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工程高分子 生醫高分子  
   
   
  生物可吸收式心臟血管支架藥物釋放之研究
  
       
        本研究使用生物可吸收式材料PCL,以射出成型法製造支架本體;並利用PLGA包覆藥物paclitaxel塗在支架表面,作為藥物釋放層。研究結果顯示藥物釋放時間可達到兩個月以上,釋放過程靠擴散與PLGA降解來控制;藥物釋放約一個半月後速率增加,此因PLGA降解時間約60天,當PLGA大幅消失將使藥物加速釋放。藥物比例10%、20%與50%具有相似的藥物動力學結果;當藥物與PLGA比例固定時,增加塗層數可延長釋放時間。根據MTT實驗,塗藥過程使用有機溶劑,只要能揮發完全則對細胞無毒害情形;而塗藥支架則能有效抑制平滑肌細胞的增生。在血液相容性方面,塗藥支架比沒塗藥的PCL支架較不易黏附血小板,但結果無顯著差異。

 


生物可降解式心血管支架之研究與開發  
        本研究重點在只使用生物可降解材料聚己內脂PCL, Poly(ε-caprolactone)熱熔射出成型而不使用溶劑的情況下,設計出一個三圓環的零件,經串接後並熱融成一管狀物,可利用其機構於縮小擴張時固定,避免植入後回彈。
        實驗結果發現,撐開支架的氣球擴張壓力,可由零件中間的橢圓曲率來加以控制,在同樣的零件厚度下,直徑較小的支架能產生較大的壓縮負荷與崩潰壓,ψ5 mm支架橢圓半徑為4.5 mm,曲率較小,氣球擴張壓力1 kg/cm2,崩潰壓1.24 ± 0.16 kg/cm2,壓縮負荷0.5N,ψ3 mm支架橢圓半徑為1.2 mm,曲率較大,氣球擴張壓力5 kg/cm2,崩潰壓1.36 ± 0.14 kg/cm2,壓縮負荷1N。壓縮負荷與重量保持力隨著時間降解而緩慢下降,針對零件串接最後的熱熔接點於上、側、下分別放置量測,結果其位置並不影響支架整體之壓縮負荷。熱機械分析結果顯示,降解的過程正在發生,但也需要長期的觀察確認。
  
   

  治療巨細胞病毒視網膜炎之生物可降解式鞏膜釘之研究與開發
      巨細胞病毒視網膜炎即視網膜受巨細胞病毒感染所引發的疾病,若病情惡化最終會導致失明。治療巨細胞病毒視網膜炎最普遍的給藥方式是眼球內注射混合藥物,直接注射入玻璃體腔。缺點是反覆穿刺眼球,對眼球增加併發症產生之機會及病患須忍受反覆注射之不適。因此本實驗室開發新的藥物釋放系統,期望改善投藥的效率,減少病人的不便且避免醫療上的資源浪費。
      本研究使用本實驗室先前所開發以熱壓縮成型法製作生物可降解式鞏膜釘之技術,來開發擁有兩種抗巨細胞病毒眼藥混合PLGA粉末之生物可降解式鞏膜釘,使治療具有加乘作用,且製程以避免使用有機溶劑為目標,並達到延長藥劑釋放的功能,避免一再球內注射的負擔。體外藥物釋放曲線顯示,鞏膜釘於兩週內釋放之藥物濃度仍為有效濃度,但體內藥物釋放測試則可釋放至三週以上。以市面上最常見的抗巨細胞病毒藥物 Ganciclovir為例,在體內釋放測試下於一個月之後仍為有效濃度,且實驗過程中鞏膜釘植入眼球的開刀傷口長度小,傷口癒合較佳,更可直接在生物體內降解,不必再次開刀取出。在視網膜電位圖分析中,量化結果在統計上顯示鞏膜釘在植入眼球後對於視網膜是無害的。在眼球組織切片結果顯示鞏膜釘具有良好的生物相容性,證明此製程製作出的生物可降解式鞏膜釘是可行的。
   

