CN102499800B

CN102499800B - 血管支架及其制备方法

Info

Publication number: CN102499800B
Application number: CN201110365897.4A
Authority: CN
Inventors: 赵荟菁; 吕强; 李明忠
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102499800A

Abstract

本发明公开了一种血管支架，所述血管支架包括：内层，所述内层由静电纺丝网制成，所述静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成；中层，所述中层由静电纺丝网制成，所述静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成，所述中层套设于所述内层的外部；外层，所述外层为丝素蛋白编织管，所述外层套设于所述中层的外部，所述内层、中层、外层之间缝合连接，使内层和中层以及中层和外层形成非连续的环状空间。该支架的生物相容性良好，其顺应性能够与宿主血管相匹配，可用于小口径血管的修复。

Description

血管支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种血管支架，属于生物医用材料领域。

背景技术

血管类疾病严重危害人类身体健康，全球每年都有数以万计的人由于血管老化、损伤、病变等多方面原因患有血管类疾病。血管缺损修复，特别是小口径血管(内径＜6毫米)的修复一直是临床的难点之一。

栓塞是小口径血管移植术后失败的主要原因。引起栓塞的原因是多方面的，而植入体内后人工血管和宿主血管的顺应性不匹配是导致小口径人工血管血栓形成和内膜增生的主要诱因之一。

顺应性(一般指径向顺应性，可由公式进行直观的表征，其中D₂和D₁分别表示所受压力为P₂和P₁时血管的直径)是指在脉动压力条件下，管壁随着压力变化不断扩张和收缩的能力。人工血管植入生物体内后通过缝合的方式与宿主血管连接在一起，起到疏导血流的作用。若人工血管的顺应性与宿主血管不匹配，则在承受血流的脉动压力时，人工血管与宿主血管的径向扩张量和收缩量是不同的。这种在扩张和收缩时的差异会导致二者在缝合处产生不同的血流压力波传播率，引起波的反射和涡流，进而导致血液凝结和细胞增殖；这种差异还会使二者在缝合处产生应力集中，承受过大应力的血管内皮细胞会释放一种促进平滑肌细胞增殖的酶，导致血管急剧变厚以及增生；同时，顺应性不匹配还会打乱蛋白质在血管里的均匀分布，使其在缝合处形成集中。以上这些由顺应性不匹配而产生的后果会直接导致血管移植的失败，威胁病人的生命安全。

由此可见，设计、制备顺应性与天然血管相近似的人工血管是解决目前小口径人工血管移植失败的关键之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种血管支架及其制备方法，以改善血管支架的顺应性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种血管支架，尤其是，所述血管支架包括：

内层，所述内层由静电纺丝网制成，所述静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成；

中层，所述中层由静电纺丝网制成，所述静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成，所述中层套设于所述内层的外部；

外层，所述外层为丝素蛋白编织管，所述外层套设于所述中层的外部，

所述内层、中层、外层之间缝合连接，使内层和中层以及中层和外层形成非连续的环状空间。

优选的，在上述血管支架中，所述内层、中层以及外层为同轴设置。

优选的，在上述血管支架中，所述内层的直径为1～6毫米，所述血管支架沿轴向的长度为2～20厘米，所述内层和中层的间隔距离为0.1～1毫米，所述中层和外层的间隔距离为0.1～0.5毫米。

优选的，在上述血管支架中，所述内层的内壁与所述外层的外壁之间的厚度为0.3～2毫米。

优选的，在上述血管支架中，所述内层的杨氏模量为1～5兆帕，所述中层的杨氏模量为5～10兆帕，所述外层的杨氏模量为10～30兆帕。

本发明的技术方案还可以这样实现：

一种血管支架的制备方法，尤其是，其包括以下步骤：

(一)将丝素蛋白与PLCL的共混物溶于六氟异丙醇中，制得静电纺丝液，采用静电纺工艺对所述静电纺丝液进行加工获取静电纺丝网，进而由所述静电纺丝网制得血管支架的内层及中层；

