随着科学技术的发展和人们健康意识的提高，生物材料在临床医学上的应用越来越广泛。各种人工生物材料，包括人工导尿管、人工体腔引流管、人工静脉导管、人工血液透析或腹膜透析管、人工器官插管、人工心脏瓣膜、人工骨、人工声带等被广泛使用。

 

生物材料是一种能对机体的细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替代、修复、诱导、再生或增进其功能的特殊的功能材料。材料本身又具有生物活性，能够参与机体的生理活动，在分子水平上激活基因，刺激相关细胞产生响应，从而诱导组织和器官的形成，是细胞和基因的活性化材料。

 

很长时间以来，对于生物材料领域的研究，我们一直过于强调生物材料的可降解性，而忽视了材料在性能上是否能满足需要。由于过于强调生物材料的可降解性，这在某种程度上影响了我国生物材料的研发重点和发展方向，制约了我国生物材料产业的发展。

 

事实上，生物材料的性能首要的是生物相容性，而不是可降解性。生物材料的可降解性实际上是一种可控降解或者条件下降解，必须在一定温度和有某种菌类的环境下才能降解。

 

那么什么是生物相容性呢？生物相容性是指生命体组织对非存活材料产生合乎要求的反应的一种性能，或者说是生物材料与宿主之间的相互反应及作用的能力，包括组织相容性和血液相容性。

 

近年来，生物相容性的概念发生了较大的变化，其对象不仅为非活性材料，而且也涉及活性材料（组织工程材料）。同时，普遍认为生物相容性包括两大原则，即生物安全性和生物功能性（或称为机体功能的促进作用）。这是生物材料必须满足的基本要求，也是评价一种生物材料是否具有应用价值的主要依据。目前，对生物相容性的理解，已不仅是要求材料植入后不会引起毒性反应，更要求植入材料和机体间的作用能够永久地协调。

 

生物相容性是生物材料研发所应重点关注的，这一点正随着生物材料大规模应用中显露出的问题而逐渐被证实。将生物材料植入体内是否产生安全性不良影响？是否会影响局部器官组织的病变？是否还会产生其他所预料不到的问题？等等。事实上，生物材料在应用过程中所暴露的问题已相当严重。

 

一是生物材料可引起细菌感染，长期或是短期留置在人体内的生物材料可引起细菌感染，其原因在于，细菌吸附在生物材料表面并生长繁殖，分泌细胞外基质，这些细胞外基质与细菌形成细菌生物膜。细菌生物膜的形成显著增强了生物膜内细菌对抗生素、化学杀菌剂以及免疫系统的抵抗能力。这一问题已越来越严重，据报道，美国一年内发生的血管内导管感染病例就有5万至10万例，死亡率高达20％。而且，这些感染一旦发生，即使应用正常剂量上百倍的药物也不能有效治疗，人体自身的免疫系统也不能清除这些细菌。据统计，45％的医院感染与生物材料的使用有关。最近，也有研究表明利用生物材料所制备的组织工程装置同样存在严重的感染问题。

 

二是生物材料可引起血栓，血栓是指血液发生凝固或血液中的某些成分相互黏集，从而形成固体质块（一般在活体的心脏或血管腔内出现）。当生物材料与血液接触，血浆蛋白（纤维蛋白、白蛋白、球蛋白）在材料表面吸附（几秒钟内），形成很薄的蛋白质吸附层。材料表面蛋白吸附层通过不溶性纤维蛋白形成、血小板黏附与凝聚以及红细胞黏附等途径导致血栓形成。血栓疾病是严重危害人类健康的疾病之一，由于生物材料植入后引发血栓将加重患者的病情，使临床治疗更加困难。

 

三是生物材料植入体内可引发肿瘤，肿瘤的形成是由于过度失控的细胞繁殖，这种细胞的分裂与组织生理上的要求无关，也不会因为刺激物的转移而消失。肿瘤通常由刺激物（或称为致癌物）引起，生物材料就是一种刺激物。通常，生物材料本身化学性质在常态下十分稳定，对人体无毒性。但研究发现，一个没有致癌性的固体材料常被发现可引起肿瘤，这由于某些聚合物中游离单体或合成材料在一定的反应过程中使用某些原料或添加剂而接触有毒化合物，引起癌症。除化学因素外，还与材料的物理因素有关，即生物材料引起恶性肿瘤的能力随着植入材料体积的增大而增大，且与植入物外形有直接关系。

 

四是由生物材料的植入所引起的其他问题还包括生物材料可引发生物体组织钙化和引起材料周围的组织局部反应，如炎症、纤维性包囊和免疫反应。钙化是指材料表面和内部出现了不希望出现的磷酸钙沉积，这些病变可影响心脏瓣膜、心脏起搏器、尿道修复和软性透镜的性质。植入生物材料作为一种异物或抗原与机体接触时，宿主体内必定产生某种应答或者出现排异现象，会引起机体产生一系列防御反应，包括体液和细胞反应及补体活化，在临床表现为过敏性反应。生物材料如要成功，至少要使发生的反应被宿主接受，不产生有害作用。

 

这些问题的出现已引起学术界、产业界等的广泛关注，事实上，这些问题的出现都是与生物材料一个重要的特性，即生物相容性有关。生物相容性是生物材料区别于其他材料的重要特征，是评价生物材料能否在生物医用领域应用的根本依据。

 

生物材料的生物相容性评价应该分为两个方面，一是材料反应，即机体对材料再生的作用，包括生物环境对材料的腐蚀、磨损及生物降解、材料性质退化甚至破坏。二是宿主反应，即材料对机体系统的作用，包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝血功能改变、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。其结果可能导致机体中的免疫物质对材料的排斥。生物相容性来自材料方面的影响有：材料类型和形态、表面构成、理化特性等。生物系统方面有动物种类、植入部位、受体状况、存在时间和使用环境等。生物相容性的研究涉及多学科交差的综合性因素，是十分复杂的。

 

为了评价材料的生物相容性，国际和一些先进国家的标准化组织已制定出上百个标准，而我国在这一方面还比较滞后，与国际最先进的美日欧等国家相比还有很大差距，甚至还没有从过分强调生物材料的可降解性的阴影中走出来，这将极大地影响我国才刚刚起步的生物材料产业。现在改变思路还为时不晚，因为新材料不断出现，特别是对材料和组织间相互作用的过程和对机体自身认识的不足，生物相容性及其评价标准的研究将长期是生物材料研究的重要课题。我们必须切实抓住这一重要机遇，抓住重点，加紧建立有效评价生物材料生物相容性的指标体系，发展行之有效的生物相容性评价方法和技术，结合我国在生物材料产业已取得或即将取得的重大突破和技术优势，“有所为，有所不为”，加快发展中国的生物材料产业。（作者系辽宁大学生命科学院教授）

 

《科学时报》 (2010-9-13 B3 视界·观察)