生物材料PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1) Bryan Jeun;Hyukjin Lee;Saurabh Aggarwal;Hailin Wang; Qiang Li;Sukyeon Hwang. “Application of Collagen in Drug Delivery” 2) “Recombinant collagen and gelatin for drug delivery” Journal Metadata Search: Elsevier - Advanced Drug Delivery Reviews
1 简介
控制释放：药物以恒定速度、在一定时间内从材 料中释放的过程。 优点：药物在血液中保持对疾病治疗所需的最低 浓度，保持血药浓度恒定，避免了偏高时药物中 毒、偏低时治疗无效的问题。
8
9
理想药物释放体系具备以下功能：
– 药物控制释放功能，使血药浓度维持在所需范围内 – 药物靶向释放功能，使药物只输送到治疗目标部位 – 用药量少 – 毒副作用小 – 服用方便，易于被患者接受 – 在通常环境下具有一定化学和物理稳定性
按材料组成和性质：
医用高分子材料
生物陶瓷材料
医用金属材料
生物医学复合材料
4
按用途:
骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等 心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
有机材料
天然 无机材料
高分子材料
药物释放载体
有机材料
无机材料
合成 高分子材料
复合材料
生物降解性和非生物降解性材料
目前药物载体大多是生物降解性高分子或高分子复合材13料
3 高分子药物载体
必须具备以下条件： 具有生物相容性和生物降解性 降解产物必须无毒和不发生炎症反应 高分子的降解必须发生在一个合理的期间 具有可加工性、可消毒性、良好的力学性 能
（天然）
（合成）
（合成）
（合成）
明胶
藻酸盐
聚乙烯醇
聚甲基丙烯酸酯
淀粉
聚酸酐
聚醋酸乙烯酯
聚氨基甲酸酯
白蛋白
聚酰胺
聚苯乙烯
聚酯
胶原
聚腈基丙烯酸烷基酯 聚硅氧烷橡胶
聚乙烯
甲壳素或壳聚糖
脂肪族聚酯
聚丙烯酸酯
聚四氟乙烯
纤维素
聚酰胺
16
天然及合成高分子材料对比
天然高分子材料 优点：生物相容性好，无毒副作用 缺点：力学性能较差，药物释放速度不可调控
20世纪中后期---高分子材料迅猛发展，推动了生 物医用材料的发展，例如：透析膜、人工心脏材料、 血管植入物、缝合线等。
20世纪80年代后---组织工程产生：在材料结构及 功能设计中引入生物支架--活性细胞，构建所希望 的生物材料。
---药物缓释材料、靶向药物以及智能仿生材料 的出现
3
2 生物医用材料分类
5
按生物化学反应性：
可生物降解和吸收材料 （如：聚乳酸）
惰性生物医学材料 （如：聚四氟乙烯）
生物活性材料 （如：羟基磷灰石）
6
表 1-1 生 物 医 用 材 料 应 用 实 例
材料名称
应用实例
心血管植入物
心脏和瓣膜、血管移植物、起搏器、支架
整形和重建植入物
丰乳或重建、上颌面重建、阴茎植入物
矫形外科假体
生物医用材料
1
一、 生物医用材料发展概况
1 发展概况
– 生物医用材料(biomedical materials) 生物材料 (biomaterials)： 定义：它是对生物体进行诊断、治疗和置换损 坏的组织、器官或增进其功能的材料。
2
发展概况：
公元前5000年---人工牙植入口腔颌骨来修复失牙。
18
19
性能：
规整的螺旋结构--免疫原性较温和; 体外可形成较大的有序结构--强度良好的纤维; 物理或化学交联--提高强度且延长了降解时间； 可提供细胞生长、分化、增殖、代谢的一个结合 位点
20
用途：
胶原分子可以作为组织修复的支架材料; 可作为药物控释载体
References (from google.com):
10
药物释放体系发展概况：
