【提要】 随着经济发展和技术进步，医疗美容的需求大幅增加，医用生物材料大量应用，其有效性和安全性的评价 有必要进一步提高。目前，国内所采用的是理化性质及生物学评价，然而临床上的有效性是一个多方面的评价，无 统一标准，大多主要采用客观指标量化分析，主观感受属于次要标准。本文对目前主要的面部填充物及其理化性能评价方法进行综述。

 

【关键词】 皮肤填充剂；生物材料；软组织；注射

 

研究背景

 

人口结构趋于老龄化、个人外貌意识增强以 及技术进步，预示着全球医疗美容市场的繁荣[1]。与国外相比，国内医疗美容行业起步较晚，但由于需求量大，发展迅速，特别是近年来轻医美的  盛行，医疗美容整形的热度提升，新兴医疗美容平台兴起，加上社交媒体的广泛宣传，医疗美容的接受程度日趋提高[2-3]。美国皮肤外科学会一项调查显示，为了提高自信，以及更显年轻或更具吸引力，约有70%的消费者考虑进行整容手术[4]。美国整形外科协会数据显示，2020年整形外科医生进行的1560万例整容手术中，近90%是微创的，其中，软组织填充排名第二[5]。

 

医疗美容的发展，随之而来的是医用生物材料的大量应用及发展。目前，可用于软组织填充的材料广泛，如硅橡胶、聚四氟乙烯等植入填充材料以及胶原蛋白和透明质酸等可注射类填充材料。面部填充注射虽然具有微创、风险小、不良反应发生率低的优势，但难免会引起一些不良反应，如肿胀、水肿和淤青等，严重时可能导致皮肤和组织坏死，甚至引起脑栓塞及失明 [6]。因此，针对填充用生物材料的安全性评价就显得格外重要，本文对目前临床使用以及在研生物材料的物理化学生物学评价方法进行简要介绍。

 

一、医疗美容类生物材料分类

 

生物材料长期与人体组织直接接触，需具有良好的生物相容性，其理想性质为无免疫原性以及降解后无毒性，机械性能良好和成本低且易处理 [7]。

 

1.1 可生物降解类

 

可生物降解填充剂通常在6个月至1年内被人体吸收，半永久性填充剂可持续 1~2 年。可生物降解填充剂通过刺激新胶原生成，以达到更持久的美容改善效果，并具有发生不良事件或严重并发症的风险低，且易于矫正的特点。

 

1.1.1  自体脂肪

 

脂肪移植始于抽脂手术后 [8]。自体脂肪来源丰富，生物相容性好，对比其他填充物，患者接受度更高。此外，自体脂肪含有天然干细胞，其再生潜力有利于改善面部组织，修复瘢痕和晒伤[9-10]。但是，脂肪移植效果因个体和技术，甚至移植部位而异，手术过程繁琐，比合成可注射填充剂更耗时[8]。Sito等[11]分析表明，自体脂肪相比其他填充剂更易导致血管并发症，且是最常导致失明的填充材料。也有案例报道发生血管栓塞引起视力障碍，甚至脑梗死[12-14]，可能是填充物注射入面部血管所致[15]。Ozer等[16] 研究表明，将富血小板血浆与自体脂肪移植结合进行面部填充，前者含有多种生长因子，可以增强体内外脂肪细胞衍生干细胞的增殖。

 

1.1.2  胶原蛋白

 

胶原蛋白（Collagen）是最早使用的注射填充 剂之一，主要来源有牛、猪以及人。人源胶原蛋白又分为生物工程、人尸和自体三种[8]。胶原蛋白是真皮的主要成分之一，可减少注射过程中的瘀伤和疼痛，并将衰老皮肤中丢失的结构成分恢复，有利于改善皮肤弹性，增加皮肤含水量，减少皱纹，是各类与皮肤相关抗衰老研究的重点[17]。研究表 明，胶原蛋白可维持12~18个月，但需冷藏保存，储存成本较高[18]。注射胶原蛋白最常见的不良反应是致敏，在使用牛和猪胶原蛋白之前，必须进行皮肤试验[17]。相比之下，人源性胶原蛋白填充剂不需要皮肤测试，副作用更少[19]。

 

1.1.3  透明质酸

 

