聚乳酸基可降解膜的体外降解特性与辐照灭菌稳定性分析及其在引导骨再生中的应用

《Journal of Maxillofacial and Oral Surgery》：In Vitro Analysis of Biodegradation Properties and Sterilization Stability of PLA Membranes for Bone Regeneration

本研究针对GBR中现有屏障膜（如钛网、PTFE）需二次手术取出或胶原膜降解过快等问题，系统评估了PLA及其共聚物/复合材料（PLA/HAP、PLGA 85:15与60:40）的理化特性与电子束辐照灭菌（25 kGy）稳定性。结果表明，纯PLA降解稳定性最佳（1月质量损失<1%），PLGA（85:15）具可控降解性（2.5月质量损失约5%），而PLGA（60:40）降解过快（1月损失40%）；辐照灭菌未引起材料分子结构改变，证实其临床适用性。该研究为开发可定制降解周期的GBR膜提供了关键实验依据。

　　

在口腔颌面外科领域，骨组织缺损的修复始终是临床工作的重点与难点。无论是因外伤、肿瘤切除还是先天性畸形导致的颌骨缺损，都会严重影响患者的咀嚼功能与面部外形。引导骨再生（GBR）技术是解决这一问题的核心手段，其原理是利用屏障膜隔离软组织，为骨细胞的迁移和增殖创造并维持一个稳定的空间。然而，目前临床常用的屏障膜存在明显局限：非吸收性膜（如钛网、聚四氟乙烯PTFE）虽能提供良好的空间维持能力，但需要二次手术取出，增加了患者的痛苦和医疗成本；而可吸收的胶原膜虽避免了二次手术，却因其结构稳定性差、降解速度过快，尤其在需要垂直骨增量的复杂病例中，往往难以支撑到骨组织完全愈合，导致手术失败。

因此，开发一种既具备足够初始力学强度、能维持空间，又能在完成引导使命后适时降解、无需二次手术取出的新型可吸收屏障膜，成为颌面外科与生物材料领域的研究热点。聚乳酸（PLA）及其共聚物因其良好的生物相容性和可调控的降解性能，被视为极具潜力的候选材料。但如何精确控制其降解速率以匹配不同骨缺损的愈合周期，以及如何在不损害材料性能的前提下实现可靠灭菌，是其在临床应用前必须回答的关键科学问题。

在此背景下，由E.A. Zernitckaia、J.L. Lozada、A.I. Yaremenko、A.P. Reutova、M.A. Markova和Zh.B. Lyutova组成的研究团队在《Journal of Maxillofacial and Oral Surgery》上发表了他们的研究成果。他们旨在系统评估基于PLA的可降解膜（包括纯PLA、PLA/羟基磷灰石HAP复合材料以及两种不同比例PLGA共聚物）的理化性质，并重点考察医用级电子束辐照灭菌（25 kGy）对材料结构和体外降解行为的影响，以期为GBR临床应用筛选合适的材料并确立安全的灭菌方案。

为开展此项研究，研究人员主要运用了几项关键技术方法：首先，通过体外水解降解实验模拟生理环境，将材料样品浸泡于37°C的磷酸盐缓冲液（PBS）中，定期监测其质量变化以评估降解动力学。其次，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析材料在降解和灭菌前后的分子结构变化，特别是酯键水解产物。再次，借助扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面的微观形貌演变，以直观反映降解进程。最后，采用标准剂量的电子束（25 kGy）对样品进行灭菌处理，并比较灭菌前后材料各项性能的差异。

结果

样品质量变化动力学

研究发现，不同材料的降解行为差异显著。PLGA（60:40）样品降解最为迅速，无论是否经过辐照灭菌，在一个月内均损失了约40%的质量，并完全丧失结构完整性，无法进行后续分析。相比之下，PLGA（85:15）样品则表现出中等的降解速率，在2.5个月的实验期内仅损失约5%的质量，且形态保持完整。值得注意的是，仅在辐照后的PLGA（85:15）组中观察到了具有统计学意义的质量变化。纯PLA样品展现了最高的稳定性，在整个研究期间质量损失均小于1%，形态保持完好。未辐照的PLA/HAP复合材料样品降解行为不均一，质量损失从可忽略不计到19%不等；而经过辐照灭菌的PLA/HAP样品则表现出极高的稳定性，质量损失极微（最高2%），部分样品甚至因水分扩散至材料深层而出现轻微质量增加。这种稳定性的提升可能与辐照诱导的结晶度增加有关。

样品形态学分析

经过2.5个月的降解测试后，样品的宏观形态发生了明显变化。PLGA（60:40）样品已严重破损，而PLGA（85:15）和纯PLA样品则基本保持了初始形状，直观地反映了它们不同的降解稳定性。

分子结构分析

FTIR光谱分析显示，经过25 kGy剂量的电子束辐照后，所有材料（PLA、PLA/HAP、PLGA）的光谱与未辐照样品相比均未出现新的吸收峰或峰位移动，表明该灭菌条件未对材料的分子结构造成显著影响。在降解实验后，所有样品的光谱均在1600 cm^-1处出现了一个肩峰，这被证实是酯键水解生成羧酸根（COO^-）的特征吸收，证明了水解降解的发生。

表面形貌分析

SEM观察揭示了材料表面的微观变化。尽管纯PLA的质量损失可忽略不计，但其表面在降解后仍出现了微小的结构缺陷，表明降解过程已然开始。未辐照的PLA/HAP样品表面存在分布不均的缺陷，这可能解释了其降解的不稳定性；而辐照后的PLA/HAP样品表面则更为均匀致密。在辐照后的PLGA样品表面，可以观察到清晰的微裂纹，这些微裂纹是聚合物结构逐步解体的起点。

结论与讨论

本研究系统地评估了PLA基可吸收材料用于GBR的可行性。核心结论证实，25 kGy的电子束辐照是一种安全有效的灭菌方法，不会引起PLA、PLA/HAP和PLGA（85:15）材料显著的分子结构变化，保障了其临床应用的安全性。

在降解性能方面，研究清晰地展示了材料组成与降解行为的关联性。纯PLA表现出卓越的长期稳定性，适合需要长时间支撑的复杂骨缺损修复。PLGA（85:15）则提供了更为适中的降解速率，能够在维持6-8个月（GBR典型愈合期）的结构支撑后逐渐降解，避免了二次手术。而PLGA（60:40）因其高比例的亲水性聚乙醇酸（PGA）链段，导致水解过快，虽不适用于长期GBR，但其快速降解特性可能在其他短期组织工程应用中具有价值。一个有趣的发现是，电子束辐照在一定程度上提高了PLA/HAP复合材料的降解稳定性，这可能源于辐照引起的交联或结晶度变化，这为主动调控材料性能提供了新思路。

综上所述，该研究不仅为GBR提供了一系列具有不同降解特性的候选材料（纯PLA用于长期支撑，PLGA 85:15用于标准周期），更重要的是确立了电子束灭菌作为其临床转化前处理工艺的可靠性。这为开发下一代可定制降解行为、兼具良好生物相容性与临床易用性的颌面骨再生材料奠定了坚实的实验基础，预示着个性化骨再生治疗策略的未来发展方向。