医疗器械领域好帮手：聚乙二醇的应用实例
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聚乙二醇是已知的生物相容性最好的合成高分子材料，无色、无味、低毒、低免疫原性，具有良好的水溶性及生物相容性。具有精确分子量、高纯度及低分散性的医用药用聚乙二醇材料是FDA批准的可用于人体注射的合成聚合物。除广泛应用于药物的长效与增效外，聚乙二醇材料制成的水凝胶在医疗器械领域也得到了广泛应用，其适用场景包括各种外科手术中创口的粘合、止血、防渗漏和防粘连等，还可以作为植入性医疗器械的原材料，替代现有的植物源、动物源或人源材料。
水凝胶是一种在水中充分溶胀而不溶解的亲水性高分子交联网络体系，具有柔软、含水量高、富有弹性、高生物相容性的特点。作为一种新型的软湿材料，水凝胶近年来在生物传感、药物传递、组织工程学、软体机器人等方面的应用引起了广泛关注。聚乙二醇水凝胶具有整合生物物理和生物化学线索的潜力，可防止非特异性的蛋白质吸附，是可用于人体的优秀生物材料之一。基于使用目的的变化，这种水凝胶可展现出不同的功能，如防渗漏、创口封堵/止血、或防止脏器粘连等。此外，它也可以用作药物缓释系统，当包埋有药物的水凝胶被移植或注射到生物体后，水凝胶向体液中对药物进行控制释放，从而发挥疗效。聚乙二醇水凝胶具有良好的理化性质、低毒性和高生物相容性，在人体内可以逐渐降解，并完全排出至体外，可广泛应用于各类医疗场景中，前景广阔。
在国际市场，已有多款聚乙二醇修饰的医疗器械产品上市，例如：Covidien（美敦力旗下企业）的DuraSeal产品（已转让给英特格拉生命科学）、Cardinal Health的Mynx产品、Augmenix（波士顿科学旗下企业）的SpaceOAR产品和百特（Baxter）的CoSeal产品等。欧美市场上主要的聚乙二醇凝胶类医疗器械产品如下所示：
外科手术封闭及止血
外科手术封闭及止血是目前聚乙二醇凝胶类产品的主要应用之一，包括眼科、脑补、脊柱等多种手术场景。以聚乙二醇衍生物为主要成分的水凝胶喷射至伤口位置后，凝胶可以迅速固化，防止伤口出血感染，并在伤口愈合后自行降解。同时，此种水凝胶喷射至脏器表面，可有效防止手术中内脏器官的粘连。由于聚乙二醇衍生物拥有良好的生物相容性，此过程不会造成人体异常反应；而聚乙二醇衍生物也不会被人体吸收，均会经代谢排出人体。
以Baxter的已上市产品CoSeal为例，其凝胶部分由聚乙二醇和聚乙烯组成，在喷射到组织表面时，可与组织表面的蛋白迅速交联，并形成机械粘附，快速密封血管缝合处，应用于肺部手术时可减少肺漏气现象。
CoSeal产品图（资料来源：Baxter 官网）
Covidien（美敦力旗下企业）的DuraSeal产品，则主要用于辅助神经外科手术中硬脑膜缝合后的密封。DuraSeal由四臂聚乙二醇水溶液以及赖氨酸水溶液两种组分构成，两组分共混喷涂在创面后，溶液可在人体组织表面迅速交联成聚乙二醇水凝胶，达到硬脑膜缝合后的密封、防止脑脊液泄露的效果，之后在4~8周内被人体分解。作为美国第一款获批用于颅脑手术的硬脑膜密封剂，DuraSeal不仅具有出色的组织黏附性能，而且使用后脑脊液泄露发生率仅为传统纤维蛋白胶的 1/4。产品上市前研究结果表明，评估期间均未发生泄露，98.2%的患者达到了主要治疗终点，术后脑脊液泄露发生率仅为4.5%，充分显示出该产品的有效性。
DuraSeal产品图（资料来源：公司官网，光大证券）
Cardinal Health旗下的MYNX血管闭合装置系列产品，在设计时考虑到安全性和患者舒适性，使用聚乙二醇聚合物作为紧贴血管壁的密封材料，无需夹紧、缝合或使用金属植入物即可轻柔关闭创口，而密封材料在30天内动脉愈合后能完全降解。
