在尿道下羊模型中植入聚丙烯（PP）和聚氨酯（PU）吊带材料后的关键比较

《Biomaterials》：A critical comparison of polypropylene and polyurethane sling materials after implantation in a suburethral sheep model

本研究通过羊模型对比聚丙烯（PP）与聚氨酯（PU）的生物相容性，发现PP植入3个月后表面粗糙度增加至10.2 nm，材料变硬且降解，引发显著炎症（M1/M2=4.29），而PU炎症反应低（M1/M2=0.63）。结论强调临床前需严格材料测试。

　　聚丙烯（PP）材料在尿道支撑领域的应用已有数十年的历史，主要用于治疗压力性尿失禁（SUI）和盆腔器官脱垂（POP）。尽管PP材料在临床实践中被广泛使用，但直到现在，研究人员尚未充分利用合适的大型动物模型和先进的材料分析技术来系统研究其可能引发的临床问题，如炎症、疼痛和组织侵蚀。这一研究填补了这一空白，通过开发一种羊模型，模拟了用于尿道下方悬吊术的手术过程，并对PP和聚氨酯（PU）两种材料在植入3个月后的组织反应和物理性能变化进行了深入分析。

在本研究中，研究人员开发了一种与人体生理环境高度相似的羊模型，该模型可以准确模拟尿道下方悬吊术的手术过程。这一模型的建立对于评估材料在人体内的生物相容性和长期性能至关重要。通过该模型，研究团队能够对PP和PU材料在植入后的组织反应进行系统观察，并结合多种先进的分析方法，如免疫组织化学、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR），对材料的表面特性和内部结构变化进行了全面评估。

研究结果显示，两种材料在植入后都与周围组织良好结合，但它们在免疫反应方面的表现却存在显著差异。具体而言，PP材料植入部位的M1/M2巨噬细胞比例显著高于PU材料和对照组。这一比例的变化表明，PP材料在植入后引发了更强烈的炎症反应，而PU材料则表现出较低的炎症水平，说明其在生物相容性方面更具优势。这种差异可能是由于PP材料的物理特性与人体组织不匹配，导致免疫系统对其产生更强的反应。相比之下，PU材料因其柔软性和良好的可变形性，能够更好地适应周围组织的动态变化，从而减少炎症的发生。

除了免疫反应，研究人员还对两种材料的表面特性进行了分析。结果表明，PP材料的表面粗糙度（Rq）在植入3个月后显著增加，从5.73 nm提升至10.2 nm，而Ra值也从4.75 nm增加到7.85 nm。这一变化表明PP材料的表面在植入过程中发生了物理损伤，可能导致组织侵蚀和炎症反应的加剧。相反，PU材料的表面粗糙度变化较小，Rq值从1.03 nm增加到2.96 nm，Ra值从0.81 nm增加到2.36 nm，显示出更好的表面稳定性。此外，PP材料的表面硬度增加了0.05 GPa，而PU材料的表面硬度则降低了0.2 GPa，进一步表明PP材料在植入后经历了更严重的物理退化。

值得注意的是，PP材料不仅在表面发生了退化，其内部结构（即体积材料）也出现了明显的降解现象。这种降解可能与材料的化学稳定性有关，尤其是在长期植入过程中，PP材料可能因氧化或其他环境因素而逐渐失去其原有的物理性能。相比之下，PU材料在植入3个月后并未表现出类似的降解现象，这表明其在化学稳定性方面优于PP材料。这种特性对于长期植入的医疗器械来说尤为重要，因为材料的降解可能会影响其支撑功能，并导致二次并发症的发生。

此外，研究团队还关注了材料在植入过程中对周围组织的影响。PP材料的降解和硬度增加可能导致周围组织的机械应力发生变化，从而激活巨噬细胞，引发更强烈的炎症反应。这种炎症反应不仅会增加患者的不适感，还可能影响周围组织的修复过程，导致组织瘢痕化和收缩。相比之下，PU材料的物理性能在植入后保持稳定，未出现显著的硬度变化或降解现象，这表明其在维持组织平衡和减少炎症反应方面具有更好的表现。