電紡PLGA/collagen奈米纖維織架為組織工程之研究與開發  
        組織工程包含三大要件:細胞、細胞支架與訊息因子,但由於之前支架的製備方式其孔洞性和表面積並不佳。所以本研究利用電紡製作出奈米纖維來提高其支架的表面積,以利於細胞容易附著進而可以增生。而由文獻得知很多學者都利用collagen來當支架的材料,但是collagen機械性質較弱,所以本研究將加入PLGA來增強支架的強度,進而探討細胞貼附在支架上的情況。

 

         本論文已成功的製備出奈米纖維支架,而經由一些物理性質的測試可知本研究所製備的支架具有良好的含水率及降解率,而在支架上培養細胞經由MTT的測試,可以知道其支架可以提供細胞增生及附著。最後進行活體實驗,也顯示出在傷口上覆蓋本研究所製備的支架,在短時間內對皮膚的修復及癒合能力會比市售的人工皮還要好。
   

  生物可吸收式心臟血管支架之開發


        近年來,因為國人罹患心血管疾病的情形日加嚴重,而且年齡層正在逐漸下降。所以在心血管疾病上的治療更加的受到重視。而在所有治療方法中,又以植入心血管支架最受歡迎。目前有許多的研究著重於心血管支架的研發。主要使用的材料為不袗、鎳-鈦合金與鈷-鉻合金等。

        本研究使用"生物可降解高分子"製作心血管支架。目的在於生物可降解高分子可以在體內水解,不會殘留金屬支架於體內。並以微射出成型製作此支架。不需要使用溶劑將生物可降解高分子溶解。可避免溶劑上的毒性殘留,減少因溶劑而降低細胞存活率的情形發生。而微射出成型可以快速並且大量的生產。若研究成功可以將心血管支架量產化,降低市場價格。讓國人可以更鬆的接受心血管支架的治療。


PLGA包覆Lidocaine微球之釋放研究  
 

        利用乳化法的方式製作包覆Lidocaine 之微球,其方法簡單,包覆效果佳,常被使用於微球製程。然而製程中有機溶劑的參與,可能會對細胞造成傷害,所以本實驗將以MTT毒性測試來對微球之釋放液進行測試,以確保微球之製作不會因為有機溶劑而對細胞有所傷害。實驗證實PLGA(75:25)之微球有較佳的釋放曲線,可以達到7天以上的穩定釋放,其MTT測試反應證明無毒性反應,PH值測試結果對Lidocaine藥效影響甚微;相較於長效型釋放之載體,對於短效的藥物釋放系統微球有較佳的釋放曲線。關鍵字:硬脊膜外麻醉、PLGALidocaine、微球



  生物可降解式抗生素/類固醇鞏膜釘之研究與開發

 



     在國內術後發生感染性眼內炎的機率,白內障手術為 0.07∼0.12 %、角膜移植手術為 0.11%、玻璃體切除手術為 0.05%。導致眼內炎常見的病源體為葡萄球菌。患此眼疾者有15%視力降低於 0.05、5% 失明。治療此種眼疾最普遍給藥方式是球內注射混合藥物,直接注射入玻璃體腔。缺點是反覆穿刺眼球,對眼球增加併發症產生之機會及病患須忍受反覆注射之不適。所以針對此議題,期望開發結合眼科醫療器械鞏膜釘之概念,開發生物可吸收式鞏膜釘藥物釋放系統,以改善現有的給藥方式。
      經製程改良後,載子同時擁有革蘭氏陽性、革蘭氏陰性抗生素及類固醇三種不同眼藥製作植入型生物可吸收式鞏膜釘,且避免使用有機溶劑,並延長藥劑釋放,避免一再球內注射的負擔。
      耐熱測試顯示,革蘭氏陽性抗生素(Vancomycin)和類固醇(Dexamethasone)相對耐高溫且保有活性,革蘭氏陰性抗生素(Amikacin),對溫度變化相較其他藥物敏感。釋放曲線顯示,載藥比對小體積的載子,影響並不大;製程壓力,壓力高時釋放濃度相對較低;製程溫度,對PLGA的影響遠比壓力來的顯著。抑菌活性測試下,抗生素有些許損失,但依然仍保有活性,藥效還存在,證明此局部釋放載子是可行的。

