CN102618796A - 一种降低支架内再狭窄发生率方法及其专用不锈钢材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冠状动脉支架领域，具体为一种降低支架内再狭窄发生率方法及其专用不锈钢材料。本发明通过在临床常用冠状动脉支架材料316L不锈钢中添加适量的铜元素（重量分数：2.0-6.0%），并经过特殊热处理，使铜以一种富铜相的形式从不锈钢基体中析出，可使支架在临床环境中能够持续释放微量铜离子，赋予冠状动脉支架抗再狭窄功能，从而有效降低支架植入后再狭窄的发生率。本发明的316L型含铜不锈钢具有可降低支架植入冠状动脉后引发支架内再狭窄现象的独特功能，有助于解决现有不锈钢冠状动脉支架植入后支架内再狭窄发生率高等临床问题，可应用于冠状动脉支架等医学临床领域，为冠状动脉支架的发展和应用提供了新的思路和材料基础。

Description

一种降低支架内再狭窄发生率方法及其专用不锈钢材料

技术领域

本发明涉及冠状动脉支架领域，具体为一种有效降低支架内再狭窄发生率的方法及其专用冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料，其具有有效降低不锈钢冠状动脉支架植入后发生支架内再狭窄的独特功能，可应用于冠状动脉支架植入等医学临床领域。

背景技术

心脏病是威胁人类健康的首要病因之一，现在全世界每年约有1500万名冠心病患者需要接受先进的经皮穿刺冠状动脉成形术（percutaneous transluminal coronary angioplasty, PTCA）。PTCA具有微创伤、高效性和易重复进行等优点，因而成为目前治疗心血管狭窄引起冠心病的一种发展迅速的新方法。PTCA中要用到造型精细的冠脉支架，其目前主要由316L不锈钢或钴基合金加工而成。

但大量的临床观察结果表明，PTCA术后有一定程度的支架内再狭窄（英文简写）发生，尤其是术后3-6个月的再狭窄率最初曾高达30-50%。支架内再狭窄已经成为PTCA术推广应用中的一个关键问题，是制约PTCA发展的一个重要因素。随着人们对支架内再狭窄发生机理研究的不断深入，发现微创介入治疗造成血管壁损伤引发的动脉平滑肌细胞增生与迁移以及血栓形成是造成支架内再狭窄的两个主要原因。为了有效降低冠状动脉支架植入后的再狭窄率，人们通常采用对支架进行表面改性处理。目前，尝试过的改性处理方法包括：药物包被、基因涂层、放射化处理、内皮化处理、聚合物包被等。但是，每种方法均有一定的弊端。例如，药物包被支架上含有抗血栓剂和抗增殖剂的药物涂层，很容易在支架输送过程中，从支架表面脱落，而且支架上发生的化学反应有时会影响药效。目前，大量的研究都集中以高分子材料为载体，将药物以物理吸附形式包被于冠状动脉金属支架的表面。虽然这种方法可以有效降低药物涂层脱落问题，但还不能提供长期药物源。随着涂层中药物的不断释放，没有持续的药源，支架内再狭窄问题还会延迟发生。基因涂层、内皮化处理等表面改性处理支架还只停留在研究阶段，放射化处理支架还存在剂量是否可控、半衰期是否适宜等问题。因此，人们仍在寻找安全可靠、稳定持久，并自身能有效抑制支架内再狭窄的冠状动脉支架用金属新材料。

铜是存在于生物体内的必需微量元素，参与体内生命活动的所有环节，具有多种极为重要的生理和生化作用。人体的组织器官中都含有一定量的铜，而且以心、脑、肾、肝中的含量最多。铜能维护骨骼、血管和皮肤的正常功能，促进骨骼、血管和皮肤胶原生成，其中铜对心血管功能具有重要影响。铜对维持心血管的正常结构和良好弹性极为重要，含铜的酶是心脏和动脉壁中三种主要结缔组织中的必要成分，对冠心病的形成起到重要抑制作用。

