CN103585676A - 一种气管替代品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属生物医学工程领域，涉及一种气管替代品及其制备方法。本发明的气管替代品呈多孔性的三维网状结构，为管状、敷瓦状或Y型脱细胞生物材料，包括同种异体或异种来源生物材料，其外表面有孔，并缝合有螺旋状聚酯材料。试验显示，本气管替代品与组织间有良好的生物相容性，无抗原干扰作用，能快速再血管化和再上皮化，具有良好的气密性、延展性和弹性；能防止吸气时塌陷。本气管替代品制成不同形状及规格，适用于管状气管替代、隆突成型、气管补片等气管重建手术。尤其适用于气管肿瘤、气管外伤、良性气管狭窄、肿瘤侵犯、先天气管畸形等术后气管替代。

Description

一种气管替代品及其制备方法

技术领域

本发明属生物医学工程领域，具体涉及一种气管替代品及其制备方法，尤其涉及一种脱细胞气管替代品及其制备方法。

背景技术

气管外科有着100多年的历史，其中涉及的某些气管疾患常需术后采用适宜的气管替代品，如，气管肿瘤、气管外伤、良性气管狭窄、其它肿瘤(肺癌，食道癌，甲状腺癌等)侵犯气管、先天气管畸形等胸外科术后的气管替代，迄今，尚无被临床气管外科实践广泛接受的气管替代品。气管替代品可大致分为同种异体气管和人工合成材料两大类，其中的再血管化和再上皮化是气管替代品一直未能解决的技术难题。目前已知，解剖学上气管血供较为特殊，其无较粗大的直接营养动静脉，需依靠来源于甲状腺上、下动脉和主动脉的细小分支在气管环膜交界处外侧形成组织节链，再以分节形式进入气管形成细小的毛细血管网；而气管替代品的血供重建则依靠从正常气管组织中沿两个吻合口断端长入。临床手术实践中，气管外侧的组织节链极易遭到破坏，导致气管吻合口缺血，吻合口瘘；有研究经动物实验结果表明，将气管切除一小段后即可重新吻合，而使用理论上最好的气管替代品，当其长度超过2公分后依然可导致缺血坏死。另一方面，由于气管管腔与外界相通，形成一个有菌的环境，任何替代品无论其生物相容性有多完美，均将是细菌生长的培养基；而细菌的生长一则刺激肉芽组织的增生堵塞气管管腔，甚则会引起反复发作的致命的肺炎。

有研究报道，完整的上皮组织可阻止细菌的侵犯，控制肉芽组织的过度增生，并且协助排痰，防止气管阻塞及减少肺炎发生率；纵观现有技术的人工合成的气管替代品均缺乏完整的上皮组织，其中的同种异体气管替代品常由于血供重建的延迟导致上皮组织坏死，而气管替代品再上皮化则需要依靠正常气管上皮由两端吻合口长入；大量动物实验及临床数据证明，鉴于上皮组织对血供的依赖，与再血管化相一致，再上皮化中上皮的长入一般不超过1公分，此时，失去上皮组织控制的肉芽会快速生长并堵塞气管管腔。因此，目前，临床气管外科手术仍然依靠气管松解术来实施部分切除后的端端吻合，但其切除范围在成人中不能超出6公分，小儿中不能超出气管总长度的三分之一，以气管肿瘤为例，目前的技术显著限制了气管肿瘤的切除范围，以致影响治疗效果。

组织工程学的研究近些年获得了高速的发展，涉及几乎所有外科领域，亦展示着着医学发展的方向。2008年西班牙巴塞罗那Dr.Macchiarini报道了世界首例“组织工程化气管”引起了极大的轰动；该研究中利用同种异体气管脱细胞基质为支架材料，接种患者自体的纤毛柱状上皮细胞后软骨细胞，经过体外生物反应器培养后，植入替代患者4公分长度的左总支气管获得成功。上述实验验证了组织工程化气管的可行性，并证明气管脱细胞基质在生物相容性及强度和柔软性方面是最好的支架材料。Dr.Macchiarini于2012年发表文章提出原位组织工程概念，认为脱细胞基质支架材料在植入原位诱导干细胞分化，促进气管重建。因此，气管脱细胞基质成为气管替代品研究和组织工程化气管研究的热点。

