CN105457098A - 一种在体人工血管的智能制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在体人工血管的智能制备方法，首次将温度敏感材料接枝或者涂布到人工血管模板植入物表面使得其在植入人体阶段由于高于温度敏感材料的低临界转变温度而呈现出较疏水特性从而有效地与胶原蛋白纤维囊结合以促进胶原蛋白纤维囊均匀地复制人工血管植入物形貌，而在其去除阶段采用低于温度敏感材料的LCST温度的条件并呈现出较亲水特性因此减弱与胶原蛋白纤维囊的相互作用从而能够轻易地与胶原蛋白纤维囊分离以获得近乎无损的胶原蛋白纤维囊空腔作为人工血管。本申请将智能感知周围环境温度的温度敏感材料用于在体人工血管制备具有植入物植入阶段固定性好，而在分离阶段分离方便的特点，因此有助于人工血管更好地为社会服务。

Description

一种在体人工血管的智能制备方法

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种在体人工血管的智能制备方法。

背景技术

随着医学的不断进步及老龄化和人们不健康生活方式等因素的影响，心血管疾病目前已经成为威胁人类健康的头号杀手。而血管狭窄、栓塞等血管问题又成为其中重要的组成。治疗这类严重血管疾病的主要方法就是血管移植。移植血管的主要来源有自体静脉和人工血管，其中自体静脉在移植到体内时不会引起排斥反应，有天然的抗凝血性，机械性能和生物相容性都非常好，因此自体静脉移植被认为是血管移植的“黄金标准”。但是在临床手术中有相当大一部分病人由于种种原因无法进行自体静脉移植，因此必须使用人工血管。人工血管是模拟人体血管的性能而利用不同材料构建的血管替代物。经过几十年的开发，包括涤纶(PET)、膨体聚四氟乙烯(ePTFE)、真丝和聚氨酯等材料构建的人工血管得到很大的发展。目前由涤纶(PET)和膨体聚四氟乙烯(ePTFE)制作的大口径人工血管在临床上已经取得了令人满意的效果，但是小口径人工血管(内径D<6mm)植入体内后的长期通畅率较低，使用效果无法达到临床要求。例如Mori等人总结以人工血管重建膝下动脉的5年通畅率仅为38.9％。尽管如此，小口径人工血管作为严重狭窄或闭塞性血管的替代物，在心血管搭桥术等方面仍然得到广泛的应用。所以改善小口径人工血管材料的抗凝能力，提高其远期通畅率，就成为人们迫切需要解决的重要研究课题。

而另外一方面，人们的研究表明任何植入物对哺乳动物而言都是一种外来物，因此当有植入物植入哺乳动物体内时，会刺激成纤维细胞增生，合成胶原蛋白纤维，最终导致植入物周围被胶原蛋白纤维薄膜构建的囊所包裹，厚度一般介于数十至数百微米。通常情况下，当胶原蛋白纤维囊较厚时由于缺乏正常的血液供应，会导致植入物周围持续性感染，甚至会引发肿瘤。但是人们的研究也发现在皮下埋入植入物形成的胶原蛋白纤维囊可以构建小直径人工血管，并且其生物学性能良好，其应用也开始受到人们的高度关注。然而在实际操作过程中，通过植入物刺激生成胶原蛋白纤维囊制作人工血管特别是小口径人工血管却存在植入物与胶原蛋白纤维囊分离方面的困难-由于薄薄的胶原蛋白纤维囊包裹在植入物表面且相互作用，将植入物(目前人们采用的材料为不锈钢丝表面涂布硅基材料)从胶原蛋白纤维囊中取出常常由于植入物与胶原蛋白纤维囊的相互磨损而导致纤维囊的损伤甚至穿孔，因此必须寻求方法减小植入物与胶原蛋白纤维囊分离过程对胶原蛋白纤维囊的损伤以利于其制作的人工血管更好地服务于人类。

