CN104922728A - 一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，属生物医用材料领域。该人工血管由抗凝血改性后的丝素蛋白溶液均匀涂覆在特定金属模具上，通过旋转成型，加热干燥，再浸泡于乙醇水溶液中，得到丝素小口径人工血管。可以根据需要来制备不同性能和外型的丝素血管：通过调节模具旋转速度和干燥温度来控制血管的力学性能；通过涂覆层数来控制血管的厚度；通过调节模具直径来控制血管的直径。本发明得到的丝素血管具有良好的生物相容性、血液相容性和力学性能；直径小于6mm,一次成型，制备工艺简单；顺应性好，无明显的应力缺陷，在动物体内6个月内均保持畅通，为小口径血管的临床应用打下一定基础。

Description

一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法

技术领域

本发明为制备一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管，涉及生物医用材料领域。

背景技术

心血管疾病是危害人类健康的常见疾病之一，比较严重的患者，最常用的治疗手段及辅助治疗手段就是血管移植手术。而进行此项手术需要血管替代物。因此，有必要进行医用人工血管的研制。自从1957年研制出涤纶人造血管以来，国内外陆续开发出了各种材料和多种成型的人造血管。人工血管发展到今天，虽然已经经历了几次大的飞跃，然而小口径(小于6mm)的人工血管移植后远期畅通率的提高一直是有待于解决的首要问题。原因是材料的抗凝血性不足，容易形成血栓，导致在小口径血管内发生堵塞。此外它们的顺应性与天然血管存在较大差异，植入后由凝血酶引起纤维蛋白在内腔沉积，这特别容易发生在应力相对集中的缝合线处。

为提高小口径血管的远期畅通率，需要寻找顺应性更好的材料。在中、小口径人工血管中，膨体聚四氟乙烯(ePTFE)的使用率最高。但是临床资料表明自体血管移植物2年后通畅率达75％，而ePTFE人工血管移植物的通畅率仅为30％，这与ePTFE人工血管的顺应性较差有关。真丝人造血管由于保形性差、强力较低，易造成血管内塌,因此应用不是很广泛；大口径的涤纶人造血管通畅率较高，具有良好的桥接效果，但不能完全满足小口径人造血管的制造要求。具备良好的顺应性、耐磨性、弹性、生物相容性及一定的抗凝血性的聚氨酯是目前被研究最多的人造血管制造材料，但是内皮细胞在聚氨酯表面不易附着，材料在植入人体后会有降解产物，从小血管的应用来讲，聚氨酯材料仍不是最佳的选择。

近年来，人们开始关注丝素这种天然生物材料。它与合成高分子材料相比，避免了复杂、繁琐的合成工艺，提纯工作简单，而且丝素蛋白无毒性、无刺激作用、无过敏性，安全可靠，生物相容性较之有明显的优势，并且已有文献报道，丝素蛋白具有良好的支持细胞粘附和生长的能力，是一种适于细胞和组织培养的基质。与其他生物医用材料相比，由于其来源广泛、制备工艺简单、纯度较高，是一种很有应用前景的材料。

丝素蛋白是蚕丝的主要组成部分，由18种氨基酸组成,其中有8种是人体所必需的氨基酸。丝素蛋白的聚集态结构被认为由结晶态和无定性两大部分组成。丝素蛋白分子的构象可以分为两类，即Silk I和Silk II结构。silkⅠ晶体立体构象呈曲柄形，是介于β折叠与α螺旋之间的一种中间形态；silk Ⅱ晶体呈反平行β折叠层结构，属单斜晶系。Silk I和Silk II两种结构均能从溶解状态的溶液中获得，获得哪种结构取决于结晶条件。Silk II结构比Silk I结构稳定，干燥过程中任何机械振动都会导致Silk I结构转为Silk II结构，也可以通过改变 温度、溶剂极性(如甲醇，乙醇，甲酸，二甲基甲酰胺等)、溶液pH变化、置于电场中和应力作用等条件来实现构型的转变。丝素蛋白的力学性能随其存在形式的不同而不同，以纤维形式存在时力学性能较好，为了适应外科缝合和周围组织活动而产生的变形的要求，丝素管需要具备较好的柔韧性和弹性。而目前，已有的再生丝素管在力学性能方面存在不足之处，顺应性差，在很大程度上限制了它的应用范围。所以丝素管的制备方法的研究十分必要。

