CN101428155B - 复合型人工小血管支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工血管支架的生产方法，具体地说是一种复合型人工小血管支架。一种复合型人工小血管支架，其特征是：所述小血管支架包括三层，利用具有强度和弹性的医用级聚对二氧环己酮缝线编织成网管状织物作为中间弹力层，内层用共混硫酸软骨素-胶原涂层，外层包被基质纤维层，再用所述缝线加固，复合成形；制备出具有与正常血管相似的理化、生物力学性能并可与自身血管组织再生相匹配的可降解性小口径(4～5mm)血管支架。在血管支架内表面上种植种子细胞后即可体外成血管，为小口径组织工程血管在冠状动脉外科及其它领域的临床应用提供理论基础和实验依据。

Description

复合型人工小血管支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种人工血管支架的生产方法，具体地说是一种复合型人工小血管支架。

背景技术

冠状动脉旁路移植术是目前治疗冠心病行之有效的手段之一，移植血管常用材料有大隐静脉、乳内动脉以及桡动脉等。静脉来源相对丰富，但管壁薄、弹性差，存在内膜增生、易堵塞等缺点。从通畅率考虑，应尽可能多地用动脉材料，但自体动脉来源有限。目前临床上应用较广泛的两种人工血管涤纶(dacron)和膨体聚四氟乙烯(expanded polytet-rafluoroethylene，ePTFE)，由于弹性差、顺应性差以及易形成血栓(缺乏内膜)等缺点，作为血管移植物，尤其是小口径血管移植物(＜5mm)，尚不能令人满意。

组织工程学血管(tissue engineering blood vessel，TEBV)作为组织工程学领域的产物之一，其发展使心血管病的治疗充满希望，标志着组织工程学由单一组织再生向复合组织的预制迈出了重大的一步。它的核心是种子细胞、可供种子细胞进行生命活动的血管支架材料以及细胞与血管支架的相互作用，其主要研究内容是血管支架材料的制备、种子细胞的筛选和培养。近年来，高分子生物材料和生物工程技术的迅速发展为人类寻找并研制理想的组织工程化血管支架提供了新的途径。关于人工合成可降解高分子血管支架材料，国内外研究最多的是聚乙酸(polyglycolic acid，PGA)、聚氨酯、聚乳酸(polylactic acid，PLA)及其共聚物。现有的人造血管材料均有不尽人意之处，特别是用于替代直径＜5mm的小血管时，常常由于血栓形成和新生内膜增厚导致血管闭塞而使移植失败。目前面临着以下几个困难：(1)机械强度和弹性：目前植入体内的TEBV可承受一定的肺循环压力，但对于体循环压力的承受力仍需进一步提高。如PGA、PLA材料降解时间为6～8周，降解时间过快，导致组织工程血管松软、脆弱，机械支撑力较弱；(2)远期通畅率：目前大口径TEBV可保持一定的远期通畅率，但是小口径TEBV的远期通畅率仍不理想；(3)材料亲水性差致细胞吸附力较弱。如聚氨酯材料，其顺应性非常好，力学性能也很好，在组织工程血管的研究方面文献也较多。但这种材料降解率较差，细胞在其上粘附能力和增殖活性较差，目前很多实验的重点放在促进聚氨酯表面内皮化的研究上。理想的人造血管应能在愈合过程中随着支架的降解而重塑，形成一条与宿主动脉具有相同机械和生物性能的新血管。

发明内容

本发明的目的在于设计一种复合型人工小血管支架及其制备方法，在此支架上种植种子细胞可完成体外成血管，将此血管移植动物体内，通过降解和再生过程，最终自体血管组织再生代替移植血管，达到移植血管完全自体化的目的，得到与宿主动脉具有相似的机械和生物性能的新生小血管。

一种复合型人工小血管支架，其特征是：所述小血管支架包括三层，利用具有强度和弹性的医用级聚对二氧环己酮缝线编织成网管状织物作为中间弹力层，内层用共混硫酸软骨素-胶原涂层，外层包被基质纤维层，再用所述缝线加固，复合成形；制备出具有与正常血管相似的理化、生物力学性能并可与自身血管组织再生相匹配的可降解性小口径(4～5mm)血管支架。

一种复合型人工小血管支架的制备方法，其特征是：

①将购置的成品基质纤维层置于4℃的磷酸盐缓冲液中保存；

②聚对二氧环己酮(PDS)网状支架由锭子式小口径编织机编织，采用60～70度的编织工艺角，编织内径为4.0～4.5mm的规则结构的网管，长度为3-5cm，形成聚对二氧环己酮(PDS)网状支架；