20世纪50年代前，传统型药物制剂 50年代起，缓释型药物制剂（DSRP） 70年代起，控释型药物制剂（CRP） 80年代起，靶向型药物制剂（TDDS）
及智能型药物制剂（IDDS或SDDS）
11
2 药物释放载体
表 2-1 药物释放体系分类
分类
目的
举例
缓释
微包囊化
按释药时间
延长半衰期
与载体分子相结合1
特定时间释放
外部刺激2
在局部滞留释放 局部投入
按释药部位
到指定目标释放 免疫共轭、免疫活化
在特定部位释放 外部刺激
按综合性能
用药简便化
经皮吸收制剂
注：1 例如同聚乙二醇链相结合；
2 温度、PH、磁场、超声波、电场、激光等
12
药物释放载体
药物释放体系重要组成部分 影响药效的主要因素
膝关节、髋关节、骨折固定、人工骨
眼系统
隐形眼镜、人工晶体
牙齿植入物
义齿、防龋涂料
神经植入物
脑积水分路、蜗状植入物
体外循环装置
氧合器、透析器、血浆分离器
导管
导尿管、脑积液导管
药物释放控制装置
片剂或胶囊涂层、经皮体系、微囊、植入物
普Βιβλιοθήκη Baidu外科
缝线、外科制品、粘合剂、血液代用品
诊断制品
免疫微囊
7
二、药物释放载体材料
合成高分子材料 优点：力学性能更好、更全面，药物释放速度可通 过调节高分子载体材料的降解速度来控制，易于对 载体进行修饰 缺点：需要选择生物相容性好且毒副作用小的载体， 这类载体材料的选择范围较窄
合成高分子材料正逐渐取代天然高分子材料
17
4 天然生物降解材料
1）I型胶原
来源：哺乳动物体内结缔组织，构成人体约 30%的蛋白质，共14种，I型最丰富且性能优 良。 结构：三股螺旋多肽，每一个链有1050个氨 基酸，一级结构富有脯氨酸和羟脯氨酸，第三 个总是甘氨酸，结构有序.
21
举例：
① 成纤维细胞在胶原上生长时，代谢和形 态与其在体内生长极为相似.
② Yannas等人首先用胶原--硫酸软骨素多 孔交联的支架成功制得人工皮肤，能治 疗严重烧伤的病人。
14
天然高分子：明胶、胶原、环糊精、纤维素、 壳聚糖等
高分子载体
改性天然高分子：例如：甲醛交联明胶进行化 学和酶改性
合成高分子：聚硅氧烷橡胶、聚酯、聚酸酐、 聚氨酯、聚苯乙烯等
生物降解性高分子：聚酯、聚酸酐、聚酰胺等
15
表 2-2 常用的药物载体高分子材料
生物降解性高分子 生物降解性高分子 非生物降解性高分子 非生物降解性高分子
1 简介
控制释放：药物以恒定速度、在一定时间内从材 料中释放的过程。 优点：药物在血液中保持对疾病治疗所需的最低 浓度，保持血药浓度恒定，避免了偏高时药物中 毒、偏低时治疗无效的问题。
8
9
理想药物释放体系具备以下功能：
– 药物控制释放功能，使血药浓度维持在所需范围内 – 药物靶向释放功能，使药物只输送到治疗目标部位 – 用药量少 – 毒副作用小 – 服用方便，易于被患者接受 – 在通常环境下具有一定化学和物理稳定性
按材料组成和性质：
医用高分子材料
生物陶瓷材料
医用金属材料
生物医学复合材料
4
按用途:
骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等 心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
有机材料
天然 无机材料
高分子材料
药物释放载体
有机材料
无机材料
合成 高分子材料
复合材料
生物降解性和非生物降解性材料
目前药物载体大多是生物降解性高分子或高分子复合材13料
3 高分子药物载体
必须具备以下条件： 具有生物相容性和生物降解性 降解产物必须无毒和不发生炎症反应 高分子的降解必须发生在一个合理的期间 具有可加工性、可消毒性、良好的力学性 能
（天然）
（合成）
（合成）
（合成）
明胶
藻酸盐
聚乙烯醇
聚甲基丙烯酸酯
淀粉
聚酸酐
聚醋酸乙烯酯
聚氨基甲酸酯
白蛋白
聚酰胺
聚苯乙烯
聚酯
胶原
聚腈基丙烯酸烷基酯 聚硅氧烷橡胶
聚乙烯
甲壳素或壳聚糖
脂肪族聚酯
聚丙烯酸酯
聚四氟乙烯
纤维素
聚酰胺
16
天然及合成高分子材料对比