迄今为止，尚未见有关以脱细胞技术为基础、以生物来源气管组织材料为原料，制备脱细胞气管替代品的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种气管替代品及其制备方法，尤其涉及一种脱细胞气管替代品及其制备方法。

本发明以脱细胞技术为基础，以生物来源气管组织材料为原料，构建脱细胞气管替代品；所述的气管替代品主要适用于气管肿瘤、气管外伤、良性气管狭窄、其它肿瘤(肺癌，食道癌，甲状腺癌等)侵犯气管、先天气管畸形等胸外科术后气管替代。

本发明的气管替代品，其特征在于，所述的气管替代品呈多孔性的三维网状结构，为离体的管状、敷瓦状或Y型脱细胞生物材料，包括同种异体或异种来源生物材料，其外表面有孔，并缝合有螺旋状聚酯材料。

本发明中，所述脱细胞生物材料选离体的管状脱细胞气管、敷瓦状脱细胞气管补片、及包含气管下段、左主支气管和右主支气管的Y型隆突替代品材料；

本发明中，所述气管替代品外表面打有孔；该孔的孔径为100-300um，孔深为500um，不穿透脱细胞气管替代品管壁，孔密度达到外表面的50-70％；

本发明中，所述气管替代品的外表面缝合有螺旋状聚酯材料，用于加固该气管替代品。

本发明提供了上述气管替代品的制备方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)获取离体的生物来源器官组织，常规处理后置入磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate-buffered saline，PBS)保存；

(2)将处理后制得的生物材料放入含蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟(phenylmethyl-sulfonyl fluoride，0.35ml/L)的低张三羟甲氨基甲烷缓冲液溶液(hypotonic tris buffer，Ph8.0)中，处理24小时；

(3)步骤(2)的溶液中加入去垢剂，继续处理24小时；Hank氏模拟体液彻底冲洗；本发明的实施例中，在步骤(2)的溶液中加入1％温和性去垢剂曲拉通，处理24小时后，采用Hank氏模拟体液彻底冲洗；

(4)加入DNA酶，RAN酶37℃处理1小时；

(5)重复去垢剂处理，Hank氏液浸泡两天；本发明的实施例中，重复采用曲拉通处理24小时后Hank氏液浸泡两天；

(6)激光或机械打孔，所述孔不穿透脱细胞气管替代品管壁，孔密度为外表面的50-70％；本发明的实施例中，所打得径为100-300um，孔深为500um(不穿透脱细胞气管替代品管壁)；

(7)将螺旋状聚酯材料缝合于脱细胞气管替代品外表面，制得管状脱细胞气管支架材料；本发明的实施例中，所述的聚酯材料粗为1-2mm，螺旋沟宽度为0.5-1cm；

(8)将管状脱细胞气管支架材料按需裁剪成不同规格的管状，进一步制成敷瓦状，或Y型，制得所述的气管替代品；所述Y型材料能满足保留左总支气管和右总支气管的气管下段的气管支架的需要；本发明的实施例中，将管状脱细胞气管支架材料裁剪成2cm、4cm或6cm规格的管状，或中间剖开制成敷瓦状，或含气管下段、左主支气管和右主支气管的Y型隆突替代品，制得本气管替代品；

