CN101601595B - 一种血管封堵装置及栓塞胶体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种医用外科动脉穿刺点封堵装置及封堵材料的制备方法，所述装置由可控推送杆、输送鞘、定位螺母以及封堵血管穿刺点的钉形栓塞胶体组成。本发明所涉及的装置部分具有微调可控，方便手术实际操作，有效缩短术后穿刺点封堵止血的优点。本发明所涉及的钉形栓塞胶体具有安全无毒，生物相容性优越，可体内降解，且构造可有效提高封堵效果等特点。本发明在动物模型中显著提高了创口封堵、止血的速度，作为一种理想的动脉穿刺点封堵装置具有广阔的应用前景。
Description
一.技术领域：
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种血管封堵装置及栓塞胶体的制备方法。
二.背景技术：
经导管介入疗法在目前乃至将来都是治疗心血管等疾病的重要治疗手段，经股动脉、桡动脉等穿刺技术已经被广泛应用于支架植入、肿瘤栓塞、冠动脉造影等。但是术后拔管时由于动脉血压力高，血液容易喷溅，过去通常需要进行人工压迫止血，首先以手指压迫穿刺部位10-15分钟暂时止血，然后采用沙袋于穿刺部位按压6-8小时。此方法按压时间长，且无法实现自动减压，容易引发下肢深静脉血栓病症，并且给患者带来极大的不便和痛苦。
目前很多相关研究侧重于压迫止血工具的研究，如可以调节压力的止血按压器、止血带等。但是此类压迫止血工具仍然需要病患在手术后卧床，舒适度也差，并不能从根源上解决病患的痛苦。还有两类比较新的研究，一类是采用机械式伞锁结构对穿刺点进行封堵，另一类是将可膨胀的植入物植入血管外壁的组织，从而对穿刺点形成外部压力来止血的。虽然这两种止血器的止血效果不错，也可以在很大程度上减轻病患术后卧床的不便和痛苦，但是操作方法比较繁琐，往往要求操作医生定位十分准确，因此一定程度上增加了手术的难度和风险。
在材料的选择上，过去有一些研究使用聚氨酯和聚丙烯作为可膨胀的材料对穿刺点进行压迫封堵。虽然这些人造高分子材料具有很优异的力学性能，如弹性、强度等，但是这些高分子材料的生物相容性，特别是体内降解性能并不理想。而生物大分子在生物相容性和降解性能方面有着无法比拟的优势。明胶就是一类应用十分广泛的生物高分子，已经被FDA批准用于药剂、食品等多个领域，例如已经被医界广泛使用的明胶海绵就是一个典型的代表，其安全性是有目共睹的。另一种本专利中采用的高分子是聚乙烯醇。聚乙烯醇也已经被FDA批准用于多种药物和医疗产品中。经有研究证明聚乙烯醇在人体生理环境下可以被酶等降解，不会给生物体造成危害。而且聚乙烯醇具有一定的力学性能，在本发明中与明胶共混成胶提高了明胶凝胶的力学性能。
三.发明内容：
本发明需要解决的问题是给介入疗法提供一种操作方便、封堵效果优异、封堵材料安全且可体内降解的新型穿刺点封堵装置。
本发明采用的技术方案是：一种血管穿刺点封堵装置，具有可控推动杆、输送鞘、定位螺母以及封堵血管穿刺点的钉形栓塞胶体。可控推动杆可以与输送鞘紧密贴合，且在其顶端有可以精密调节的螺母结构。输送鞘可以与穿刺套管内壁紧密贴合，在其顶端有防滑的持握杆，持握杆内部有螺纹结构，与可控推动杆的螺母结构配套。位于持握杆的下端有一定位螺母可以上下移动，以精确调节封堵装置在穿刺套管内的长度。穿刺点钉形栓塞胶体采用安全可靠并可生物降解的生物相容性材料——明胶(gelatin)和聚乙烯醇(PVA)，交联成水凝胶并在模具中形成钉子型构造。钉形栓塞胶体放置在输送鞘内，并在插入穿刺套管后由可控推动杆推出。凝胶的放置方式如图2所示。