世界卫生组织推荐，成人每日对铜的上限摄入量为2-3mg。但世界卫生组织调查显示，全世界存在缺铜较多的高危人群。例如，目前只有25％的美国居民日常摄入的铜量达到了美国国家科学院食品和营养委员会推荐的合适水平。当人体内出现铜缺乏时，由于含铜酶合成减少，心血管会无法维持正常的形态和功能。有研究表明，铜缺乏导致的心房血栓形成最显著，也见到导致冠状动脉坏死、冠状动脉血栓形成、心肌坏死和心室钙化等症状的发生。铜缺乏会有助于动脉平滑肌的迁移、动脉弹性组织变性和断裂、动脉平滑肌变性以及心室和冠状动脉瘤的形成。由此可见，如果能够在心血管中持续产生微量铜，不仅能够抑制支架植入后导致的动脉平滑肌的增生、迁移以及变性，还能有效降低血栓的形成，有望达到降低或抑制冠状动脉支架植入后引发的支架内再狭窄的功能。

由此可见，由于铜是人体中一种非常重要的微量金属元素，将其以合金化形式加入到冠状动脉支架用不锈钢中，有望从材料角度上减少甚至解决冠状动脉支架植入后引起的支架内内再狭窄问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低支架内再狭窄发生率方法及其专用不锈钢材料，该材料能够有效降低现有不锈钢冠状动脉支架植入后引发支架内再狭窄的发生率。

本发明的技术方案是：

一种降低支架内再狭窄发生率方法，其特征在于：在目前临床使用的冠状动脉支架材料316L不锈钢中添加适量的铜元素，铜元素的重量百分含量为2.0-6.0%。

本发明还提供了该种方法的专用不锈钢材料，即一种有效降低支架内再狭窄发生率的冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料，就是在冠状动脉支架用316L不锈钢的化学成分基础上添加适量的铜元素，铜元素的含量为（重量％）：2.0-6.0（优选为3-5），通过冶金方法制备出含铜不锈钢新材料。

在本发明的冠状动脉支架用不锈钢新材料的成分设计中，铜（Cu）是其中最重要的合金元素之一，其是保证冠状动脉支架用不锈钢具备降低支架内再狭窄功能的必要条件，也是本发明的最重要创新点。在本发明中，不锈钢中的含铜量为2.0-6.0（重量％），以保证在特殊热处理后，不锈钢基体中能够均匀弥散地析出富铜相。如果铜含量太低，即使经过特殊热处理，由于没有达到铜在不锈钢中的过饱和含量，所以基体中亦不能析出富铜相，不利于实际应用时的微量铜离子溶出，因而不会具备降低冠状动脉支架植入后发生支架内再狭窄的功能。如果铜含量过高，亦会导致不锈钢在高温下就析出富铜相，从而严重影响到不锈钢自身的热加工性能。此外，过量的富铜相析出亦会降低不锈钢的耐腐蚀性能。

本发明还提供了上述具有降低支架内再狭窄功能的冠状动脉支架用含铜不锈钢新材料的特殊热处理工艺，其也是本发明中的一个重要组成部分。特殊热处理工艺为：在1000-1100℃保温0.5-2h，使不锈钢中的铜能充分均匀地固溶于基体中，空冷或水冷至室温后，使不锈钢中的铜处于过饱和状态。然后在600-800℃保温2-6h，使不锈钢中析出足够量的富铜相，并均匀弥散分布。在上述特殊热处理过程中，温度与保温时间是两个非常重要的参数。如温度过低，从动力学角度上讲，将不利于富铜相的析出，而保温时间过长会使析出相的尺寸明显增大，这均会影响到不锈钢的降低再狭窄功能以及其自身的机械性能。

本发明的冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料经过热处理后，由于不锈钢基体中均匀弥散分布有富铜相，会使不锈钢在血液环境中持续溶出微量铜离子，且其溶出量满足生物安全性要求。