透明质酸（Hyaluronic acid，HA）是目前应用 最广的面部填充剂，是人体细胞外基质中的主要多糖，易降解，存留时间短，也具有广泛的药理活性，如抗炎、伤口愈合、组织再生等，可刺激胶原生成，减少皱纹，增加皮肤弹性[20]。Schuurmans 等[21] 将透明质酸进一步化学修饰产生交联，可降低成本，提高纯度，并降低免疫反应。Cho 等 [7] 将透明质酸与明胶、壳聚糖、纤维素和聚乙二醇组合，显示出优异的生物相容性。根据交联方式，透明质酸还能分为单相型和双相型，虽然双相型更易于注射，但根据统计分析，单相型注射疼痛率低且效果更持久[22]。也有研究显示，加入了利多卡因的新型双相型的效果优于单相型[23]。填充效果一般可持续6~18个月[24]。透明质酸过敏反应发生率低，常见症状为发红和肿胀，或是因技术原因导致的水肿[25]。统计分析表明，鼻唇沟填充中透明质酸并发症发生率最高，但多为轻度、一次性和可逆性的[26]。采取注射透明质酸酶治疗注射后引起的血管堵塞，成功率并不高[11]。Artzi等[27] 证明透明质酸填充剂所造成的延迟炎症反应可使用抗生素治疗。

 

1.1.4  左旋聚乳酸

 

左旋聚乳酸（Poly-L-lactic acid，PLLA）为“童颜针”的主要成分，相比于透明质酸的单纯填充，其可募集巨噬细胞、成纤维细胞以及刺激胶原产生，改善皮肤纹理[28]。左旋聚乳酸具有良好的生物相容性，注射到人体内，可在酶的作用下分解为水和二氧化碳[29]。代谢途径与乳酸相同，在约 9个月时完全降解[30]。最早于2004年FDA批准其 用于改善HIV引起的面部脂肪萎缩，后在2009年批准用于改善正常人群的衰老性深度皱纹[8]。聚乳酸作为半永久性填充材料，效果持续时间明显长 于其他材料，一般可持续2年，甚至更长[31]。聚乳酸不良反应较少，大多能自行消退，偶尔发生的肉芽肿和结节也与不正确的注射区域以及注射技术有关。但有报告显示，患有多种慢性病的人注射左旋聚乳酸后发生视网膜动脉阻塞[32]。

 

1.1.5  羟基磷灰石钙

 

羟基磷灰石钙（Calcium hydroxyapatite，CaHA）是人体骨组织和牙齿的一种矿物质成分，具有良好的生物相容性。其产品是由悬浮在羧甲基纤维素钠凝胶中的24~45μm羟基磷灰石钙球形颗粒组成，凝胶被吸收时，微球可充当胶原蛋白沉积的支架，持续 12~18个月[33]。2006年FDA批准其用于治疗HIV感染患者的面部脂肪萎缩和治疗中度至重度面部皱纹[34]。CaHA上市时间虽短，但已成为第二大受欢迎的软组织填充剂，与胶原蛋白和HA相比，CaHA的患者满意度更高，效果更持久[35]。不过其使用仅限于嘴唇的泪沟区域和下眼眶边缘，还应避免在炎症部位注射[17]。常见不良反应是肿胀、 发红和结节，肉芽肿较少见 [36] ，结节大多发生在嘴 唇及鼻部周围 [34]。

 

1.1.6  聚己内酯

 

聚己内酯（Polycaprolactone，PCL）主要成分  是70%CMC（凝胶载体）和30%PCL。PCL具有生物相容性，且可生物降解，还能刺激自身胶原蛋白再生，使皮肤达到自然紧实的效果[37]。2009年一种胶原蛋白刺激器Ellansé获得欧盟（CE）标志[38]。Sezer等[39] 研究证明，将利多卡因加入填充剂中可 加速刺激新胶原产生。PCL具有较高的结晶度和疏水性，因此相比其他填充剂，生物降解率较慢，据报道Ellanse™（SinclairPharma，UK）持续时间从9个月到4年，FillerX™ （韩国加纳研发公司）通过在交联HA基填料中添加PCL微球，持续时间可达4年[40]。聚己内酯不良反应发生率低，大多数为轻微症状。Lin等[41] 研究表明，2015年至2018年3年间未发现肉芽肿、血管内注射病例。