本发明涉及栓塞胶体的输送装置。
本发明涉及生物相容性钉形栓塞胶体的制备。
本发明涉及生物相容性钉形栓塞胶体的体外细胞相容性实验。
本发明涉及血管穿刺点封堵装置的体内封堵效果模拟实验和体内封堵效果实验。
本发明所述的生物相容性钉形栓塞胶体的制备过程如下。
1.将A型明胶(gelatin，type A)与琥珀酸酐在碱性条件下反应得到羧基化的明胶。纯化冻干，溶解为16％的明胶水溶液。
2.将聚乙烯醇溶解在双蒸水中制成10％水溶液。
3.将羧基化明胶溶液与聚乙烯醇溶液以1∶3，1∶2，1∶1，2∶1，3∶1共混，用戊二醛交联，选择最佳混合比。
4.将明胶、聚乙烯醇及戊二醛的混合溶液注入钉子型模具中成型。透析干燥后从输送鞘的头部置入输送鞘中。
本发明涉及的凝胶体外细胞相容性实验的方法为：将明胶、聚乙烯醇以及戊二醛的混合溶液注入PS 24孔板中，成胶后用1×PBS清洗数次。将HUVEC细胞培养在凝胶上，观察细胞在凝胶上的生长增殖情况。
本发明涉及的体内封堵效果模拟实验方法为：用接在潜水泵上的乳胶管模仿血管，插入穿刺套管，并同时在套管内插入已经调节好长度的封堵装置，通过可控推动杆将输送鞘中的钉形栓塞胶体缓慢推送进血管，待溶胀后，拔出穿刺套管和封堵装置，将凝胶留在穿刺点上，观察水流有无喷溅。
本发明设计的体内封堵效果实验方法为：在兔子的颈总动脉处进行穿刺，在穿刺套管内插入调节好长度的封堵装置，通过可控推动杆将输送鞘中的钉形栓塞胶体缓慢推送进血管，等待数分钟后，拔出穿刺套管和封堵装置，将凝胶留在穿刺点处。观察兔子的存活率，并分别于1个月、2个月、3个月时将兔子处死，取穿刺点处的颈总动脉做病理切片，观察穿刺点愈合情况。
本发明的优点在于：封堵装置的结构简单，操作方便快捷，大大减轻了病患的痛苦。作为封堵材料的水凝胶生物相容性良好，在人体环境下数月即可完全降解吸收。制备凝胶的材料明胶和聚乙烯醇都已经被FDA批准为可以使用在人体且材料，并且这些材料都十分容易取得，价格低廉，大大降低的本发明的成本。而且使用凝胶在血管穿刺点上形成的铆钉结构进行封堵提高了封堵的效果，降低了对操作的过高要求，避免了过去很多穿刺点封堵装置对操作要求精确定位的问题。
四.附图说明：
1.图1：穿刺点封堵装置的整体结构示意图。1-输送鞘，2-推送杆，3-定位螺母，4-防滑持握杆，5-推送杆螺纹结构。
2.图2：穿刺点封堵装置的细节结构示意图。6-防滑持握杆内部螺纹结构，
7-推送杆主杆部分，8-钉形栓塞胶体。
3.图3：钉形栓塞胶体的实物图。
4.图4：穿刺点封堵装置体内动物实验的圈套装置图。1为可控推动杆；2为钉形栓塞胶体；3为输送鞘；4为穿刺针；5为动脉鞘止血阀；6为推送杆和输送鞘的链接方式，其中A为推送杆上的凹点，B为输送鞘上的凸点。
5.图5：穿刺点封堵装置体内封堵效果模拟实验的结果图。A、B、C为俯视图；D为取下的膜上凝胶封堵的效果图。
6.图6：钉形栓塞胶体材料表面细胞形态照片。Control为聚苯乙烯培养板：
样品A为羧基化明胶和聚乙烯醇3∶1的复合物膜；样品B为羧基化明胶和聚乙烯醇1∶1的复合物膜。
7.图7：钉形栓塞胶体材料表面细胞增殖结果。Control为聚苯乙烯培养板；样品A、样品B、样品C、样品D分别为羧基化明胶和聚乙烯醇3∶1、2∶1、1∶1、1∶2的复合物膜。
8.图8：穿刺点封堵装置体外动物实验中穿刺点处血管病理切片图。A为平滑肌细胞；B为钉形栓塞胶体；C为巨噬细胞。
五.具体实施方式：