放射治疗的组织隔离
放射治疗的组织隔离是聚乙二醇凝胶产品的前沿应用领域。用放射疗法治疗癌症患者时，通过在组织间注射聚乙二醇凝胶，可以实现不同组织间的隔离，从而有效减少达到其他健康组织的辐射剂量，在杀伤癌细胞的同时能避免放射线对周围健康组织的损害。波士顿科学旗下Augmenix, Inc.生产的SpaceOAR于2015年上市，是美国首个应用于前列腺癌放射治疗的组织隔离产品，凝胶以水针剂形式存在，注射后可迅速在前列腺和直肠间形成固体凝胶，将器官彼此推开约1.3厘米，产生的额外空间可降低前列腺放疗期间可能影响直肠的辐射剂量，进而降低了直肠损伤的风险。临床研究表明，SpaceOAR可将接受高剂量放射治疗的患者的直肠粘膜损伤由90%降低至13.6%。在为期三年的随访中，在放疗前接受SpaceOAR的患者出现辐射晚期毒性或直肠损伤的现象减少73.5%。
资料来源：Boston Scientific 官网
填充用医疗器械
聚乙二醇衍生物还可用于填充类医疗器械的开发。北京键凯科技股份有限公司自主研发的聚乙二醇交联透明质酸凝胶产品，采用聚乙二醇衍生物作为一种新型交联剂。现有市售透明质酸凝胶适用的交联剂均为BDDE（1,4-丁二醇缩水甘油醚），由于其潜在的致癌毒性，因此生产工艺过程需要将游离BDDE的含量控制在2ppm。而聚乙二醇衍生物是一种无毒安全的高分子材料，使用聚乙二醇衍生物做交联剂取代BDDE，可以降低产品潜在的毒性风险。同时，聚乙二醇衍生物与透明质酸交联形成大分子后具有更为立体的空间结构，可长期保持优良的支撑力，并展现出更强的粘附力，有效防止植入后的移位。
此外，聚乙二醇水凝胶还可用于制备可吸收的植入型药物缓释系统，也被用于开发治疗眼部疾病、抗菌和具有血管生成特性的自我修复配位水凝胶注射剂，糖尿病导致的皮肤伤口修复及3D细胞培养。
作为前沿技术，国内外聚乙二醇凝胶类的医疗器械研发投入持续增长。目前聚乙二醇水凝胶作为医疗器械在国外已得到相对广泛的应用，国内聚乙二醇凝胶类医疗器械的发展虽仍处于初级阶段，但在研的聚乙二醇凝胶类项目日益增多，预计未来在国内的应用前景也将相当广阔。杭州亚慧生物科技有限公司近日获批的一款聚乙二醇凝胶类外科手术封合剂，适用于肺实质切除术闭合后脏层胸膜漏气部位的辅助封合，并可在28天内完全吸收。该产品是国内首个用于封合肺实质漏气的粘合剂医疗器械。
键凯科技提供多种可用于医疗器械的多臂聚乙二醇衍生物及配套技术服务。目前公司支持3款在境外市场已上市的医疗器械产品，1款境外的商业化产品，并支持30余个境外创新药公司与生物技术公司在临床阶段或接近临床阶段的新药品种及10余个临床阶段的医疗器械类品种，涉及聚乙二醇化多肽、细胞因子、核酸药物、小分子药物等多个创新品种。
键凯科技秉承“以材料创新引领生物医药创新”的宗旨，以专注铸就专业，以专业成就未来。提供千余种高品质聚乙二醇衍生物产品与定制服务，全方位助力您的医疗器械研发与生产！
参考文献
1、 键凯科技招股说明书；
2、 光大证券研报以PEG为抓手，突破生物医药迭新的桎梏；
3、 申万宏源研究键凯科技深度报告：参与聚乙二醇衍生物全球化竞争的行业新秀
4、 首创证券深度报告键凯科技：PEG及衍生物应用场景爆发前夜，具备全球竞争力的医疗新材料参与者；
5、 及其他公开资料。
6、 键凯科技整理
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【关于药融圈】
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