事实上胶原蛋白纤维囊的组成部分主要为胶原蛋白质，植入物植入人体后其与胶原蛋白相互作用的强弱决定了其与胶原蛋白纤维囊分离的难易程度。而胶原蛋白与植入物的相互作用则主要通过疏水作用、静电作用、氢键作用等进行并受到包括蛋白质变性而引起的熵增等影响。人们的研究发现胶原蛋白与疏水材料表面的作用较强，而与亲水材料表面的作用较弱。因此减小植入物与胶原蛋白纤维囊分离过程对胶原蛋白纤维囊的损伤的一种有效的方法是在植入阶段植入物与胶原蛋白纤维囊作用较强-这样可以有效地固定植入物与胶原蛋白纤维囊从而更好地均匀复制植入物人工血管模板的形貌，但是在需要去除植入物以制备人工血管时植入物与胶原蛋白纤维囊作用较弱并可以轻松分离。为此在植入物表面进行处理使得其在植入阶段呈现疏水特性，而在去除植入物阶段则变为亲水特性就成为一种很好的选项。为此，本申请在国际上首次提出利用表面接枝或者涂布修饰温度敏感材料的植入物植入人体使得其在植入人体阶段呈现出疏水特性而能够与胶原蛋白纤维囊很好结合，而在其去除阶段则变为亲水特性以轻松地与胶原蛋白纤维囊分离，从而为基于植入物制作人工血管作出贡献。发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种在体人工血管的智能制备方法，通过将温度敏感材料接枝或者涂布到人工血管模板植入物表面使得其在植入人体阶段呈现出较疏水特性从而有效地与胶原蛋白纤维囊结合以促进胶原蛋白纤维囊均匀地复制人工血管植入物形貌，而在其去除阶段则呈现出较亲水特性从而能够轻易地与胶原蛋白纤维囊分离以获得近乎无损的胶原蛋白纤维囊空腔作为人工血管。本申请的人工血管智能制备方法具有植入阶段固定性好，而在分离阶段可以方便地获取完整的胶原蛋白纤维囊空腔的特点，因此有助于人工血管更好地为社会服务。

技术方案：

本发明的一种在体人工血管的智能制备方法其特征是首先根据需要移植的血管尺寸设计外壁尺寸与血管内壁尺寸吻合的人工血管模板，然后选择高分子材料根据人工血管模板尺寸制备外壁为高分子材料的人工血管模板，随后在人工血管模板外壁接枝或者涂布温度敏感材料，其后将接枝有温度敏感材料的人工血管模板作为植入物植入人体一段时间获得胶原蛋白纤维囊包覆的人工血管模板植入物，然后降低温度至低于温度敏感材料的低临界转变温度(LCST)时将人工血管模板植入物从胶原蛋白纤维囊中取出即获得胶原蛋白纤维囊空腔，该胶原蛋白纤维囊空腔即为人工血管。

所述温度敏感材料为聚N-异丙基丙烯酰胺及其其衍生物；

所述温度敏感材料的低临界转变温度低于37摄氏度；

所述降低温度是指对植入物及胶原蛋白纤维囊进行降温；

所述外壁尺寸与血管内壁尺寸吻合的人工血管模板是指其外壁尺寸介于血管内壁尺寸的51％-190％。

所述植入物植入人体一段时间是指植入物植入人体后大于等于三周；

所述将人工血管模板植入物从胶原蛋白纤维囊中取出是指通过降低温度至低于低临界转变温度使得人工血管模板植入物与胶原蛋白纤维囊作用减弱的情况下先将胶原蛋白纤维囊在人工血管模板植入物的两端去除胶原蛋白纤维层后再通过机械作用将植入物与胶原蛋白纤维囊分离并移除出胶原蛋白纤维囊；

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本申请首次将表面接枝或者涂布温度敏感材料用于制作人工血管模板，这样的人工血管模板植入人体后由于其温度敏感材料大于其LCST而呈现出较疏水特性因此可以与胶原蛋白纤维囊紧密作用从而有效且均匀地复制人工血管模板植入物的形貌，而在人工血管模板植入物与胶原蛋白纤维囊分离阶段通过降低温度使得植入物表面呈现出较亲水特性而可以轻松与胶原蛋白纤维囊分离并获取完整的胶原蛋白纤维囊空腔。本申请将有助于在体人工血管的进一步发展与应用。