2010年，苏州大学发明(专利号：201010189082.0)一种小口径丝素蛋白管状材料及其制备方法。以丝素为基本原料，构建具有三层结构的小口径丝素蛋白管状材料，其中中层为管状熟丝编织网，外层材料为微纳米级丝素纤维网，内层材料为丝素多孔材料。上述方法虽然具备了血管的三层仿生结构，为细胞的生长提供支架，但是各层之间的会出现粘结不良问题，顺应性不佳，制备方法复杂，不利于临床实际应用。2014年，欧阳晨曦等人发明(专利号：201410071581.8)一次成型的聚氨酯人造血管及其制备方法。该发明制造出来的人工血管更加均匀，强度大，同时顺应性与抗死角性更好，但是内皮细胞在聚氨酯表面不易附着，材料在植入人体后会有降解产物，对于小血管的长期通畅来讲，聚氨酯材料仍不是最佳的选择。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，本发明的丝素人工血管属于天然材料，生物相容性良好，畅通率高，制备简单，为解决小口径血管的堵塞问题带来希望。

为了实现上述目的，本发明提供的一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管是这样实现的：

制备高浓度的丝素蛋白水溶液同专利“不溶性丝素蛋白膜及丝素蛋白管的制备”(专利号：03131142.3),即将蚕丝在无水Na₂CO₃溶液中煮沸来脱胶，多次洗涤干燥后，获得纯的丝素蛋白，接着溶解于三元溶剂或其他浓盐溶液中，透析三天，在磁力加热搅拌器轻微搅拌下浓缩得到高浓度的丝素蛋白水溶液。其中，丝素蛋白水溶液浓度为100-600mg/ml，使用1％-5％肝素进行抗凝血改性。

本发明的丝素小口径人工血管的固化和成型工艺，是将得到的丝素蛋白溶液均匀地涂覆在模具上，使用电机联动装置，使模具保持一定旋转速度(0-3000转)，同时缓慢加热干燥(温度控制在0-100℃)，可进行多次涂覆，待溶液完全干燥后，将模具置于无水乙醇或乙醇水溶液中浸泡1-3天进行处理，然后从模具表面取下中空管状物，在室温下干燥1-3天，即得到一次成型的丝素小口径人工血管。

其中，外涂覆内加热的实现方法是将模具一段固定在电机上，随着电机转动，当涂覆溶液后，在剪切力和重力的作用下，丝素溶液随着模具旋转，并均匀展开；模具的另一端通过 加热棒加热模具，使溶液干燥。

本发明的丝素小口径人工血管可以根据需要来调整其性能和外型。通过改变丝素蛋白溶液的浓度、肝素含量、加热温度、旋转速度和涂覆层数，可以制备出不同性能的血管；改变模具的型号可以制备出不同外型的血管。所制备的丝素小口径人工血管直径小于6mm，长度50-200mm，管壁厚度为0.02-1mm,可用于生物医用材料领域。

本发明的优点在于：

1.以天然材料丝素作为人工血管材料，具有优良的生物相容性、血液相容性和力学性能，有利于细胞粘附，体内排斥作用小。

2.所制备的丝素小口径人工血管经过临床使用检测评价，满足多项国家标准及行业标准对心血管移植物的要求。经动物实验的研究表明，丝素管顺应性好，无明显的应力缺陷，在动物体内6个月内均保持畅通，而且具有爆破压高和缝合力高等特点，为小口径血管的临床应用打下一定基础。

3.所制备的丝素小口径人工血管的湿态拉伸强度大于9MPa，断裂伸长率大于30％，可以满足临床使用要求。

4.一次成型法来制备丝素血管，方法简单，效率高，有利于工业化的生产。

5.制备过程中没有使用有机溶剂，绿色安全。

6.制备工艺条件可控，可根据需要调节血管的直径、长度、厚度。

本发明的丝素小口径人工血管符合心血管移植物的多项要求，可以作为血管代替物进入动物实验，对小口径血管在生物医学临床上的应用具有重大意义和使用价值。

附图说明

附图是本发明制备出的直径分别为4mm和6mm的丝素小口径人工血管图。

具体实施方式

实施例

称取一定质量的生丝，充分浸泡在0.5wt％的Na₂CO₃水溶液中，加热至100℃，保持沸腾状态60min，以除去蚕丝表面的丝胶。将煮过的丝素用蒸馏水多次清洗后置于60℃恒温干燥箱中干燥12h。将干燥好的丝素用CaCl₂/H₂O/C₂H₅OH(摩尔比为1：8：2)三元溶剂在80℃下温和搅拌来溶解。冷却至室温后，将溶液装入透析带(截留分子量8,000－12,000)用蒸馏水透析72h。透析完毕，抽滤，得到乳白色的丝素蛋白的水溶液。在60℃下温和搅拌丝素溶液，采用物理共混的方式加入一定量肝素作抗凝剂，浓缩至100-600mg/ml备用。

