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硬脑膜是脑组织表面的一层很重要的组织结构，它在保护脑组织、防止脑脊液漏、颅内感染、脑膨出、癫痫等并发症具有重要的作用，是保护脑组织的一道重要屏障。硬脑膜在外伤、肿瘤侵蚀或是颅内手术的过程中都极有可能受到损伤，这时就需要应用人工材料来进行修补，以确保硬脑膜解剖结构的完整性[1]。研究表明10%～30%的脑部手术需要行硬膜修补术处理[2]。1 硬脑膜替代物的材料理想的硬脑膜替代物材料具有以下特点：①安全性，无毒性，无炎症反应，不传播病毒性疾病；②组织相容性好，无免疫反应；③柔顺性好，细胞粘附性能好；④防渗漏性好；⑤无脑组织粘连；⑥可吸收性，新生脑组织形成的同时，人工硬脑膜应逐渐降解吸收；⑦便于手术操作。目前用于硬脑膜替代的材料主要有4种：自体膜材、同种异体材料、异种材料、人工合成材料。自体膜材：用其自体头皮帽状腱膜下层、颅骨骨膜、颞肌筋膜修补缺损的硬脑膜，虽然避免了组织相容性和残留异物等问题的出现，但自体膜材取材有限，容易造成二次伤害，且强度较硬脑膜要差。不能满足现代医疗快速发展的需要[3]。同种异体材料：一般为在新鲜尸体中获取硬脑膜，但由于这种方式极易引起病毒感染已被彻底放弃。异种材料：已上市的产品“特可考”是由马腱胶原纤维做载体，其上附以人纤维蛋白原、牛凝血酶和抑酞酶等的一种人体可吸收干式分层泡沫纤维网，可用于硬脑膜的替代品。但该材料的机械性能较差且降解速度太快，不能作为常规材料普遍使用，尤其是在缺损较大、脑压较高时[4]。已上市的硬脑膜产品“脑膜卫士”是由牛心包构成，用戊二醛进行交链的一种硬脑膜生物补片，其抗感染能力较强，且力学性能与原先的硬脑膜接近[5]。史志东等[6]取猪的包心膜及大血管膜经环氧化物固定、多方位去抗原处理、蛋白质分子修饰增韧、粘附及富集生长因子的表面功能化处理等改性后制成异种天然生物材料。该种材料植入后能产生上皮，不易形成与脑组织的粘连，并能逐渐被自体组织蚕食、降解和替代，已应用于临床。然而异种生物膜都经过戊二醛处理，材料表面会有毒性残留，材料中不断出现的少量醛基不易在附加的后续处理中彻底清除，这类毒性虽然强度较低，但持续时间较长，几乎与材料的植入寿命相当。人工合成材料：用于硬脑膜替代物的人工合成材料也有人工合成惰性材料和人工合成生物可降解材料之分。惰性材料有膨体聚四氟乙烯、MVP?、聚氨酯、细菌纤维素等。这些惰性材料有非常好的力学强度和比较好的抗粘连性，可以有效地防止脑组织的粘连，但这些惰性材料不能自然降解，有导致肉芽组织形成和诱导慢性刺激造成长期的异物反应可能[7]。聚四氟乙烯是一种新型医用高分子材料，临床上已被用于疝气修补、人工血管材料、颌面整形材料和硬脑膜修补等。其对局部小区域的修补很有优势，但在较大区域则可能造成术后脑脊液[8]。近年来对于人工硬脑膜的制备专家专家学者们越来越多的把目光放在了生物可降解材料上。这些可降解材料延续了人工惰性材料良好的力学性能和组织相容性，能够维持足够的强度便于手术操作和防止脑脊液漏，但作为高分子聚合产物不足在于缺乏生物活性，对创伤愈合与自身硬脑膜新生没有明显促进作用。而且这些高分子聚合物水解后产物会产生局部微酸性环境，对细胞和组织生长不利[7]。如丝素蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚羟基丁酸酯等。丝素蛋白膜是以从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白为材料制得的膜材料。因其无毒、可降解以及与人体良好的生物相容性等优点被用于硬脑膜缺损的治疗。但机械性能还需要改进且其长期影响还需要进一步验证[9-11]。聚乳酸具有优良的生物相容性，无毒，不引起周围组织炎症，无排异反应，可被生物体完全降解吸收，并且价格便宜，已被用于制备人工脑膜，有成为一种理想人工膜材料的趋势。如壳聚糖-聚乳酸复合人工硬脑膜的研制、壳聚糖-聚乳酸-聚羟基丁酸酯人工硬脑膜的研制。该人工硬脑膜降解的速度能保证在生物材料未降解前有新生膜样组织形成，避免术后脑脊液漏出，防止由于降解太快而导致周围组织无菌性炎症的发生，且生物相容性较好，不引起皮肤过敏反应，符合临床使用的标准[12-15]。2 人工硬脑膜的制备方法人工硬脑膜根据制造工艺方法主要分为无害化处理法、拉伸薄膜法、溶液浇铸法、静电纺丝法。