(9)包装及检测。

本发明的气管替代品以脱细胞技术为基础，以离体的生物来源的气管组织材料为原料，制成脱细胞气管替代品；接种取自气管肿瘤患者的纤毛柱状上皮细胞后，经过体外生物反应器培养后，植入实验动物，替代4公分长度的左总支气管，结果显示，本气管替代品与组织间有良好的生物相容性，无抗原干扰作用，能快速再血管化和再上皮化，具有良好的气密性、延展性和弹性；由于其外表面以螺旋状聚酯材料加固，加强了其强度能防止吸气时塌陷。本发明的不同形状的气管替代品适用于管状气管替代、隆突成型、气管补片等各类气管重建手术。

本发明的气管替代品具有以下优点：

(1)可采用离体的同种异体或异种包括：猪，羊，狗，牛等的气管为原料，取材方便，由于其主要成分为胶原蛋白和软骨基质，能作为组织再生的天然基质，与组织间有良好的生物相容性，无抗原干扰作用，并能吸引和聚集人体细胞以其为基地进行繁殖再生，快速再血管化和再上皮化，具有良好的气密性、延展性和弹性；

(2)由于在脱细胞气管替代品外表面以螺旋状聚酯材料加固，加强了替代品的强度能有效防止吸气时塌陷；另外，其螺旋状的设计最大限度的减少了聚酯材料的用量，同时不影响替代品的柔韧性和延展性；

(3)在脱细胞气管替代品外表面打孔，有利于组织细胞长入，加快替代品再血管化进程，并加速替代品降解，促进气管组织再生；

(4)本气管替代品制成不同形状和规格，适用于管状气管替代、隆突成型、气管补片等各类气管重建手术。

为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的一种气管替代品及其制备方法进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。另外，本发明引用了公开文献，这些文献是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本文进行参考，就好像它们的全文已经在本文中重复叙述过一样。

附图说明

图1为本发明所述气管替代品的外观图。

具体实施方式

实施例1

取离体的羊的新鲜气管组织制备羊气管脱细胞基质，取离体的羊的新鲜气管组织制备羊气管脱细胞基质，去除上皮组织和粘膜下层细胞成分，去除70％软骨细胞成分，保留气管细胞外基质，制成多孔性的三维网状结构：

(1)按常规处理取得的羊的新鲜气管组织，剪去附着的脂肪组织，放置入磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate-buffered saline，PBS)运输保存；

(2)将取得的气管组织放入含蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟(phenylmethyl-sulfonylfluoride，0.35ml/L)的低张三羟甲氨基甲烷缓冲液溶液(hypotonic tris buffer，Ph8.0)中，4℃摇床混合处理24小时；

(3)在上述溶液中加入1％温和性去垢剂曲拉通，继续处理24小时，Hank氏模拟体液彻底冲洗；

(4)加入DNA酶，RAN酶37℃处理1小时；

(5)重复曲拉通处理24小时后Hank氏液浸泡两天；

(6)激光或机械打孔，孔径100um，孔深500um，不穿透脱细胞气管替代品管壁，孔密度达到外表面的50％；

(7)利用缝线将螺旋状聚酯材料缝合于脱细胞气管替代品外表面，制得管状脱细胞气管支架材料，聚酯材料粗1mm，螺旋沟宽度约1cm；

(8)将脱细胞气管支架材料裁剪成长度为6cm的材料，制得本气管替代品；

(9)包装及检测。

实施例2

取离体的猪的新鲜气管组织制备猪气管脱细胞基质，去除上皮组织和粘膜下层细胞成分，去除70％软骨细胞成分，保留气管细胞外基质，制成多孔性的三维网状结构：

(1)按常规处理取得的猪的新鲜气管组织，剪去附着的脂肪组织，放置入磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate-buffered saline，PBS)运输保存；

(2)将取得的气管组织放入含蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟(phenylmethyl-sulfonyl fluoride，0.35ml/L)的低张三羟甲氨基甲烷缓冲液溶液(hypotonic tris buffer，Ph8.0)中，4℃摇床混合处理24小时；