附图说明

图1为一种在体人工血管的智能制备流程示意图。a为所需要移植血管；b为根据需要移

植血管的尺寸制备的人工血管模板，b1为其中增强材料，b2为接枝或者涂布的温度敏

感材料；c为人体组织；d为胶原蛋白纤维囊，d1为胶原蛋白纤维囊的端，d2为胶原蛋

白纤维囊去除端后的中间部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为一种在体人工血管的智能制备流程示意图。首先根据所需要移植血管a的尺寸选择一种低表面能材料制备外壁尺寸与血管内壁尺寸吻合的外壁为低表面能材料的人工血管模板b，人工血管模板内部可以用增强材料b1增强，然后在人工血管模板表面接枝或者涂布不溶的低的临界转变温度小于37摄氏度的温度敏感材料b2。随后将人工血管模板作为植入物植入人体c，此时温度敏感材料b2由于高于低的临界转变温度而呈现出较疏水状态并能够与组织及胶原蛋白进行紧密作用，一段时间后获得胶原蛋白纤维囊d包覆的人工血管模板植入物b，然后将胶原蛋白纤维囊包裹的人工血管模板置于低于温度敏感材料b2的LCST的温度条件而呈现出较亲水状态，然后将胶原蛋白纤维囊在人工血管模板植入物的两端d1去除胶原蛋白纤维层后通过包括晃动、水流或者拉扯等较小作用力的方式即可将植入物与胶原蛋白纤维囊分离并移除出胶原蛋白纤维囊并获得胶原蛋白纤维囊中间部分d2所构成的空腔，该胶原蛋白纤维囊空腔即为人工血管。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

临床上有一病患需要一根长约2厘米内径为3毫米的静脉血管移植。为此首先用2毫米的不锈钢绳灌注聚甲基丙烯酸甲酯的方式制备长为3厘米，内径3毫米的复合杆。将该复合杆均匀涂布60w/w％的N-异丙基丙烯酰胺异丙醇溶液，并立即在10-5Torr真空条件下封装于塑料袋内，随后用地那米型电子加速器产生的电子束辐照进行接枝及聚合，辐射剂量为0.3MGy。随后复合杆用冷的去离子水清洗以去除未反应的N-异丙基丙烯酰胺及未接枝的聚N-异丙基丙烯酰胺，随后在25摄氏度下真空干燥。将该复合杆在通过紫外辐照30分钟消毒后植入病患大腿皮下5个礼拜后取出复合杆及其外壁包覆的胶原蛋白纤维囊。将该复合杆及胶原蛋白纤维囊一起冷却温度至20摄氏度后通过切割方法暴露复合杆两端并在20摄氏度冷水中浸泡3小时后夹住胶原蛋白纤维囊中间部分垂直提起复合杆其外壁包覆的胶原蛋白纤维囊并上下甩动，胶原蛋白纤维囊与复合杆因复合杆的重力作用及甩动产生的作用而分离并获得管状胶原蛋白纤维囊中间部分空腔。随后管状胶原蛋白纤维囊空腔即可在消毒后作为人工血管进行病患的静脉血管移植。

实施例二：

制备人工血管模板植入物其它条件同实施例二，但选择制备的人工血管模板直径为5.9毫米。

实施例三：

制备人工血管模板植入物其它条件同实施例二，但选择制备的人工血管模板直径为1.6毫米。

实施例四：

临床上有一病患需要一根直径2毫米长度为1厘米的毛细血管移植。为此首先将直径1毫米长度为1.5厘米的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA杆外面均匀包覆医用硅橡胶使得其复合杆的直径达到2毫米。然后放入功率为100W频率为13.56mhz的等离子发生器中并以100sccm的速度通入氩气。然后开启等离子发生器电源处理50秒，随后将复合杆取出并暴露于空气中15分钟，随后浸泡入15wt％的N-异丙基丙烯酰胺水溶液中，随后加热到80摄氏度反应2小时得到聚N-异丙基丙烯酰胺接枝硅橡胶表面的复合杆。随后将复合杆在医用酒精中消毒30分钟后干燥。将患者上臂皮肤在消毒后切开，并用钻钻出一个深1.5厘米内径2毫米的孔洞，然后将复合杆植入后缝合并留置病患体内3周后再次开口取出复合杆及其上包覆的胶原蛋白纤维囊后再次缝合伤口。将取出的复合杆及胶原蛋白纤维囊一起降低温度至室温并通过切割方法将复合杆两端露出，然后在室温冷的生理盐水中轻微摇晃2小时后，复合杆与胶原蛋白纤维囊中间部分分离。将复合杆从胶原蛋白纤维囊中间部分中取出后管状的胶原蛋白纤维囊空腔即可作为人工血管为病患进行血管移植。