实施例1

将浓度为300mg/ml的丝素蛋白溶液均匀涂覆在金属管外壁，金属管的直径为5mm，启 动电机联动装置，旋转速度50rpm，控制加热棒缓慢升温到为80℃，待溶液干燥后，终止加热，冷却到室温，置于无水乙醇或乙醇水溶液中浸泡1-3天，然后从模具表面取下中空管状物，在室温下干燥1-3天，即得到单层直径为5mm的丝素小口径人工血管。

实施例2

重复实施例1的方法，其中丝素溶液的浓度为500mg/ml，得到单层直径为5mm的丝素小口径人工血管。

实施例3

重复实施例1的方法，其中丝素溶液的浓度为500mg/ml，旋转速度150rpm，得到单层直径为5mm的丝素小口径人工血管。

实施例4

重复实施例1的方法，其中丝素溶液的浓度为500mg/ml，金属管的直径为4mm，旋转速度150rpm，得到单层直径为4mm的丝素小口径人工血管。

实施例5

重复实施例1的方法，其中丝素溶液的浓度为500mg/ml，金属管的直径为4mm，旋转速度100rpm，加热棒温度为60℃，待溶液干燥后，再次将溶液涂覆在模具外壁，加热，可多次涂覆，待溶液干燥后，终止加热，冷却到室温，置于无水乙醇或乙醇水溶液中浸泡1-3天，然后从模具表面取下中空管状物，在室温下干燥1-3天，即得到多层直径为4mm的丝素小口径人工血管。

实施例6

重复实施例1的方法，其中丝素溶液的浓度为500mg/ml，金属管的直径为6mm，旋转速度100rpm，加热棒温度为60℃，待溶液干燥后，再次将溶液涂覆在模具外壁，加热，可多次涂覆，待溶液干燥后，终止加热，冷却到室温，置于无水乙醇或乙醇水溶液中浸泡1-3天，然后从模具表面取下中空管状物，在室温下干燥1-3天，即得到多层直径为6mm的丝素小口径人工血管。

Claims (4)

1.一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，其特征在于：该人工血管由丝素蛋白溶液涂覆在小口径模具上并旋转成型得到的中空管状物；所述中空管状物是由丝素蛋白经由如下方法制备而成：

1)丝素蛋白溶液的配置：同专利“不溶性丝素蛋白膜及丝素蛋白管的制备”(专利号：03131142.3)，将蚕丝在无水Na₂CO₃溶液中脱胶，获得纯的丝素，再溶解在三元溶液中，透析，得到丝素溶液。将1％-5％的抗凝血肝素溶解在丝素蛋白溶液中，搅拌，60℃浓缩，得到高浓度丝素蛋白水溶液。

2)小口径血管的固化和成型工艺：将得到的丝素蛋白溶液均匀地涂覆在模具上，使用电机联动装置，使模具保持一定旋转速度(0-3000转)，同时缓慢加热干燥(温度控制在0-100℃)，多次涂覆，待溶液完全干燥后，将模具置于无水乙醇或乙醇水溶液中浸泡1-3天进行处理，然后从模具表面取下中空管状物，在室温下干燥1-3天，即得到一次成型的丝素小口径人工血管。

2.如权利要求1所述的一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，其特征在于：所述1)中的丝素蛋白水溶液浓度为100-600mg/ml。

3.如权利要求1所述的一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，其特征在于：所述2)中外涂覆内加热的实现方法是模具一段固定在电机上，随着电机转动，当涂覆溶液后，在剪切力和重力的作用下，丝素溶液随着模具旋转，并均匀展开；在模具的另一端通过加热棒加热模具，使溶液干燥。

4.如权利要求1所述的一种具有良好畅通率的丝素小口径人工血管的制备方法，其特征在于：由天然绿色材料丝素所制备的特定血管直径小于6mm，长度50-200mm，管壁厚度为0.02-1mm,经动物实验的研究表明，丝素管顺应性好，无明显的应力缺陷，在动物体内6个月内均保持畅通，而且具有爆破压高和缝合力高等特点，为小口径血管的临床应用打下一定基础，可用于生物医用材料领域。