 

1.1.7  脱细胞基质

 

脱细胞基质（Acellular dermalmatrices，ADMs)材料是在细胞外基质成分与结构的基础上，通过脱细胞工艺去除细胞而保留其生物活性成分的基质材料，主要来源有人、牛和猪[42]。可诱导并促进成纤维细胞的迁移和释放诱导剂，实现胶原蛋白与组织的结构重塑[43-44]。可用于烧伤治疗、隆鼻、唇腭裂、眼周缺陷等面部整形及美容[45]。研究表明，其注射后效果持续12~48个月，甚至可能更长[46-47]。与传统填充物不同的是，注射几个月后才能出现明显效果，且注射成本高，但副作用小。

 

1.2 不可生物降解类

 

永久性材料基本上是不可吸收的，在某些情况下即使有可能，通常也很难移除彻底。

 

1.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯

 

聚甲基丙烯酸甲酯（Poly-methlmethacrylate， PMMA）由20%不可吸收的PMMA和80%牛胶原蛋白组成，于2006年第一个被FDA批准作为永久填充剂，2014年12月获批用于治疗痤疮瘢痕[48]。临床研究表明，PMMA治疗萎缩、抑郁和面部皱纹是有效、持久、安全且令患者和医生满意的[49]。临床上，患者需二次或以上治疗才能得到较满意的效果，且由于注射后PMMA的可延展性长达3d，在此期间，面部运动或按摩可能会导致产品移位[48]。和其他填充剂相比，PMMA 的使用和普及度较低[50]。PMMA相关并发症的一般发生率为4.9%，肉芽肿为1.9%[51]。植入后多年，可能会发生迁移，因为颗粒被胶原纤维包围，通常难以被人体吸收，表现为硬化症或结节，需要手术干预 [52]。

 

1.2.2 聚丙烯酰胺凝胶

 

聚丙烯酰胺凝胶（Polyacrylamidehydrogel， PAAG）是聚丙烯酰胺和注射用水按照一定配比形成的胶状聚合物，稳定、无毒、无过敏性以及无黏性。2001年获得欧盟认证，品牌名称为Aquamid，也在许多其他国家/地区可用，虽然Aquamid已经在美国进行了安全性和有效性试验，但尚未获得FDA 的批准，目前仅可用于治疗HIV相关的面部脂肪萎缩[53]。但有研究表明，使用这种永久性填充剂后会发生许多不良事件，如疼痛和血肿等短暂性、非显著性症状，或者由于手术操作、感染、组织反应引起的凝胶积聚、肉芽肿、炎症等[54]。2006年因大量不良反应报告，我国停止了PAAG的使用[55]。

 

1.2.3 聚四氟乙烯

 

聚四氟乙烯（ePTFE）是一种惰性的膨体聚合物，具有稳定的物理和化学性质，硬度不仅能满足局部组织结构的支撑要求，而且具有一定的韧性，从而获得自然而真实的感觉，良好的生物相容性，临床应用效果好[56]。1982年首次用于重建软组织缺陷，通常用于面部的下 1/3，如嘴唇填充、鼻腔增大、鼻唇沟和下颌填充[57]。临床随访观察显示，无慢性炎症、吸收、萎缩等长期并发症，且相比其他填充剂，植入物易取出，但有报告指出其不适用于唇部手术，因为唇部周围肌肉运动过强，易导致植入物被破坏[58]。许多文献报道了ePTFE在整形外科中的应用[59]。

 

二、化学性能

 

2.1 材料化学组成分析

 

化学组成是生物学评价的第一步，与生物相 容性有很大关系，可用于确定与上市成品的等同性，也可为毒理分析提供参考。可通过翻阅制 造商提供的数据或查阅参考文献获得，对于其 中的添加剂，要采取合适的浸提条件来进行分析，如果无法从供应商处获得资料，可根据材 料类别、临床预期接触部位及时间选用适当的方法进行分析。

 

2.2 材料溶出物

 

材料中一些成分随着使用时间的推移，可能会迁移出来，引起局部或全身的生物学反应，引发安全问题。这些从医疗器械中释放出的化学物质称为可沥滤物。检测溶出物时，首先要明确材料的成分和工艺，其次再确立合适的浸提条件。