③将基质纤维层包被于聚对二氧环己酮网状支架外表面，以8-0(指缝线的规格，8-0是一种极细的医用缝线)无创伤聚对二氧环己酮线沿纵轴连续缝闭，再以8-0无创伤聚对二氧环己酮缝线沿纵轴螺旋式连续缝合基质纤维层和聚对二氧环己酮层，每针必需带到基质纤维层下的聚对二氧环己酮层纤维，使两层成为一个整体；

④配制胶原蛋白和硫酸软骨素的共混溶液(Coll-CS溶液)，添加10％硫酸软骨素(CS)以获得抗凝性能，添加0.025％戊二醛交联以增加胶原的体内降解时间；在聚对二氧环己酮网状支架的内壁用共混硫酸软骨素-胶原溶液涂层，再真空冷冻干燥。

聚对二氧环己酮(PDS)机械强度高，保持强度时间长，降解吸收时间合适(24周左右)，具有良好的兼容性、降解率和力学特性，已广泛应用于临床缝线，毒性小，在血管组织工程中日益受到关注。为增加人工血管的强度，本设计模仿天然血管的三层结构，通过编织PDS纤维构建小口径血管支架，支架外层包被基质纤维层，内层用共混硫酸软骨素-胶原涂层。目前国内未见有应用PDS纤维构建小口径血管支架的报道。在前期实验已构建成功复合型人工小血管支架。检测样品平均直径为4.36mm，平均内径3.83mm，管壁厚460-590μm，检测样品断裂伸长率(42.88±3.16)％，湿润状态下爆破压为(43.52±8.37)kPa。结果显示通过控制网管纤维密度和管壁厚度可改变管壁的顺应性，可得到与天然动脉匹配的血管移植物。按照ISO10993-1998生物材料和制品的生物学评价标准和GB/T16886-1997医疗器械生物学评价标准和要求，课题组还对支架材料进行了体外力学测试、体外细胞毒性试验和体内植入试验，结果表明本发明制备的仿生型人工小血管支架组织反应轻，降解时间合适，具有良好的柔顺性和弹性，在体内可降解为无毒产物，力学性能满意，可以满足动物体内移植试验的需求，可用于人工小血管的构建。

本发明的优点：1、PDS纤维临床上作为可吸收缝线应用于患者，所以无毒安全，而且其机械强度高，理化性能优良，保持强度时间长，降解吸收时间合适，可编织性能良好，采用单丝纤维编织其单丝结构可保证材料机械性能，同时降低组织的异物反应，本课题前期实验曾将PDS编织网管作为冠状动脉移植静脉桥的外支架，其良好的强度作为支架能抑制血管内皮增生。SIS具有合适的力学特性，国内有学者直接用小肠黏膜下层管作为血管移植物，但其易塌陷，且低通畅率限制了进一步研究应用。用PDS编织网管作为人工血管的内支架，支撑SIS纤维层，能保证移植入体内后提供足够的力学支撑。2.本实验将PDS编织网管作为人工血管的内支架，支撑SIS纤维层，在两层之间用8-0PDS缝线连续缝合加固，最后在支架内壁用硫酸软骨素-胶原涂层，使三层结构成为一个整体，能增加支架的力学性能，并防止支架的SIS层和PDS层在血流冲击下脱开。同时采用本法构建血管支架，最后用共混胶原涂层，使管壁内表面光滑，避免加固缝线在血液中的暴露，这是小口径血管移植物发生栓塞的不可忽视的因素。3.戊二醛能够使胶原蛋白三股螺旋结构之间形成以戊二醛为中介的共价键的连接，同时胶原蛋白分子之间也可形成类似的共价键结合，戊二醛的这种增加胶原蛋白分子内和分子间的共价结合的作用，使得胶原蛋白的结构趋于稳定，增加了胶原蛋白的力学性能。同时化学交联时引入的硫酸软骨素不改变胶原在体内对组织生长的诱导作用，并可改善支架的抗凝性能。4.编织性血管支架具有良好的弹性、张力和顺应性，其生物力学性能具有不可比拟性，然而纤维易脱丝限制了其进一步应用。我们采用模仿天然血管的三层结构，网管内层复合共混壳聚糖-胶原，外层包被基质纤维层，有效解决了网管的脱丝问题。

本发明将仿生概念应用于人工小血管的构建，模仿天然血管的三层结构，利用具有良好的强度和弹性的医用级聚对二氧环己酮(polydioxanone，PDS)缝线编织成网管状织物作为中间弹力层，内层用共混硫酸软骨素-胶原涂层，外层包被基质纤维层(SIS)，缝线加固，复合成形。