(二)将熟丝编织成管状材料，制得血管支架的外层；

(三)将步骤(一)和(二)中制备的内层、中层和外层按顺序套装在一起，并采用可降解真丝缝合线连接，使内层和中层以及中层和外层形成环状的空间。

优选的，在上述血管支架的制备方法，所述步骤(一)中所述丝素蛋白与PLCL的质量比为1∶9～9∶1

优选的，在上述血管支架的制备方法，所述步骤(一)中静电纺丝液的质量浓度为4～12％。

优选的，在上述血管支架的制备方法，所述步骤(一)中还包括将所述静电纺丝网在甲醇或乙醇水溶液中浸泡的过程，所述甲醇或乙醇的体积占比为70％～90％，浸泡时间为2个小时，浸泡完成后用去离子水进行冲洗，然后再进行干燥。

优选的，在上述血管支架的制备方法，所述步骤(一)中还包括将所述静电纺丝液收集成静电纺丝网的收集装置，所述收集装置的直径为1～7毫米，长度为2～20厘米，转速为20～2000转/分钟，平行移动速度为1～10厘米/秒。

与现有技术相比，本发明所制备的具有同轴三层结构的小口径血管支架，利用各层不同的杨氏模量及不同口径的配合，使支架在承受不同血压时体现出不同的顺应性，可实现血管支架与宿主血管顺应性的匹配，从而有望实现小口径血管的成功移植。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1天然血管的应力应变曲线；

图2对天然血管呈“J”形的应力应变曲线的分解图；

图3所示为本发明实施例一至实施例三中血管支架的结构示意图；

图4所示为图3中血管支架的内层的电镜照片；

图5所示为图3中血管支架的中层的电镜照片；

图6所示为图3中血管支架的外层显微镜照片。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种血管支架及其制备方法，以改善血管支架的顺应性。

要改善人工血管的顺应性并从根本上解决顺应性长期匹配的问题，人工血管必须具有与宿主健康血管相近似的结构和动力学性能。天然血管包含三层，最内层是血管内皮，中层由数层平滑肌细胞构成，同时有由弹性纤维以及胶原纤维构成的三维网络结构，是血流正常脉动压力的承受主体；血管壁外层是以螺旋结构存在的屈曲状胶原纤维。

参图1所示，天然血管的应力-应变曲线(管径随压力变化曲线，即P-D曲线)呈“J”形，表现为在低脉动压力下较大的膨胀和收缩，具有较高的顺应性，或较小的杨氏模量。此时血管受力主体是柔韧性较好的中层弹性纤维和平滑肌细胞；在高脉动压力下具有较小的柔韧性，并能够在过度膨胀时承受张力，即具有较低的顺应性，或较高的杨氏模量。此时血管受力主体是外层较硬的被拉直的屈曲胶原纤维，其对血管壁起增强作用，用来保护血管使其不致过度扩张甚至破裂。因此，要制备顺应性与天然血管相匹配的小口径人工血管，应使材料在低压下的杨氏模量较小，而在高压下具有较大的杨氏模量。

参图2所示，本发明将制备具有与天然血管相近似的结构和应力-应变曲线(管径随压力变化曲线，即P-D曲线)的小口径血管支架，以改善其顺应性。将天然血管呈“J”形的P-D曲线分解成三条相交的直线，分别代表支架的三层同轴圆管。支架三层受力时是有先后顺序的：当压力由0变化为P₁时，内层的管径由D₀变化为D₁，此时内层与中层重合，中层开始受力。随着压力逐渐增大为P₂，内层和中层管径由D₁变为D₂，支架的三层重合，此时杨氏模量较高的外层成为受力主体，三层的管径同时扩张。随着压力逐渐减小，支架的三层同时收缩，并逐渐回复到初始管径。

结合天然血管的应力应变曲线可知，要求内层柔韧性较好，杨氏模量较低，在低压下变形大；中层较内层柔韧性减小、杨氏模量稍增大，可以在低压下膨胀和收缩，具有和动脉弹性纤维相同的性质；外层在高压下柔韧性较小，杨氏模量较高，能够在过度膨胀时承受张力，具有胶原纤维的作用。