 

2.3 降解

 

生物材料在体内经过各种力的综合作用下，磨损变形，可能发生降解。高分子材料的降解主要分为生物降解、化学降解和物理化学降解。聚合物材料降解试验可以GB/T16886.13 和GB/T16886.1为原则，根据产品的特性设计降解试验。

 

2.4 材料化学物质的允许限量

 

材料的化学物质从来源上可分为原料、加工灭菌过程的物质残留和材料降解。这些物质中有些会给人体带来危险，可在已知其毒性的基础上，结合实际使用需求，对其进行限量。

 

2.5 分子量

 

高分子材料的许多性能不仅受到平均分子量的影响，也随分子量分布的宽度和形状而改变。分子量分布可以由三种不同的分子量来表征：数均分子量，重均分子量和 z 均分子量。大部分热  力学性质依赖于数均分子量。与大形变有关的性质，如熔体和溶液的黏度，主要由重均分子量决定。 黏弹性如熔体弹性，依赖于 z 均分子量。

 

2.6 红外鉴别

 

生物材料主要成分均具备其特征性红外图谱。 通常采用压片法、糊法、膜法、溶液法和气体吸  收法等进行测定。

 

2.7 渗透压

 

可注射材料必须关注其渗透压，维持组织内 溶剂扩散或生物膜的转运。直接取样，采用《中 华人民共和国药典（四部）》（2020 版） 中所规定的冰点法进行测定。

 

2.8  pH 值

 

pH 值的测定按照《中华人民共和国药典（四 部）》（2020 版）所规定的 pH 计进行测量。

 

2.9 蛋白质

 

材料中含有少量蛋白质并不会影响整体质量， 但若含有较多蛋白质（ 1%），则会引起过敏反应。测量方法有考马斯亮蓝法和福林酚法。其中，福林酚法更适合于以蛋白质为主要成分的材料，而 考马斯亮蓝法适用于蛋白质含量较少的材料 [60]。

 

2.10 重金属含量

 

重金属在体内蓄积，易头晕恶心，甚至引起  神经系统紊乱，重则致癌。铅是重金属中毒性较  大，且在生产中最易接触的，故以铅含量作为限  定。按照《中华人民共和国药典（四部）》（2020 版）0821 重金属检查法中第二法测定。

 

 2.11 细菌内毒素含量

 

按照《中华人民共和国药典（四部）》（2020 版） 1143 细菌内毒素检查法规定的方法进行检验。

 

2.12 炽灼残渣

 

按照《中华人民共和国药典（四部）》（2020 版）0841 炽灼残渣检查法规定的方法进行检验。

 

三、物理性能

 

3.1 剪切黏度

 

剪切强度是指粘接件被破坏时，单位粘接面  所能承受的剪切力，其单位用兆帕 ·秒（MPa ·s） 表示。测试条件影响最大的是环境温度和试验速度，温度升高强度下降，试验速度减慢强度降低， 这说明温度和速度具有等效关系，即提高测试温度相当于降低加载速度。

 

3.2 乌式黏度

 

乌式黏度计用来测定高分子聚合物极稀溶液 的特性黏数。按照《中华人民共和国药典（四部）》 （2020 版）0633 第二法“乌式毛细管黏度计测定法“来测定。

 

3.3 外观

 

将材料垂直于照度为 2/500 lx 下任意旋转，从水平方向观察，应符合规定。可参考《中华人民 共和国药典（四部）》（2020 版）0904 可见异物检 查法第一法（灯检法）进行。

 

3.4 粒径分布

 

颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物性  特性表征量。测量方法有直接观察法、筛分法、沉降法、激光粒度分析法等。目前大多采用激光  粒径分布法， 按照《中华人民共和国药典（四部）》 （2020 版）0982 粒度与粒度分布法中第三法（光散射法）湿法测定。

 

3.5 溶胀度

 

溶胀度是凝胶溶胀时重量的变化，是体现凝胶亲水性能的重要物理参数，可以反映凝胶的交联程度。同样条件下，凝胶的交联度越大，溶胀度越小。

 

3.6 推挤力

 