而静电纺丝法由于纺丝材料的物理状态不同又可分为溶液电纺和熔体电纺。无害化处理：主要针对前三种材料(自体膜材、同种异体材料、异种材料)的处理。如以冻干的形式保存人硬脑膜，虽然处理后硬脑膜无活性，但却保持了和正常活性的硬脑膜相同的超微结构，不过在材料受到伦理的约束[16]；牛心包人工脑膜采用冷冻干燥和低浓度戊二醛交联处理，改善了原有生物膜的缺陷，在临床上使用安全性更高，不过却引入了毒性残留；细菌纤维素膜虽然没有使用戊二醛，但接种到恒温培养箱中的木醋杆菌需要培养6天才能生成细菌纤维素膜，生产周期较长。拉伸薄膜法：多用于膨体聚四氟乙烯材料。能将其制备成微细纤维连接而成的网状结构[17-19]。溶液浇铸法：溶液浇铸法，是将聚合物溶液作为铸膜液，浇注一定量的铸膜液于事先准备好的玻璃模具中，再经过恒温干燥等处理脱膜，最后制得薄膜。2005年郭万厚等[14]通过溶液浇铸法制备了壳聚糖-聚乳酸复合人工硬脑膜，壳聚糖与冰醋酸混合制成溶液后浇铸到铺有聚乳酸网的玻璃板上，实验表明该人工硬脑膜在物理性能上接近人体正常硬脑膜且能随颅内压的变化而有一定的弹性伸缩，最终降解吸收时也能被新生的结缔组织膜代替，在体内不留异物，可望为临床提供一种理想的硬脑膜代替品。静电纺丝法：静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。其独特的制备方式在提高纤维材料孔隙率、控制纤维直径以及解决非均质分布和非取向性等缺陷上有其独特的优势，且能简单快速及可连续性的生成纳米纤维，为专家所青睐[20-21]。2015年荆尧通过静电纺丝法制备出优化的细菌纤维素人工硬脑膜并针对其对机体的炎症反应进行了实验，结果表明经静电纺丝法制备得到的细菌纤维素人工硬脑膜与普通细菌纤维素人工硬脑膜相比，其纳米孔隙度及均质性得到了明显改善，同时还可通过调整细菌纤维素混合溶液的配制比例及静电纺丝机器的参数获得不同直径大小及力学性能，且其炎症反应更轻微[22]。2015年Shi等[23]用静电纺丝法制备出聚己内酯-明胶杂化膜作为人工硬脑膜并对其理化性、生物相容性、降解性进行了实验研究，结果表明通过控制两者的比例材料能获得良好的力学性能，生物相容性和降解性都较好。溶液电纺：指的是聚合物溶液在高压静电场的作用下形成纳米纤维，在实验前要先配备纺丝液，一般是将固态聚合物溶解在相应的溶剂中。王龙[24]将PCL/PLA溶解在二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺混合溶液中经静电纺丝制备出PCL/PLA纳米纤维膜。窦源东等[25]将特定的可降解合成生物高分子材料和特定的天然生物高分子材料按一定的比例溶解于相应的溶剂中以及特定的可降解合成生物高分子材料和特定的亲水性合成高分子以同样的方式溶解制备出了一种双层结构的仿生型可吸收硬脑膜补片。葛立雅等[26]将可降解高分子材料与相应的溶剂混合得到电纺液，然后经静电纺丝纺得电纺膜，最后制得一种可吸收硬脑膜补片。溶液电纺的机器设备较为简单，且电纺材料能很好地分散到相应溶剂中，容易控制浓度，但其溶剂甚至是有毒溶剂的存在却是其最大的弊端，而且目前仍有一些材料没有找到合适的溶剂来配备成纺丝液[27]。熔体电纺：指的是熔体在高压静电场的作用下形成纳米纤维，是一种不使用溶剂的纳米纤维绿色制备工艺[28]。目前对于熔体电纺的研究还比较浅显。熔体电纺无需溶剂，直接熔融固化是其最大的特点。且可获得连续可控的直线取向纤维，但是其机器设备的复杂和解决使微米级的纤维直径进一步减少至纳米级的问题[27，29]。目前国内国外还没有应用熔体电纺制备人工硬脑膜的明确报道。3 3D打印技术在生物工程方面的应用3D打印技术是一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术大致可以分为7类：3DP技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结技术、DLP激光成型技术、UV紫外线成型技术、3D扫描打印技术。3DP技术：通过将液态粘结体铺放在粉末薄层上已打印横截面数据的方式逐层构建，最终得到三维实体模型。FDM熔融层积成型技术：将热熔性材料加热融化，通过计算机控制三维喷头并根据截面轮廓信息将材料选择性的涂铺在工作台上，快速冷却后形成一层截面，然后工作台下降一个截面继续打印下一层，以此类推直到完成整个立体模型。