支架的三层均发生弹性形变，其杨氏模量分别为图2中所示三条直线的斜率。A、B点分别是支架杨氏模量变化的转折点。支架整体的P-D曲线直接决定着其顺应性的大小，除了受到各层杨氏模量的影响外，还受到其三层之间的距离的影响。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例提供了一种可改善顺应性的小口径血管支架，制备步骤如下：

1)将1公斤茧壳放入50升质量浓度为0.5％的中性皂溶液中，于98～100℃处理2小时，使茧壳脱胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用5升9.3摩尔/升的溴化锂水溶液，在65±2℃搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液。

2)用纤维素膜作为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液，调节丝素蛋白溶液质量浓度为3％。

3)将丝素蛋白溶液倒入聚乙烯器皿中，常温晾干，得到丝素蛋白膜，将其粉碎后得到丝素蛋白粉末。

4)用电子天平称取丝素蛋白粉末0.3克，称取PLCL(LA∶CL＝50∶50)2.7克，溶于72克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为4％(w/w)的静电纺丝液。

5)将步骤4)中已配好的4％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压8千伏，注射装置推注速率0.3毫升/小时，极距8厘米，采用直径为1毫米、长度为2厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为20转/分钟，平行移动速度为1厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在70％(v/v)的乙醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为1兆帕的血管支架的内层1(参图3)。

6)用电子天平称取丝素蛋白粉末0.3克。称取PLCL(LA∶CL＝70∶30)0.3克，溶于9.4克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为6％(w/w)的静电纺丝液。

7)将步骤6)中已配好的6％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压10千伏，注射装置推注速率1.0毫升/小时，极距10厘米，采用直径为1.1毫米、长度为2厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为100转/分钟，平行移动速度为3厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在75％(v/v)的乙醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为6兆帕的血管支架的中层2(参图3)。

8)利用12锭编织机，将规格为2*2(将2根20～22旦的并捻丝合股)的熟丝编织成内径为1.2毫米、长度为2厘米、杨氏模量约为15兆帕的丝素蛋白编织管，制得支架的外层3(参图3)。

9)将支架的内层1、中层2、外层3按顺序套装在一起，利用真丝缝合线以“Z”型针迹缝合。得到内径为1毫米、长度为2厘米、管壁厚度为0.3毫米的同轴三层结构血管支架，管壁厚度是指内层1的内壁与外层3的外壁之间的厚度。

参图3至图6所示，分别为血管支架的结构示意图、内层1的电镜照片、中层2的电镜照片以及外层3显微镜照片。

在实施例一中，采用不同杨氏模量的材料制备具有同轴三层结构的小口径血管支架。支架内层材料具有较低的杨氏模量，柔韧性较好，在低压下具有较大变形；中层较内层杨氏模量稍增大；外层的杨氏模量较高，在高压时可承受张力，防止支架过度膨胀而破裂。支架的三层利用可降解缝合线连接，且三层均发生弹性形变。

实施例二：

1)将1公斤生丝放入30升质量浓度为0.2％的碳酸钠水溶液中，于98～100℃处理2小时，使生丝脱胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用8升摩尔比为1∶8∶2的氯化钙、水、乙醇溶液，在75±5℃下搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液。

2)用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除氯化钙等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液，调节丝素蛋白溶液质量浓度为6％。

4)用电子天平称取丝素蛋白粉末0.5克，称取PLCL(LA∶CL＝50∶50)2克，溶于28.75克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为8％(w/w)的静电纺丝液。

5)将步骤4)中已配好的8％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压12千伏，注射装置推注速率0.5毫升/小时，极距10厘米，采用直径为3毫米、长度为12厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为200转/分钟，平行移动速度为3厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在80％(v/v)的甲醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为3兆帕的支架内层1。