推挤力是了解可注射材料实际使用时的状况， 作为产品品质的评估指标之一。推挤力的高低落差大，表明样品有分散不均或聚集浓缩现象，这样也会影响注射时的适手性。记录推挤力曲线平台区的最大值、最小值和平均值。

 

3.7 弹性

 

弹性是指当一种材料在受到伸展或压缩后恢 复到起始状态的趋势。弹性的表征可以使用测定凝胶的刚性，而刚性是由动力黏度和特性黏度决定的，即，刚性 = 动力黏度 2+ 特性黏度 2。

 

3.8 流变性

 

流变学即研究流动相关性质。凝胶注入人体 后，会受到横向剪切应力（扭转力）或者垂直方 向压缩（拉伸力）的协同作用，与这些作用力相 拮抗从而维持凝胶物理稳定性的则是流变学特性，主要包括黏弹性和内聚性两种。黏弹性过大，则表现为 HA硬度大，手感不自然，组织整合性差 ；黏弹性过小，则稳定性差，易移位。凝胶注入人 体后，受到垂直方向的压缩力或拉伸力时，内聚性则体现出延展和塑形性能。内聚性高，面对压 力时的抗折叠和塌陷能力则越强。内聚性小则与之相反 [61]。

 

四、生物相容性评价

 

4.1 总则

 

生物材料在直接接触人体之前，都要确保其 生物学稳定，不释放出任何对人体有不良作用的物质。其目的是预测生物材料与人体接触的潜在 危害性，依据现有的科学技术能力和水平，尽可能多地提供在人体应用时的安全性信息，将不安 全风险减少到最低程度，可参考 GB/T16886.1。

 

4.2 细胞毒性试验

 

细胞毒性试验是运用体外细胞培养技术，检测生物材料对于细胞正常功能的影响，如生长抑制、变异、溶解或死亡等。一般是生物学评价的首选和必选项目。细胞毒性评价指标按照不同生物学终点分类，可分为细胞形态学、细胞膜效应、细胞生长能力、细胞代谢特性、细胞周期与细胞凋亡等。

 

4.3 刺激试验

 

生物材料接触人体时释放的物质可能会引起 血管、黏膜或眼刺激，这种是局部组织反应，产生发红和肿胀等症状，并偶尔伴有发热和疼痛。刺激试验具有较高的敏感性。首先对材料进行体外刺激试验，其次再根据情况进行体内刺激试验。 皮内、皮肤和眼部刺激试验是三大主要体内刺激 试验，用于评估材料可能的接触危害。

 

4.4 致敏试验

 

致敏试验是通过动物试验来评价生物材料引  发过敏反应的潜能，检测免疫介导的对某种物质的皮肤反应。皮肤致敏试验包括体内动物试验和体外替代试验，其中，体内动物试验较成熟，灵敏度高，是生物学试验中必须评价的项目之一，方法有豚鼠最大剂量试验（GPMT）、豚鼠封闭贴敷试验（Buehler 试验）和小鼠淋巴结试验（LLNA） 三种试验方法。

 

4.5 全身毒性试验

 

全身毒性试验是将材料或其浸提液在一定时 期内作用于动物体内，以评价是否存在因毒性物 质被机体吸收后可能产生的潜在的全身性损害作用。全身毒性试验包括急性全身毒性试验和重复 接触全身毒性试验，后者又可分为亚急性、亚慢 性和慢性全身毒性试验。与人体持久接触的材料 都有必要进行亚慢性或亚急性毒性试验，试验中 最好采取具有临床相关性的接触途径。

 

4.6 植入试验

 

植入试验指当生物材料植入动物皮下、肌肉 或骨组织内，经过一定时间，对植入后试样周围 组织进行病理学观察及评定，从而评价材料的组 织相容性。材料周围组织的异物反应程度和纤维 囊的厚度，被认为是植入材料组织相容性的重要 指标。软组织植入试验包括皮下植入试验和肌肉 植入试验。

 

4.7 遗传毒性

 

遗传试验指采用动物或细胞等测定生物材料 是否与遗传物质发生相互作用。根据试验方法的 不同，可分为体内和体外试验，目前大多采用体 外系列试验 ；根据遗传学终点的不同，可分为基 因突变、染色体损伤和 DNA 断裂。目前尚无单一 方法覆盖多个遗传学终点，因此多采用多个试验相结合来综合评价。