在研究过程中，团队还对PU材料的制备和特性进行了详细探讨。PU材料的选择基于其良好的生物相容性和物理性能。首先，PU具有优异的抗反复拉伸能力，这使其在动态环境中能够保持结构的完整性。其次，PU已被广泛应用于其他FDA批准的医疗领域，如血管支架和组织工程支架，这表明其在临床应用中具有较高的安全性。此外，PU的可加工性使其能够通过静电纺丝技术制成类似于人体结缔组织的材料，这种材料在支撑作用和组织适应性方面都优于传统的PP材料。

为了进一步验证PU材料的优越性，研究团队还对PP和PU材料在植入后的免疫反应进行了深入分析。通过免疫组织化学技术，研究人员发现PP材料植入部位的免疫细胞激活程度明显高于PU材料。这种激活不仅表现为M1/M2巨噬细胞比例的升高，还可能涉及其他免疫细胞的参与，如T细胞和B细胞。这些细胞的激活可能导致局部炎症反应的持续存在，并进一步影响组织的修复和再生能力。相比之下，PU材料植入部位的免疫反应较为温和，表明其在体内能够更好地被接受，减少对周围组织的刺激。

除了对材料的表面和体积特性进行分析，研究团队还对植入后的组织变化进行了详细观察。在PP材料植入的组织中，研究人员发现存在较多的炎症细胞浸润和纤维化现象，这些变化可能与材料的降解和硬度增加有关。而在PU材料植入的组织中，这些现象较为轻微，说明PU材料在植入后对周围组织的刺激较小，能够更好地维持组织的正常功能。此外，PP材料的降解可能导致其结构完整性受损，从而影响其支撑作用，增加患者出现尿道功能障碍的风险。

研究团队还指出，PP材料在临床应用中存在一定的局限性，尤其是在长期植入过程中。由于PP材料的硬度较高且缺乏弹性，它可能无法很好地适应尿道周围组织的动态变化，导致局部压力分布不均，进而引发炎症和组织侵蚀。相比之下，PU材料的柔软性和可变形性使其能够更好地适应周围组织的运动，减少对组织的机械损伤，从而降低并发症的发生率。这种特性对于需要长期支撑的尿道修复手术尤为重要，因为材料的适应性直接影响手术的成功率和患者的术后生活质量。

此外，研究团队还强调了在开发和评估植入材料时，采用合适的动物模型的重要性。由于PP材料在人体内的反应较为复杂，仅依赖体外实验可能无法全面反映其在体内的表现。因此，建立一个与人体生理环境高度相似的大型动物模型，对于评估材料的生物相容性和长期性能至关重要。本研究中使用的羊模型能够准确模拟尿道下方悬吊术的手术过程，使研究人员能够在接近真实的生理条件下观察材料的反应，从而为未来的临床应用提供可靠的数据支持。

研究结果表明，PP材料在植入后可能引发一系列不良反应，包括炎症、疼痛和组织侵蚀。这些反应可能与材料的物理特性和降解行为密切相关。相比之下，PU材料在植入后表现出良好的生物相容性和物理稳定性，能够减少对周围组织的刺激，并维持其支撑功能。因此，PU材料可能是一种更安全、更有效的替代材料，适用于尿道下方悬吊术等需要长期植入的手术。

本研究的意义在于，它首次系统地比较了PP和PU材料在植入后的生物反应和物理性能变化。通过结合多种先进的分析方法，研究人员不仅能够评估材料的表面特性，还能够深入了解其内部结构的变化，从而为材料的优化和改进提供科学依据。此外，本研究的结果也为未来的临床实践提供了重要的参考，特别是在选择和评估植入材料时，应更加关注其生物相容性和长期稳定性，以确保患者的安全和手术的成功。

综上所述，PP材料在尿道支撑领域的应用虽然历史悠久，但其潜在的不良反应仍未得到充分重视。通过本研究，研究人员揭示了PP材料在植入后的炎症反应和物理退化问题，同时也验证了PU材料作为替代材料的优越性。这些发现不仅为PP材料的改进提供了方向，也为未来开发更安全、更有效的植入材料奠定了基础。随着对材料性能和生物反应的深入研究，相信在不久的将来，能够找到更加适合人体需求的植入材料，为患者提供更好的治疗选择。