SLA立体平版印刷技术：以光敏树脂为材料，通过计算机控制激光按各截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描的树脂发生光固化。一层完毕后工作台下降一个层面在已固化的截面继续铺上一层光敏树脂进行激光扫描。以此类推直至完成整个三维模型。SLS选区激光烧结技术：一般为粉末材料，将其平铺在工作台上，通过计算机控制激光按照界面轮廓信息对粉末实心部分进行烧结，最后层层堆积制备而成。DLP激光成型技术：使用高分辨率的数字光处理器投影仪来固化液态光聚合物，逐层进行光固化直至完成实体模型。UV紫外线成型技术：利用紫外线照射液态光敏树脂，层层堆积制备而成。3D扫描打印技术：将3D扫描仪安装到打印机上。要打印物品通过扫描装置直接3D扫描，然后将扫描图片直接上传网络进行打印。该方法省却了自己画三维立体图形的麻烦，并且直接扫描得到的图片在形状、色彩、立体性等方面都要更加真实。3D打印技术能够根据不同患者的需要，快速精准个性化地制备出符合要求的材料且能够对微观结构进行精准设计，目前已在生物工程领域得到了广泛的应用。3D打印人工骨、骨组织支架、人工血管、种植牙、器官及骨髓支架等已应用于临床，得到了专家学者的一致好评[30-39]。3D打印技术应用于骨组织支架可以个性打印形状，精准吻合缺损；可以通过特定的程序设定打印出有利于细胞增值的孔隙，增强支架的骨诱导性、骨传导性、骨再生[40]。美国维克森林大学再生医学研究所的研究人员将由患者的干细胞分化而成的各种类型的细胞转化成液滴制得的生物墨水经3D打印设备喷涂到凝胶支架上，最终成功打印出了人体肾脏、耳、鼻等器官[41]。3D打印技术应用于口腔种植修复领域能够实现材料孔隙梯度控制特点、满足个性化种植的需要，Chen J、Zhang Z等[42-43]应用3D打印技术制备了个性化纯钛根性和根形带螺纹种植体，并且性能实验结果表明制备的螺纹根形植体应力分布更为均匀，对初期稳定性更为有利。然而目前3D打印在人工硬脑膜方面的应用还比较空白。2011年广州迈普公司生产出世界上第一个生物3D打印的硬脑(脊)膜-睿膜，并成功实现产业化和商品化。这种以高分子材料制备的人工硬脑膜内部结构和人体脑膜高度相似，可直接贴合在患者的脑膜破损处，实现伤口缝合的效果。患者的自体细胞会主动找到这里，连接成新生组织，在组织生长完成后，睿膜会自动降解为无害的水和二氧化碳[44-46]。4 讨论与小结用于制备人工硬脑膜的材料有很多，无论是自身、异种、同种异体还是人造材料都各有各自的优缺点。自身膜材来源有限；异种膜材在处理过程引入毒性残留；同种异体取材易引起病毒感染；人造惰性材料无法被机体降解吸收，存在相容性不足甚至引发炎症反应的缺陷。相较之下可降解高分子材料以其可降解性以及降解产物无害性的优势在人工脑膜的选材上要略胜一筹。制备人工硬脑膜的5种方法各有千秋。无害化处理在取材来源、毒性残留、生产周期等上受到限制；拉伸薄膜法对材料的性能有一定的要求；溶液浇铸法对制备材料的孔隙率、纤维直径等无法很好地调控；相对来说静电纺丝由于能制备连续且比表面积大纤维、较易制备纳米级别膜材以及能很好控制孔隙率、纤维直径、纤维取向性等优点更易被专家学者们青睐。而其中与设备简单、使用溶剂甚至是有毒溶剂的溶液电纺相比，成丝过程热熔固化的熔融电纺要更具优势。尤其是目前国内国外对于应用熔体电纺制备人工硬脑膜的研究没有直接的报道。如果能对其仪器设备进行设计改进，熔融电纺必定能在生物医药领域有很好的应用前景。3D打印技术目前已很好的应用在了器官、人工血管、人工骨材料等方面并得到了临床界的一致认可。相信3D打印在人工脑膜的制备方面会有很好地前景。参考文献[1] 陈振军.硬脑膜替代材料的研究与应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(14)：2697-2700.[2] 杨金理，欧小晶，冯志铁，等.生物型人工硬脑膜与自体膜在颅脑损伤硬膜修补术中的应用效果比较[J]. 海南医学，2016，(15)：2521-2522.[3] 李海龙，麻晓融，董宇峰，等.自体游离组织在硬脑膜修补中的应用[J]. 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文章来源：《化学与生物工程》 网址: http://www.hxyswgc.cn/qikandaodu/2020/1110/663.html