(3)在上述溶液中加入1％温和性去垢剂曲拉通，继续处理24小时。Hank氏模拟体液彻底冲洗；

(4)加入DNA酶，RAN酶37℃处理1小时；

(5)重复曲拉通处理24小时后Hank氏液浸泡两天；

(6)激光或机械打孔，孔径150um，孔深500um，所述孔不穿透脱细胞气管替代品管壁，孔密度达到外表面的70％；

(7)将螺旋状聚酯材料缝合于脱细胞气管替代品外表面，所述的聚酯材料粗为1.5mm，螺旋沟宽度为1cm，制得管状脱细胞气管支架材料；

(8)将脱细胞气管支架材料裁剪成长度为4cm的材料，制得本气管替代品；

(9)包装及检测。

实施例3动物实验

取上述实施例制得的脱细胞气管替代品，接种取自气管肿瘤患者的纤毛柱状上皮细胞后，经过体外生物反应器培养后，植入实验动物猪，替代4公分长度的左总支气管，结果显示，由于本气管替代品其主要成分为胶原蛋白和软骨基质，能作为组织再生的天然基质与组织间有良好的生物相容性，无抗原干扰作用，并能吸引和聚集人体细胞以其为基地进行繁殖再生，能快速再血管化和再上皮化，具有良好的气密性、延展性和弹性；由于其外表面以螺旋状聚酯材料加固，加强了其强度能防止吸气时塌陷，其螺旋状的设计最大限度的减少了聚酯材料的用量，同时不影响替代品的柔韧性和延展性；其表面的微孔的有利于组织细胞长入，加快替代品再血管化进程，并加速替代品降解，促进气管组织再生；

所述的气管替代品进一步根据不同的需要制成不同形状和规格，适用于管状气管替代、隆突成型、气管补片等各类气管重建手术。

Claims (10)

1.一种气管替代品，其特征在于，所述的气管替代品呈多孔性的三维网状结构，为管状、敷瓦状或Y型脱细胞生物材料，包括同种异体或异种来源生物材料，其外表面有孔，并缝合有螺旋状聚酯材料。

2.按权利要求1所述的气管替代品，其特征在于，所述脱细胞生物材料选自离体的管状脱细胞气管、敷瓦状脱细胞气管补片、及包含气管下段、左主支气管和右主支气管的Y型隆突替代品材料。

3.按权利要求1所述的气管替代品，其特征在于，所述的气管替代品外表面打有孔的孔径为100-300um，孔深为500um，不穿透脱细胞气管替代品管壁，孔密度达到外表面的50-70％。

4.按权利要求1所述的气管替代品，其特征在于，所述的外表面缝合的螺旋状聚酯材料粗为1-2mm，螺旋沟宽度为0.5-1cm。

5.权利要求1的气管替代品的制备方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)获取离体的生物来源器官组织，常规处理后置入磷酸盐缓冲生理盐水保存；

(2)将处理后制得的生物材料放入含蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟的低张三羟甲氨基甲烷缓冲液溶液中，处理24小时；

(3)步骤(2)的溶液中加入去垢剂，继续处理24小时；Hank氏模拟体液彻底冲洗；

(4)加入DNA酶，RAN酶37℃处理1小时；

(5)重复去垢剂处理，Hank氏液浸泡两天；

(6)激光或机械打孔，所述孔不穿透脱细胞气管替代品管壁；

(7)将螺旋状聚酯材料缝合于脱细胞气管替代品外表面，制得管状脱细胞气管支架材料；

(8)将管状脱细胞气管支架材料按需制成不同规格的管状，或制成敷瓦状，或Y型气管替代品。

6.按权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟的含量为0.35ml/L；缓冲液溶液的PH值为8.0。

7.按权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)或(5)中，所述的去垢剂为1％曲拉通。

8.按权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述的孔的密度为外表面的50-70％；孔径为100-300um，孔深为500um。

9.按权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述的聚酯材料粗为1-2mm，螺旋沟宽度为0.5-1cm。

10.按权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中，所述管状脱细胞气管支架材料制成2cm、4cm或6cm的规格。