 

4.8 血液相容性试验

 

血液相容性是指医疗器械或材料与血液接触 不产生任何临床上的有害反应，如血栓形成溶血、血小板 / 白细胞 / 补体激活等，主要检测内容一般包括与血浆蛋白的相互作用和与血细胞的 相互作用。

 

4.9 免疫毒性和免疫原性评价试验

 

生物材料免疫毒性是指材料对免疫系统的结 构或功能的任何不良作用，主要包括慢性炎症反应、免疫抑制、免疫刺激、超敏反应和自身免疫。 免疫原性是材料本身具有的性质，有免疫原性不一定导致免疫毒性，但可以影响材料的全身毒性、 毒代动力学等方面的评价。目前主要通过啮齿类动物体内试验来研究和评价材料。

 

4.10 生物降解

 

生物降解反应的评价是对有潜在可吸收和 / 或降解特性的生物材料及其降解产物，或者具有释放潜在毒性化合物的材料，评价其降解产物的毒代动力学及其对生物体的影响。评价首先是通过体外模拟对材料的降解行为进行研究，之后再根据结果考虑是否进行体内降解和毒代动力学研究。

 

五、存在问题

 

我国于2000年发布并实施《医疗器械监督管理条例》，自此开始对医疗器械的监管体系。同年12月，批准上市了我国第一个软组织填充物聚丙烯酰胺水凝胶（奥美定）[55]。相比美国和欧洲来说，我国面部注射材料发展时间短、产品少、结构不合理，且不可吸收材料在我国上市早，对此的风险认知不足[62]。2006年，因不良反应问题，奥美定退市。面部注射的不良反应一直存在，如皮肤变色、水肿、结节、炎症和血管并发症[63]，面部血管丰富，特别是眼周处，最严重的不良反应是致盲，也有发生眼动脉及脑动脉阻塞的情况[64-66]。有研究表明，炎性结节可能是由于细菌生物膜感 染导致[67]。对于永久性填料还要考虑随着时间推移以及面部肌肉变化，导致填充物局部迁移的风险。

 

如何减少并发症的发生率以及术后的处理是 目前的关注点之一。医疗美容类产品的有效性与安全性不同于其他医疗器械，不仅在于材料本身以及成品的理化性能和生物学评价，更重要的是取决于术后效果的满意度，甚至对于临床试验为境外人群的评价，还需考虑到人种差异 [68]。

 

想要预防并发症，更考验临床医生对于产品 的熟悉程度和注射技术。所报道的不良反应中很大部分来自于不规范机构的非专业医师操作，不仅术中存在很大风险，对于术后并发症的处理也大大增加了难度。对于预防，首先要掌握的就是面部解剖结构，尤其是面部血管的分布与走向以及皮肤层次[69]。其次可采用小剂量缓慢注射、使用钝头针、注射前回抽试验、使用血管收缩剂以及压迫眦部血管等方法[70-71]。李芯等[72]的研究表明，使用彩超辅助外加压迫眦部血管可取得较好效果。使用高频超声、MRI或PETCT等有利于术后观察及远期随访[73-75]。

 

目前，我国对于面部注射填充物的管理还需 加强。对于填充物的有效性，其实是一个综合概念，主要决定于就医者的心理受益，然而这种评判标准主观性与不确定性较多，无法作为一种通用标准，因此所采取的大多是能客观量化的指标，如皱纹严重分级程度，而将满意度作为次要指标 [68]。

 

完善评价体系还有很长的路要走，组织工程、3D打印技术的发展以及研究的不断创新，或许在不久的将来能找到答案。

 

六、总结

 

医疗美容行业的特殊性在于其受试者是正常 人而非传统医药行业的患者，目的在于面部的改善而非疾病治疗，这就导致产品的有效性评价较 主观而非客观。相比国外，我国对于医疗器械的管理时间较短，目前主要是对产品的理化性能及 安全性进行评价。临床上由于个体差异性以及评价标准过于主观，且最终效果及不良反应发生率与医师的水平也有极大的关系，故对于面部注射填充产品，非临床与临床评价有必要相互衔接， 才能更大程度保证受试者的满意度。