天然高分子材料 优点：生物相容性好，无毒副作用 缺点：力学性能较差，药物释放速度不可调控
20世纪中后期---高分子材料迅猛发展，推动了生 物医用材料的发展，例如：透析膜、人工心脏材料、 血管植入物、缝合线等。
20世纪80年代后---组织工程产生：在材料结构及 功能设计中引入生物支架--活性细胞，构建所希望 的生物材料。
---药物缓释材料、靶向药物以及智能仿生材料 的出现
3
2 生物医用材料分类
5
按生物化学反应性：
可生物降解和吸收材料 （如：聚乳酸）
惰性生物医学材料 （如：聚四氟乙烯）
生物活性材料 （如：羟基磷灰石）
6
表 1-1 生 物 医 用 材 料 应 用 实 例
材料名称
应用实例
心血管植入物
心脏和瓣膜、血管移植物、起搏器、支架
整形和重建植入物
丰乳或重建、上颌面重建、阴茎植入物
矫形外科假体
生物医用材料
1
一、 生物医用材料发展概况
1 发展概况
– 生物医用材料(biomedical materials) 生物材料 (biomaterials)： 定义：它是对生物体进行诊断、治疗和置换损 坏的组织、器官或增进其功能的材料。
2
发展概况：
公元前5000年---人工牙植入口腔颌骨来修复失牙。
18
19
性能：
规整的螺旋结构--免疫原性较温和; 体外可形成较大的有序结构--强度良好的纤维; 物理或化学交联--提高强度且延长了降解时间； 可提供细胞生长、分化、增殖、代谢的一个结合 位点
20
用途：
胶原分子可以作为组织修复的支架材料; 可作为药物控释载体
References (from google.com):
10
药物释放体系发展概况：
20世纪50年代前，传统型药物制剂 50年代起，缓释型药物制剂（DSRP） 70年代起，控释型药物制剂（CRP） 80年代起，靶向型药物制剂（TDDS）
及智能型药物制剂（IDDS或SDDS）
11
2 药物释放载体
表 2-1 药物释放体系分类
分类
目的
举例
缓释
微包囊化
按释药时间
延长半衰期
与载体分子相结合1
特定时间释放
外部刺激2
在局部滞留释放 局部投入
按释药部位
到指定目标释放 免疫共轭、免疫活化
在特定部位释放 外部刺激
按综合性能
用药简便化
经皮吸收制剂
注：1 例如同聚乙二醇链相结合；
2 温度、PH、磁场、超声波、电场、激光等
12
药物释放载体
药物释放体系重要组成部分 影响药效的主要因素
膝关节、髋关节、骨折固定、人工骨
眼系统
隐形眼镜、人工晶体
牙齿植入物
义齿、防龋涂料
神经植入物
脑积水分路、蜗状植入物
体外循环装置
氧合器、透析器、血浆分离器
导管
导尿管、脑积液导管
药物释放控制装置
片剂或胶囊涂层、经皮体系、微囊、植入物
普Βιβλιοθήκη Baidu外科
缝线、外科制品、粘合剂、血液代用品
诊断制品
免疫微囊
7
二、药物释放载体材料
合成高分子材料 优点：力学性能更好、更全面，药物释放速度可通 过调节高分子载体材料的降解速度来控制，易于对 载体进行修饰 缺点：需要选择生物相容性好且毒副作用小的载体， 这类载体材料的选择范围较窄
合成高分子材料正逐渐取代天然高分子材料
17
4 天然生物降解材料
1）I型胶原
来源：哺乳动物体内结缔组织，构成人体约 30%的蛋白质，共14种，I型最丰富且性能优 良。 结构：三股螺旋多肽，每一个链有1050个氨 基酸，一级结构富有脯氨酸和羟脯氨酸，第三 个总是甘氨酸，结构有序.
21
举例：
① 成纤维细胞在胶原上生长时，代谢和形 态与其在体内生长极为相似.
② Yannas等人首先用胶原--硫酸软骨素多 孔交联的支架成功制得人工皮肤，能治 疗严重烧伤的病人。
14
天然高分子：明胶、胶原、环糊精、纤维素、 壳聚糖等
高分子载体
改性天然高分子：例如：甲醛交联明胶进行化 学和酶改性
合成高分子：聚硅氧烷橡胶、聚酯、聚酸酐、 聚氨酯、聚苯乙烯等
生物降解性高分子：聚酯、聚酸酐、聚酰胺等
15
表 2-2 常用的药物载体高分子材料
生物降解性高分子 生物降解性高分子 非生物降解性高分子 非生物降解性高分子