1.羧基化明胶的制备：
取一个1000mL的锥形瓶，将5g A型明胶(gelatin，type A)加入500mL双蒸水中，50℃加热磁力搅拌。待明胶完全溶解后冷却至室温。用10MNaOH溶液调节明胶水溶液pH至12，用常温搅拌30min。准确称量琥珀酸酐0.33g，分批缓慢加入明胶溶液中，边加边调节pH使之保持在12。继续常温反应24h。期间每隔3h检测pH值，若pH值降低到12一下，即用10M的NaOH溶液调节使之恢复强碱条件。反应完成后用干净的透析袋(MW＝7000～14000)清水透析2天，每天换水4次。冻干。
2.钉形栓塞胶体的制备：
取16g纯化好的羧基化明胶，缓慢分批加入100mL双蒸水中，边加边常温磁力搅拌，完全溶解后制备成16％的溶液。将10g聚乙烯醇溶解在100mL双蒸水中，沸水浴加热搅拌溶解，制备成10％的水溶液。将明胶溶液和聚乙烯醇溶液3∶1(v/v)充分混合，加入25％戊二醛溶液30μL/mL混合溶液，搅拌均匀，注入钉子型模具中，于60℃恒温烘箱中充分交联1h，取出，双蒸水透析2天，每天换水4次，常温干燥过夜。如图3所示，左边的为干燥后的钉形栓塞胶体，右边的为在水中溶胀后的栓塞胶体。溶胀前后的钉形栓塞胶体的体积有2～3倍的体积变化，这样的体积增长可以有效地封堵穿刺点，又不会对动脉血管造成堵塞的危险。并且钉形结构可以在钉子头部溶胀后就进行拔管操作，大大缩短了止血操作的时间，减轻病患的痛苦。
3.钉形栓塞胶体的细胞相容性实验：
将16％明胶水溶液和10％聚乙烯醇水溶液以体积比1∶2，1∶1，2∶1，3∶1混合均匀，加入25％戊二醛溶液30μl/mL混合溶液，用移液枪吹打均匀，注入24孔板(聚苯乙烯)中，每孔200μl，在60℃恒温烘箱中充分交联1h，得到薄而透明的凝胶膜。另外分别取16％的明胶水溶液(每毫升与30μl 25％戊二醛溶液混合均匀)和10％的聚乙烯醇溶液，在24孔板中成膜，作为对照组。将24孔板取出室温下用1mL 1×PBS浸泡30min后吸出，反复数次。8W紫外照射灭菌30min。将HUVEC细胞用0.25％的胰酶从细胞培养瓶中消化下来，1000r/min离心5min。然后用1640培养液(含10％小牛血清)10mL充分吹散悬浮，制成1×105cell/mL的悬液。在铺有凝胶膜的孔中每孔加入500μL此细胞悬液。于37℃5％CO2培养箱中培养，分别于24h、48h、72h观察细胞生长增殖情况，拍照。如图6所示，当羧基化明胶溶液与聚乙烯醇溶液以3∶1的体积比混合后(样品A)，细胞在其表面贴壁生长的情况与空白对照没有太明显的区别。当羧基化明胶溶液与聚乙烯醇溶液混合的比例改为1∶1(样品B)时，随着培养时间的增加，72h时在贴壁的细胞当中已经出现了明显的细胞团聚情况。而聚乙烯醇上细胞无法分散贴壁生长，一直都是团聚生长，状态欠佳。本发明所用的钉形栓塞胶体采用了样品A中的高明胶配方，具有很好的细胞相容性，有利于内皮细胞的贴附生长，有利于穿刺点创口的愈合。
用相同的方法和混合比例在96孔板中成膜，每孔加入混合凝胶30μl。每个比例成4块膜，用于4个时间点的测量。将HUVEC细胞用0.25％的胰酶从细胞培养瓶中消化下来，1000r/min离心5min。然后用1640培养液(含10％小牛血清)10mL充分吹散悬浮，制成1×105cell/mL的悬液。在铺有凝胶膜的孔中每孔加入100μL此细胞悬液。于37℃5％CO2培养箱中培养，并分别于12h、24h、48h、72h分别向各个比例的孔中加入25μl 5×MTT溶液，37℃孵育4h，吸出上清，每孔加入100μl DMSO混匀，静置30min，于酶标仪上测量光吸收。