6)用电子天平称取丝素蛋白粉末1克。称取PLCL(LA∶CL＝70∶30)0.25克，溶于11.25克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为10％(w/w)的静电纺丝液。

7)将步骤6)中已配好的10％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压15千伏，注射装置推注速率1.5毫升/小时，极距12厘米，采用直径为3.5毫米、长度为12厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为500转/分钟，平行移动速度为2厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在75％(v/v)的乙醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为7兆帕的血管支架的中层2。

8)利用24锭编织机，将规格为4*2(将4根20～22旦的并捻丝合股)的熟丝编织成内径为4毫米、长度为12厘米、杨氏模量约为20兆帕的丝素蛋白编织管，制得血管支架的外层3。

9)将支架的内层1、中层2、外层3按顺序套装在一起，利用真丝缝合线以“Z”型针迹缝合。得到内径为3毫米、长度为12厘米、管壁厚度为1.2毫米的同轴三层结构血管支架。管壁厚度是指内层1的内壁与外层3的外壁之间的厚度。

在实施例二中，采用不同杨氏模量的材料制备具有同轴三层结构的小口径血管支架。支架内层材料具有较低的杨氏模量，柔韧性较好，在低压下具有较大变形；中层较内层杨氏模量稍增大；外层的杨氏模量较高，在高压时可承受张力，防止支架过度膨胀而破裂。支架的三层利用可降解缝合线连接，且三层均发生弹性形变。

实施例三：

1)将200克茧壳放入10升质量浓度为0.3％的碳酸钠水溶液中，于98～100℃处理2小时，使茧壳脱胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用100毫升9.3摩尔/升的溴化锂水溶液，在65±2℃下搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液。

2)用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液，调节丝素蛋白溶液质量浓度为9％。

4)用电子天平称取丝素蛋白粉末0.5克，称取PLCL(LA∶CL＝50∶50)0.75克，溶于11.25克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为10％(w/w)的静电纺丝液。

5)将步骤4)中已配好的10％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压15千伏，注射装置推注速率1.0毫升/小时，极距12厘米，采用直径为6毫米、长度为20厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为1000转/分钟，平行移动速度为7厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在90％(v/v)的甲醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为5兆帕的血管支架的内层1。

6)用电子天平称取丝素蛋白粉末0.9克。称取PLCL(LA∶CL＝70∶30)0.1克，溶于7.3克六氟异丙醇中，搅拌12小时至其完全溶解，得到浓度为12％(w/w)的静电纺丝液。

7)将步骤6)中已配好的12％(w/w)的静电纺丝液装入静电设备的注射装置中，选择静电纺电压15千伏，注射装置推注速率2毫升/小时，极距15厘米，采用直径为7毫米、长度为20厘米的圆柱状收集装置进行收集，收集装置的转速为2000转/分钟，平行移动速度为10厘米/秒。一定时间后，将产物从收集装置中的收集棒上取下，在85％(v/v)的乙醇溶液中浸泡2小时，用去离子水冲洗数次后干燥，得到杨氏模量约为10兆帕的支架中层2。

8)利用32锭编织机，将规格为8*2(将8根20～22旦的并捻丝合股)的熟丝编织成内径为7.5毫米、长度为20厘米、杨氏模量约为30兆帕的丝素蛋白编织管，制得支架的外层3。

9)将支架的内层1、中层2、外层3按顺序套装在一起，利用真丝缝合线以“Z”型针迹缝合。得到内径为6毫米、长度为20厘米、管壁厚度为2毫米的同轴三层结构血管支架。管壁厚度是指内层1的内壁与外层3的外壁之间的厚度。

在实施例三中，采用不同杨氏模量的材料制备具有同轴三层结构的小口径血管支架。支架内层材料具有较低的杨氏模量，柔韧性较好，在低压下具有较大变形；中层较内层杨氏模量稍增大；外层的杨氏模量较高，在高压时可承受张力，防止支架过度膨胀而破裂。支架的三层利用可降解缝合线连接，且三层均发生弹性形变。

