CN103876859A - 一种由微米纤维构成的具有大孔结构的人工血管及其制备方法与应用 - Google Patents
一种由微米纤维构成的具有大孔结构的人工血管及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种由微米纤维构成的具有大孔结构的人工血管及其制备方法与应用，是通过纺丝过程中针对性调控加工参数(提高溶液浓度和流速等)获得具有大孔结构的人工血管。该人工血管具有良好力学性能和生物相容性，可以用于修复替代病损的天然血管。其具有的大孔结构有利于细胞向材料内部的迁移和组织再生重构，从而能够维持血管长期通畅，降低血管再狭窄的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种由微米纤维构成的具有大孔结构的静电纺丝材料的加工技术方法，还涉及由此方法制备的人工血管及其在病损血管替代和修复再生中的应用。
背景技术
由于动脉粥样硬化引起的心血管和外周血管疾病已成为威胁人类健康的重要杀手之一。在我国，每年因创伤和疾病造成的血管缺损和功能性障碍患者人数位居世界之首。而且，随着我国人民生活水平的提高、饮食结构的变化和人口结构的老龄化，心血管和外周血管疾病的发生还有继续上升的趋势。
自体血管是最为理想的移植供体，虽然自体静脉已经用于临床，但供体血管来源相对匮乏，很多患者没有合适的静脉可供移植，而异体和异种血管由于易产生免疫排斥反应，临床应用也受到限制。因此，人工血管研究受到了日益广泛的重视。早期的人工血管是采用不可降解的合成高分子材料制成，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，
)，聚氨酯(PU)和膨体聚四氟乙烯(ePTFE)等，临床实践证明这类材料在大口径血管移植术中获得了一定的成功。但该类惰性材料的血液相容性较差，作为小口径血管(内径小于6毫米)，在高张力、低血流的特殊状态下移植后失败率很高，主要表现为血栓形成、血管再狭窄和阻塞。
采用可降解聚合物制备小口径人工血管是目前解决这一问题的有效策略，其能够在体内募集自体细胞，实现血管组织再生与重构，最终人工血管被机体降解吸收，从而替代病损的血管。静电纺丝技术是目前制备小口径人工血管的主要加工方法，但传统的电纺丝材料往往由纳米或亚微米尺度的纤维构成，制备过程中纤维密集沉积，导致材料内部孔隙较小，不利于细胞迁移和组织再生。长期移植后，存在内膜增生、血管再狭窄的风险。
发明内容
本发明的第一部分，提供了一种由微米纤维构成、具有大孔结构的电纺丝材料的制备方法；具体方法包括，将可降解聚合物溶解在一定组成和配比的溶剂中，配制成质量／体积分数为10％-30％浓度的溶液，待溶解完全后，将溶液装入注射器中，利用电纺丝仪进行加工，通过调节电压、流速、接收距离参数来调控材料的纤维直径、孔径和孔隙，通过调控电纺时间来调控多孔纤维膜厚度，从而制备具有大孔结构的电纺丝微米纤维(1-15微米)膜材料；
本发明所用溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲醇、乙醇、丙酮、三氟乙醇、六氟异丙醇中的一种或几种的混合物；
本发明所用可降解聚合物包括聚己内酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚(丙交酯-己内酯)共聚物(PLCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚对二氧六环己酮(PDS)中的一种或几种的混合物；
本发明电纺高压电场的电压为5-20千伏，微量注射器控制流速为1-10毫升／小时，接收距离为10-30厘米。
本发明的第二部分，提供了一种具有大孔结构的人工血管及其制备方法；具体采用方法一的电纺丝溶液和加工方法，利用直径0.5-6毫米的圆柱状接收器进行静电纺丝加工，通过调节电压、流速、接收距离参数来调控材料的纤维直径、孔径和孔隙，通过控制电纺时间来调控血管壁厚度，从而获得一种由微米纤维构成的具有大孔结构的电纺丝人工血管，其中微米纤维直径为1-15微米。
本发明的第三部分，提供了利用具有大孔结构的电纺丝人工血管原位移植以替代病损血管的方法；具体方法采用方法二所制备的人工血管，利用原位移植技术替换部分病损血管，包括下肢动脉、冠状动脉、腹主动脉、颈动脉；原位移植采用端端吻合术，采用9-0尼龙缝合线进行吻合；术后定期观察；处死前利用数字减影血管造影(DSA)确定血管的通畅率，取材后通过体式显微镜整体观察血管内外表面形态；利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面；采用免疫组织化学染色、免疫荧光染色观察血管再生与重构的过程。
本发明专利与现有技术相比，突出的优点在于操作简单易行，材料一次制备，无需后处理和加工，因此制造成本低，制备的血管材料具有良好的力学强度、韧性和顺应性；适合手术缝合操作；材料安全无毒，具有良好的生物相容性，无免疫原性；材料植入体内后能保持长期通畅，不易形成血栓、动脉瘤和血管再狭窄；材料具有的纤维结构和孔结构特别有利于细胞向材料内部迁移，从而促进血管再生与重构。