实施例五：

临床上有一病患需要一根长约1厘米内径为5毫米的动脉血管移植。为此首先用4毫米的不锈钢绳灌注医用硅橡胶的方式制备长为1.5厘米，内径5毫米的复合杆。

另外制备聚甲基丙烯酸甲酯-co-聚N-异丙基丙烯酰胺共聚物。10gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm),3g甲基丙烯酸甲酯,和0.12g交联剂甲叉双丙烯酰胺MBA加入570mL水中.反应混合物在氮气保护下在有冷凝器的1升四颈圆底瓶中升温至70摄氏度，随后加入溶解在30毫升去离子水中的0.5g的过硫酸铵(APS)引发剂以引发聚合反应。聚合反应在氮气保护下反应4小时，随后用截留分子量10KDa的透析膜以每隔8小时更换一次的频率用去离子水透析3天直至溶液电导率小于1μS/cm。所得溶液60摄氏度真空干燥得到聚甲基丙烯酸甲酯-co-聚N-异丙基丙烯酰胺共聚物。将所得共聚物配制成0.5wt％的水溶液。

然后将上述复合杆浸泡进入上述溶液30分钟，随后取出并在60摄氏度干燥2小时，随后将复合杆再次浸泡入去离子水中24小时并且每隔3小时更换一次去离子水。植入物随后再次在60摄氏度干燥2小时。并在在紫外光下消毒30分钟得到表面涂布有温度敏感共聚物的人工血管模板。

将该人工血管模板植入病患大腿皮下4个礼拜后取出复合杆及其外壁包覆的胶原蛋白纤维囊。将该复合杆及胶原蛋白纤维囊一起冷却温度至室温后暴露复合杆两端并在冷生理盐水中浸泡3小时并每隔30分钟轻轻晃动复合杆及胶原蛋白纤维囊，随后握住复合杆用生理盐水轻轻冲洗胶原蛋白纤维囊直至胶原蛋白纤维囊空腔完全脱离复合杆。随后胶原蛋白纤维囊空腔即可在消毒后作为人工血管进行病患的动脉血管移植。

Claims (7)

1.一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，首先根据需要移植的血管尺寸设计外壁尺寸与血管内壁尺寸吻合的人工血管模板，然后选择高分子材料根据人工血管模板尺寸制备外壁为高分子材料的人工血管模板，随后在人工血管模板外壁接枝或者涂布温度敏感材料，其后将接枝或者涂布有温度敏感材料的人工血管模板作为植入物植入人体一段时间获得胶原蛋白纤维囊包覆的人工血管模板植入物，然后降低温度至低于温度敏感材料的低临界转变温度LCST时将人工血管模板植入物从胶原蛋白纤维囊中取出即获得胶原蛋白纤维囊空腔，该胶原蛋白纤维囊空腔即为人工血管。

2.根据权利要求1所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述温度敏感材料为聚N-异丙基丙烯酰胺及其其衍生物。

3.根据权利要求1或2所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述温度敏感材料的低临界转变温度低于37摄氏度。

4.根据权利要求1所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述降低温度是指对植入物及胶原蛋白纤维囊进行降温。

5.根据权利要求1所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述外壁尺寸与血管内壁尺寸吻合的人工血管模板是指其外壁尺寸介于血管内壁尺寸的51%-190%。

6.根据权利要求1所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述植入物植入人体一段时间是指植入物植入人体后大于等于三周。

7.根据权利要求1所述的一种在体人工血管的智能制备方法，其特征是，所述将人工血管模板植入物从胶原蛋白纤维囊中取出是指通过降低温度至低于低临界转变温度使得人工血管模板植入物与胶原蛋白纤维囊作用减弱的情况下先将胶原蛋白纤维囊在人工血管模板植入物的两端去除胶原蛋白纤维层后再通过机械作用将植入物与胶原蛋白纤维囊分离并移除出胶原蛋白纤维囊。