以壓縮成型與超音波熔接製作生物可降解性高分子藥物載子之研究  

        生物可降解性高分子Poly(D,L-lactide-co-glycolide),因對生物組織不會產生不良反應,所以被廣泛地應用在藥物載體上,本研究中將PLGA與抗生素Vancomycin粉末均勻混合後,以熱壓縮成型法製成具有中空腔室之載子,再以超音波接合技術將另一種藥物封入載子中空腔室裡,用以探討載子核心物質釋放之形態,最終目的是希望載子外層釋放之抗生素達殺菌效果,內層核心物質BMP-2(Bone morphogenetic protein-2)同時以低濃度釋放達第促進骨細胞生長之二種治療功效。

        然由於骨細胞促進劑具活性,且需在無菌狀態下進行封裝,故本研究中先以抗生素代替骨細胞促進劑進行釋放,從釋放曲線中探討最適當之載子壁厚及配製比例趨勢,進而可以預測骨細胞促進劑BMP-2(Bone morphogenetic protein-2)被包覆在高分子中的釋放情況,供載子未來置入骨細胞促進劑之選用。

        國內外研究有關植入型骨髓炎載子治療法的研究極多,截至目前為止,尚未有人研發可同時兼具雙重效用之載子,本研究成功開發出具有釋放雙重藥物效能之載子,此載子之開發不僅可用來取代傳統上不可吸收之PMMA載子,更能大幅提升各種疾病之治療率。

 

釋放前

 

釋放後

 


  藥物釋放系統


        制放系統是利用高分子材料包覆或吸收藥劑,使其在輸送過程中減少或不受破壞,在達目標後微量緩慢的釋放,並可控制釋放劑量。

        本實驗室利用天然高分子或人工合成聚合物為載體,作為傳遞人體所需藥物、抗生素或所需之養份之工具,高分子不同的釋放機制與效果,使藥品制放系統,改變在人體內之藥效學與藥動學,進而提高療效、降低副作用,並增加用藥之安全性

 

                  

 

                            


組織工程  

        組織工程技術係再生醫學發展之新興技術,它是結合生醫材料、細胞工程及分子生物訊息之整合性技術。目前積極研發的生醫材料,以生物可分解(Biodegradable)或可吸收(Bioresorbable)之生物高分子為主。

  生物力學分析

        生物力學是研究生物體與力學之關係,包括生物材料、植入物、生物體組 織之力學特性,動態分析如;步態分析、運動分析、固體力學、流體力學 與人因工程之骨骼關節學、運動醫學、復健醫學、牙科學等。

        力學在醫學上之用途正與日俱增,舉凡植入物之不同設計、不同材質之力學特性,人體內各種組織之力學特性,受傷之力學,復原中、復原後之力學變化和各個關節之動態和力學分析等。生物力學在臨床之評估、診斷、治療上都扮演著一定的角色。


人工關節材料分析  

 

        在所有骨科手術當中,全膝人工關節置換術是最容易預期成功的手術之一。由於醫學工程及材料力學的進展 , 使得植入物的耐久性更高且併發症減少。長期追蹤研究清楚的顯示 : 全膝人工關節的耐久性佳且能明顯改善病人的生活品質。目前大部份的設計是由脛骨組件和股骨組件形成關節接合而成。脛骨組件是使用金屬圓盤下面有支柱,而在支柱邊加上扇狀的設計以固定在脛骨近端。而脛骨關節墊片(高分子量聚乙烯)則使用卡式或鎖式固定在脛骨組件上。大部份的墊片設計形狀和股骨關節面一致,以增加穩定度並減少聚乙烯接觸的壓力。而以現今科技所製造的高分子量聚乙烯(UHMWPE)墊片,其強度及耐磨性也改進很多。