如图7所示，从样品A到样品D，羧基化明胶的含量越来越低(3∶1～1∶2)，而细胞增殖的速率也越来越低。样品A的细胞增殖基本与空白培养板上的无异。因为明胶的细胞相容性很好，也有助于细胞贴壁，而聚乙烯醇表面则不利于细胞的贴壁增殖，因此本发明所使用的钉形栓塞胶体采用了高明胶含量的配方(3∶1)，在这个比例上细胞的增殖良好，有助于内皮在较短的时间内愈合创口，起到更好的治疗效果。
4.本穿刺点封堵装置的体内封堵效果模拟实验：
将2中所制备的钉子型凝胶大头向外从输送鞘的顶端塞入，同时从尾部插入可控推动杆，移动定位螺母调节好插入穿刺套管的长度。
在潜水泵两端接两段直径8mm的乳胶管，两段乳胶管中间接一段直径8mm的有机玻璃管，有机玻璃管上开一个5mm×5mm的口，在口上用乳胶膜封上。调节潜水泵得到合适的水流速度，将穿刺套管从乳胶膜上穿入。然后在套管内插入本封堵装置，旋转可控推动杆上的螺母，逐渐将钉形栓塞胶体推入血管中，推入的长度为1mm左右。静置数分钟后凝胶溶胀，缓慢将套管和本封堵装置同时抽离血管，抽离的同时旋动可控推动杆的螺母将输送鞘中的凝胶完全送出。钉形栓塞胶体一部分在有机玻璃管中，一部分在有机玻璃管外。往管外的凝胶上喷水使之溶胀，于是在穿刺点处形成一个铆钉状的凝胶。水流无外溢喷溅的情况。如图5所示，铆钉状的凝胶溶胀后完全封堵了穿刺点创口。
5.本穿刺点封堵装置的体内封堵效果实验：
静脉复合麻醉生效后，实验兔仰卧位固定四肢及颈部，备皮。颈部前正中矢状切口约3cm，钝性分离显露一侧颈总动脉2cm左右，颈总动脉直径2-2.4mm；双目6倍光学手术显微镜下，以血管穿刺针Seldings法向心穿刺兔颈总动脉，留置动脉鞘后，经动脉鞘止血阀，送入组装好的封堵装置，使输送管头端与动脉鞘头端平齐，操作推送杆(B嵌A)，使栓塞体前移0.5mm暴露在血液中，停顿2-3分钟后，后撤动脉鞘，后撤有阻力时停顿1-2分钟，继续后撤动脉鞘至血管壁外，有血液从栓塞体周渗出，停顿十余秒，可见位于血管外壁与封堵装置头端的栓塞体膨胀体积增大，渗血停止，继续后撤动脉鞘至脱离栓塞体，可见外露栓塞体长约0.5mm，体积增大2-3倍。同法操作对侧颈总动脉后，连续缝合颈正中切口，归笼饲养。
栓塞体封堵颈总动脉后一小时，离断取出实验段动脉，沿穿刺点对侧缘纵向剖开动脉管壁，见栓塞体血管内部分血栓覆盖，占据穿刺点处管腔截面积约40％。栓塞体封堵颈总动脉后一个月，离断取出实验段动脉，沿穿刺点对侧缘纵向剖开动脉管壁，见栓塞体血管内部分内膜光滑覆盖，占据穿刺点处管腔截面积约10％～15％；40％甲醛水溶液固定，石蜡包埋，超薄切片，H-E染色。如图8所示，高倍镜下可见穿刺点处内皮细胞层完整，栓塞体内大量巨嗜细胞聚集，呈空泡状。
Claims (1)
1.一种血管穿刺点封堵装置，其特征是由可控推动杆、输送鞘、定位螺母以及封堵血管穿刺点的钉形栓塞胶体组成，可控推动杆与输送鞘紧密贴合，且在其顶端有精密调节的螺母结构，输送鞘与穿刺套管内壁紧密贴合，在其顶端有防滑的持握杆，持握杆内部有螺纹结构，与可控推动杆的螺母结构配套，位于持握杆的下端有一定位螺母上下移动，以精确调节封堵装置在穿刺套管内的长度，穿刺点钉形栓塞胶体采用安全可靠并能生物降解的生物相容性材料——明胶和聚乙烯醇，交联成水凝胶并在模具中形成可控推动杆推出。
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