综上所述，采用本发明所提供的技术方案，具有以下明显的优点：

a)本发明所制备的具有同轴三层结构的小口径血管支架利用各层不同的杨氏模量及不同口径的配合，使支架在承受不同血压时体现出不同的顺应性，可实现血管支架与宿主血管顺应性的匹配，从而有望实现小口径血管的成功移植。

b)支架的三层均为生物相容性优良、可生物降解的丝蛋白材料，且所采用的电纺及编织方法使得支架整体的结构及力学性能优良，其孔隙结构使得支架的通透性良好，有利于细胞营养、代谢产物的转运。

c)支架的内层和中层是静电纺纤维网，有利于细胞的黏附、生长、增殖、分化；支架外层是丝蛋白编织管，孔隙较大，有利于血管周边环境中的细胞长入。因此，该支架适用于缺损小血管的直接替代和修复。

d)支架各层直接制备成型为管状结构，因此各层无明显的应力缺陷；利用缝合方法将三层固定，避免了有机粘合剂的使用。

本发明有效解决了目前小口径血管修复材料顺应性差、结构不稳定、力学强度不够、材料生物毒性及病毒隐患等问题，对于医学领域彻底修复缺损小血管以及开发具有我国自主知识产权的小口径血管支架具有重要的科学意义和应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种血管支架，包括内层和外层，所述内层由静电纺丝网制成，所述外层为编织管，其特征在于，

所述内层的静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成；

所述血管支架还包括中层，所述中层由静电纺丝网制成，所述静电纺丝网由丝素蛋白和PLCL共混而成，所述中层套设于所述内层的外部；

所述外层为丝素蛋白编织管，所述外层套设于所述中层的外部;

2.根据权利1所述的血管支架，其特征在于：所述内层、中层以及外层为同轴设置。

3.根据权利1所述的血管支架，其特征在于：所述内层的直径为1～6毫米，所述血管支架沿轴向的长度为2～20厘米，所述内层和中层的间隔距离为0.1～1毫米，所述中层和外层的间隔距离为0.1～0.5毫米。

4.根据权利3所述的血管支架，其特征在于：所述内层的内壁与所述外层的外壁之间的厚度为0.3～2毫米。

5.根据权利1所述的血管支架，其特征在于：所述内层的杨氏模量为1～5兆帕，所述中层的杨氏模量为5～10兆帕，所述外层的杨氏模量为10～30兆帕。

6.一种如权利要求1至5任意一项所述的血管支架的制备方法，包括通过静电纺丝制备内层的步骤，其中静电纺丝液是将聚合物溶于六氟异丙醇中，以及通过编织方法制备外层的步骤，其特征在于，具体包括以下步骤：

（一）将丝素蛋白与PLCL的共混物溶于六氟异丙醇中，制得静电纺丝液，采用静电纺工艺对所述静电纺丝液进行加工获取静电纺丝网，进而由所述静电纺丝网制得血管支架的内层及中层；

（二）将熟丝编织成管状材料，制得血管支架的外层；

（三）将步骤（一）和步骤（二）中制备的内层、中层和外层按顺序套装在一起，并采用可降解真丝缝合线连接，使内层和中层以及中层和外层形成环状的空间。

7.根据权利6所述的血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（一）中所述丝素蛋白与PLCL的质量比为1:9～9:1。

8.根据权利7所述的血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（一）中静电纺丝液的质量浓度为4～12%。

9.根据权利6所述的血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（一）中还包括将所述静电纺丝网在甲醇或乙醇水溶液中浸泡的过程，所述甲醇或乙醇的体积占比为70%～90%，浸泡时间为2个小时，浸泡完成后用去离子水进行冲洗，然后再进行干燥。

10.根据权利6所述的血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（一）中还包括将所述静电纺丝液收集成静电纺丝网的收集装置，所述收集装置的直径为1～7毫米，长度为2～20厘米，转速为20～2000转/分钟，平行移动速度为1～10厘米/秒。