由于不锈钢中微量铜离子的溶出，会有效抑制因动脉平滑肌的增生、迁移和变性以及血栓形成等引发的冠状动脉支架植入后支架内再狭窄的发生率。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种有效降低支架内再狭窄发生率的冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料，其是在冠状动脉支架用316L不锈钢的化学成分基础上添加2.0-6.0（重量％）的铜元素，获得具有降低支架内再狭窄功能的冠状动脉支架用新型不锈钢。

2、由本发明获得的具有降低支架内再狭窄功能的冠状动脉支架用含铜不锈钢新材料经过特殊热处理后，由于在不锈钢基体中均匀弥散地分布有富铜析出相，从而使支架在人体血液环境中能够持续溶出微量铜离子，进而赋予植入后的冠状动脉支架具有降低支架内再狭窄的功能。

3、由本发明获得的具有降低支架内再狭窄功能的含铜不锈钢新材料可应用于冠状动脉支架等医学临床领域。

具体实施方式：

下面通过实施例详述本发明。

实施例：

本实施例中，在医用316L不锈钢中添加了不同含量的铜元素，其化学成分见表1，并采用不同的热处理工艺，具体见表2。对所得到的能够有效降低支架内再狭窄发生率的冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料，以常规医用316L不锈钢为对照材料，进行了流式细胞检测、动态凝血检测以及MTT生物相容性检测，实验结果见表2和3。

表1   316L型含铜不锈钢化学成分（重量％）

流式细胞检测：

通过流式细胞仪测定316L型含铜不锈钢对内皮细胞（HUVEC）和血管平滑肌细胞（VSCMs）的凋亡率，该方法能够客观地评价含铜不锈钢对HUVEC和VSCMs增殖情况的影响。首先配制浸提液，按照3cm²/mL的比例加入含10%胎牛血清的培养液，将不锈钢样品浸于培养液中，然后静置于含5%CO₂培养箱中，在37℃、95%湿度条件下保存，96 h后收集析出液。收集趋于融合的细胞，用含0.25%胰酶进行消化培养液吹打重悬，将重悬的细胞铺板于5张6孔板中，每组一张板。24h后，浸提液置换原培养液，对照组用新鲜培养液置换。48h后吸出各孔中的浸提液或培养液，胰酶消化，冷PBS吹打重悬细胞，将重悬的细胞悬液与各孔吸出的浸提液或培养液一起在4 ℃、1000 r/min 离心10 min。 将收集到的细胞移入流式管中，用PBS洗2次，再用200ul的Buffer缓冲液重悬细胞。加入10 μl的AnnexinⅤ-FITC 和5μl的PI，轻轻混匀在室温下避光孵育10-15min。 在500-1000r/min下离心5min，加入300 μl的Buffer缓冲液，在1 h内用流式细胞仪检测。其中，Annexin V 与PI 匹配使用，就可以将细胞凋亡早晚期的细胞以及死细胞区分开来。结果见表2和3。

实验结果证明，与常规医用316L不锈钢相比， 316L型含铜不锈钢对血管平滑肌细胞具有明显的抑制作用，并且可有效地促进内皮细胞的生长，从而会加快受损血管的愈合，最终达到抑制冠脉支架内再狭窄的目的。 

动态凝血实验检测

动态检测材料对内源性凝血因子激活的程度，观察材料对凝血时间的影响，从而可判断材料的抗凝血性能的优劣。将0.1-0.2ml抗凝兔血滴于实验材料表面，用微量加样器加入浓度为0.2M的CaCl₂溶液10-25μL，用涂硅玻璃棒轻轻搅匀，并立即记录时间。到15、30、50、70、90min等预定时间后，分别用50-100ml的蒸馏水漂洗1分钟，未凝固的血细胞将起溶血反映，自由的血红蛋白将均匀分布于蒸馏水中，将流注液收集在烧杯中。利用酶标仪在波长540/545nm处测定溶液的吸光度（O.D.值），并做出O.D.-t（时间）动态凝血时间曲线。根据动态凝血时间曲线，可求出实验材料的初凝时间。结果见表2和3。