附图说明

图1是人工小血管支架及断面。

图2是共混胶原-硫酸软骨素海绵电镜照片。

图3是人工小血管支架的结构示意图。

具体实施方式

图1是放大60倍后的人工小血管支架及断面。血管支架横截面电镜扫描可见3层结构，外层为基质纤维层(SIS)，中间层为聚对二氧环己酮编织网(PDS)，内层为胶原层(Coll)，加固缝线清晰可见。

图2是放大120倍后的共混胶原-硫酸软骨素海绵电镜照片。支架内表面用共混胶原涂层，冻干后在电镜下呈海绵状结构，孔洞为种子细胞的生长平台。

制备方法包括：①购买成品的基质纤维层(SIS)，置于4℃磷酸盐缓冲液中保存。购买的基质纤维层厚0.1mm，有良好的弹性和强度。

②聚对二氧环己酮(PDS)网状支架由东华大学生物医用纺织品研究中心锭子式小口径编织机编织，我们选择在32锭的编织机上，采用65度的编织工艺角编织内径4mm规则结构的网管，长度为3-5cm。PDS纤维临床上作为可吸收缝线应用于患者，所以无毒安全，而且其机械强度高，理化性能优良，保持强度时间长，降解吸收时间合适，可编织性能良好。同类材料聚氨酯降解率较差，细胞在其上粘附能力和增殖活性较差；聚乙酸和聚乳酸降解时间过快，导致组织工程血管松软、脆弱，机械支撑力较弱。用PDS编织网管作为人工血管的内支架，支撑SIS纤维层，能保证移植入体内后提供足够的力学支撑。

③将基质纤维层包被于聚对二氧环己酮网状支架外表面，以8-0无创伤PDS线沿纵轴连续缝闭，再以8-0无创伤PDS缝线沿纵轴螺旋式连续缝合基质纤维层和聚对二氧环己酮层，每针必需带到基质纤维层下的聚对二氧环己酮网状支架纤维，使两层成为一个整体，能增加支架的力学性能，并防止支架的SIS层和PDS层在血流冲击下脱开，并有效解决了网管的脱丝问题。

④配制胶原蛋白(Coll)和硫酸软骨素(CS)的共混溶液(Coll-CS溶液)，添加10％硫酸软骨素(CS)以获得抗凝性能，添加0.025％戊二醛交联以增加胶原的体内降解时间。支架内层用共混硫酸软骨素-胶原溶液涂层，真空冷冻干燥。用上述工艺处理的共混胶原降解时间超过50天，为种子细胞生长提供平台的时间足够长，并获得了抗凝性能。用共混胶原涂层，还可使管壁内表面光滑，避免加固缝线在血液中的暴露，这是小口径血管移植物发生栓塞的不可忽视的因素。

本实验制备的三层管壁结构的人工小血管支架，平均直径为4.36mm，平均内径3.83mm，管壁厚460-590μm，扫描电镜可见三层结构，加固缝线清晰可见。

Claims (2)

1.一种复合型人工小血管支架，其特征是：所述小血管支架包括三层，利用具有强度和弹性的医用级聚对二氧环己酮缝线编织成网管状织物作为中间弹力层，内层用共混硫酸软骨素-胶原涂层，外层包被基质纤维层，再用所述缝线加固，复合成形。

2.一种复合型人工小血管支架的制备方法，其特征是：

①将购置的成品基质纤维层置于4℃的磷酸盐缓冲液中保存；

②聚对二氧环己酮网状支架由锭子式小口径编织机编织，采用60～70度的编织工艺角，编织内径为4.0～4.5mm的规则结构的网管，长度为3-5cm，形成聚对二氧环己酮网状支架；

③将基质纤维层包被于聚对二氧环己酮网状支架外表面，以8-0无创伤聚对二氧环己酮医用缝线沿纵轴连续缝闭，再以8-0无创伤聚对二氧环己酮医用缝线沿纵轴螺旋式连续缝合基质纤维层和聚对二氧环己酮层，每针必需带到基质纤维层下的聚对二氧环己酮层纤维，使两层成为一个整体；

④配制胶原蛋白和硫酸软骨素的共混溶液，添加10％硫酸软骨素以获得抗凝性能，添加0.025％戊二醛交联以增加胶原的体内降解时间；在聚对二氧环己酮网状支架的内壁用共混硫酸软骨素-胶原溶液涂层，再真空冷冻干燥。

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