具体实施方式
实施例1：具有大孔结构的聚己内酯(PCL)电纺丝微米纤维膜材料的制备
溶液制备：称取2.5克数均分子量为80000的聚己内酯(PCL)，加入到10毫升体积比为5∶1的氯仿／甲醇的混合溶剂中，室温搅拌溶解过夜，制得浓度分数为25％(质量／体积)的PCL溶液。
纺丝加工：静电纺丝在室温下进行，室内相对湿度为50％。将圆柱形旋转接收器与地线相连。将聚己内酯纺丝溶液装入直径约为14.9毫米的注射器中，并将高压直流电源与注射器针头相连。调整注射器针头对准圆柱形接收器的中央，设置针头与接收器的距离为22厘米，溶液流速为8毫升／小时，直流电压为11千伏，电纺30分钟；制备完成后将膜材料真空干燥使溶剂彻底挥发，测得多孔膜厚度为350微米。
实施例2：具有大孔结构的聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)电纺丝微米纤维膜材料的制备
溶液制备：称取2克聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物，加入到10毫升二氯甲烷溶剂中，室温搅拌溶解过夜，制得浓度分数为20％(质量／体积)的PLGA溶液。
纺丝加工：同实施例1
实施例3：具有大孔结构的聚己内酯人工血管的制备
溶液制备：同实施例1
纺丝加工：静电纺丝在室温下进行，室内相对湿度为50％。将直径为2毫米的不锈钢圆柱安装到接收装置上，并接地。将聚己内酯纺丝溶液装入直径约为14.9毫米的注射器中，并将高压直流电源与注射器针头相连。调整注射器针头对准圆柱接收器的中央，设置针头与接收器之间的距离为11厘米，溶液流速为8毫升／小时，直流电压为11千伏；电纺持续8分钟，制备完成后将管材料真空干燥使溶剂彻底挥发，测得血管壁厚度为450微米。
实施例4：大孔结构的聚己内酯人工血管体内原位移植替代部分自体血管
溶液制备：同实施例3
纺丝加工：同实施例3
体内移植：采用大鼠腹主动脉移植模型，人工血管长度1.5厘米，内径2.2毫米。采用端端吻合术，采用9-0尼龙缝合线进行吻合。术后4周和12周观察。处死前利用数字减影血管造影(DSA)确定血管的通畅率，取材后通过体式显微镜整体观察血管内外表面形态；利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面；采用免疫组织化学染色、免疫荧光染色观察血管再生与重构的过程。结果显示大孔结构的PCL人工血管具有良好的通畅性，大孔结构显著促进了细胞化和组织再生进程，移植三个月后的血管已具有一定生理功能。
Claims (3)
1.一种由微米纤维构成的具有大孔结构的电纺丝材料的制备方法，其特征在于具体制备方法包括：将可降解聚合物溶解在一定组成和配比的溶剂中，配制成质量／体积分数为10％-30％浓度的溶液，待溶解完全后，将溶液装入注射器中，利用电纺丝仪进行加工，通过调节电压、流速、接收距离参数来调控材料的纤维直径、孔径和孔隙，通过调控电纺时间来调控多孔纤维膜厚度，从而制备直径1-15微米、具有大孔结构的电纺丝微米纤维膜材料；所述可降解聚合物包括聚己内酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚(丙交酯-己内酯)共聚物(PLCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚对二氧六环己酮(PDS)中的一种或几种的混合物；所述溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲醇、乙醇、丙酮、三氟乙醇、六氟异丙醇中的一种或几种的混合物；所述电纺高压电场的电压为5-20千伏，微量注射器控制流速为1-10毫升／小时，接收距离为10-30厘米。
2.一种由微米纤维构成的具有大孔结构的人工血管及其制备方法，其特征在于采用权利要求1所述的电纺丝溶液和加工方法，利用直径0.5-6毫米的圆柱状接收器进行静电纺丝加工，通过调节电压、流速、接收距离参数来调控材料的纤维直径、孔径和孔隙，通过控制电纺时间来调控血管壁厚度，从而获得一种由微米纤维构成的具有大孔结构的电纺丝人工血管，其中微米纤维直径为1-15微米。
3.利用具有大孔结构的电纺丝人工血管原位移植以替代病损血管的方法，其特征在于采用权利要求2所述的人工血管，利用原位移植技术替换部分病损血管，包括下肢动脉、冠状动脉、腹主动脉、颈动脉；原位移植采用端端吻合术，采用9-0尼龙缝合线进行吻合；术后定期观察；处死前利用数字减影血管造影(DSA)确定血管的通畅率，取材后通过体式显微镜整体观察血管内外表面形态；利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面；采用免疫组织化学染色、免疫荧光染色观察血管再生与重构的过程。
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