由此测定出常规医用316L不锈钢的初凝时间为70min，而316L型含铜不锈钢的初凝时间均大于80min，即凝血时间要长。由此可见，含铜不锈钢具有更优异的抗凝血性能，能有效地减少血栓在其表面的形成几率。

MTT生物安全性能检测

同时对样品进行生物安全性能检测。采用噻唑蓝（MTT）比色法测定细胞生存率，进而评价样品的生物安全性。将MG63细胞的冻存管从液氮中取出，37℃水浴中快速融化，离心弃上清，加入新鲜配制的含10%胎牛血清的DMEM高糖培养基中，反复吹打成细胞悬液后移入培养瓶中，置于37℃、饱和湿度、体积分数为5%的CO₂恒温培养箱中静置培养，隔日换液。3-4天传代，在倒置相差显微镜下观察细胞形态。

取生长旺盛的MG63细胞，2.5 g/L胰蛋白酶消化后，用含10%胎牛血清的DMEM培养液制备成细胞密度约为6×10⁴／mL 的单细胞悬液，接种于5块96 孔培养板，每板设A、B、C、D、E实验组及调零组，每组10孔，实验组每孔中均加入细胞悬液100 μl，37℃ 、5 % CO₂条件下静置培养。

待细胞贴壁生长后弃去原培养液，PBS反复冲洗，按实验分组加样。加样24h、48h、72h、96h、120h后，每孔加入新鲜配制的5mg/ mL的无菌MTT溶液，继续培养4h终止培养。小心弃去原培养液，每孔加入150μl DMSO，室温下微量振荡器振荡培养板10 min使结晶物充分溶解。用酶联免疫检测仪在490 nm波长处测定各孔光密度（optical density, OD）值。实验重复三次取各组平均值。计算细胞相对增殖率（relative growth rate, RGR），计算公式：RGR=（实验组OD值/培养基OD值）×100%，然后根据5级毒性评价标准分级（0和1级符合生物医用材料的要求），对各组结果进行评价，结果见表2和3。

    两种材料（常规316L不锈钢和316L型含铜不锈钢）均符合生物医用材料的要求，是生物安全的。

 

表2    316L型含铜不锈钢医学性能测试结果

表3  316L不锈钢医学性能测试结果

以上各项结果表明，本发明所提供的一种有效降低支架内再狭窄发生率的冠状动脉支架用316L型含铜不锈钢新材料能够有效地抑制血管平滑肌细胞的增殖，降低血栓的形成几率，并且具有较好的生物安全性能。其中，具有优选含铜量（3-5%）的316L型含铜不锈钢新材料显示更佳的性能。

Claims (4)

1.一种降低支架内再狭窄发生率方法，其特征在于：在目前临床使用的冠状动脉支架材料316L不锈钢中添加适量的铜元素，铜元素的重量百分含量为2.0-6.0%。

2.一种权利要求1所述降低支架内再狭窄发生率方法的专用不锈钢材料，其特征在于：所述专用不锈钢材料是在临床使用的冠状动脉支架材料316L不锈钢中添加重量百分含量为2.0-6.0%的铜元素。

3.按照权利要求2所述降低支架内再狭窄发生率方法的专用不锈钢材料，其特征在于：其铜含量重量百分比为：3-5%。

4.按照权利要求2所述降低支架内再狭窄发生率方法的专用不锈钢材料，其特征在于，不锈钢的热处理工艺为：

（1）在1000-1100℃保温0.5-2h，使铜能充分固溶于不锈钢基体中，空冷或水冷至室温，使不锈钢中的铜处于过饱和状态；

（2）在600-800℃保温2-6h，使过饱和的铜从基体中析出足够量的富铜相，富铜相在基体中均匀弥散分布，空冷或水冷至室温。