合金;医用金属材料;固定装置
中国医学科学院北京协和医学院
博士
生物医学工程
郑玉峰
2019
中文
R318.08
2020-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）