CN109833519A - 一种人工生物瓣膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物瓣膜及其制备方式，所述制备方法如下：将交联过的或者未交联的异种生物组织，通过原位交联的方式与水凝胶复合，得到水凝胶复合的生物瓣膜组织，然后将所得到的生物瓣膜进行适度脱水得到干燥的生物瓣膜；本发明得到的生物瓣膜组织在干燥状态下依然具有较好的弹性和柔韧性，在应力条件下不会发生永久变形并在水中可以恢复原有形状，因此可以出厂时就以干态预装在输送系统上，降低了传统的介入生物瓣膜在生产、运输中的成本，减少手术时间，并且水凝胶的引入避免了瓣膜与血液的直接接触，改善了生物相容性，有助于延长瓣膜寿命。

Description

一种人工生物瓣膜的方法

技术领域

本发明涉及生物医学材料以及医疗器械技术领域，特别是一种人工生物瓣膜处理方法及其生物材料。

背景技术

随着老龄化社会的到来，瓣膜疾病的发病人数不断攀高，严重时威胁病人生命。对于一些瓣膜无法修复的病人，瓣膜替换手术是一种有效的治疗手段。尤其是经皮经导管的介入生物瓣膜的出现，医生可以不开胸便能使人工瓣膜到达病变部位，从而替代原有的瓣膜。自从介入生物瓣膜在2002年应用于临床以后，目前全球已经进行了超过200000例的介入生物瓣膜手术。虽然介入生物瓣膜具有微创、操作简单、和病人术后恢复时间短等优点，但是传统的介入生物瓣膜所使用的生物组织在获取、交联、缝合、保存、运输和使用过程中都保持在湿润状态，而且瓣膜必须在植入之前在手术室经过清洗，然后由医生通过专用的装置压握在输送系统上。这样的过程存在如下问题：1.生产过程中瓣膜叶片组织不易储存，可能脱水造成性能恶化。2.戊二醛在湿态储存条件下更容易挥发，对环境和工人健康造成损害。3.长期戊二醛存储会造成更高的戊二醛残留，降低生物相容性并且加速钙化。4.手术室中的清洗及压握过程会增加细菌污染的风险。5.湿态储存增加了运储成本。6.术前清洗及压握导致手术时间延长。

预装式的介入生物瓣膜在制造过程中对瓣膜组织进行干燥处理，在出厂之前瓣膜以干态预装在输送系统上，这种新型的介入生物瓣膜可以用来解决以上问题。但是传统的生物瓣膜处理方式不能满足预装式的介入生物瓣膜的要求，其叶片在干态会变硬变脆，被压握后重新复水时无法展开，甚至出现叶片损伤，从而失去了作为瓣膜控制血液流动的功能或者严重缩减瓣膜寿命。而且，传统经戊二醛处理的生物瓣膜具有毒性高，无法内皮化，免疫反应严重等缺点，因此，现有技术还需要进一步改善。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种干态的生物瓣膜组织，该组织在干态时依然具有良好的弹性，具有良好的抵抗变形的能力。因此该瓣膜组织可以长期以干态压握在输送系统上，在人体中使用后瓣膜组织可以复水展开，发挥瓣膜的正常功能。并且，本发明的生物瓣膜中复合的水凝胶可以改善戊二醛交联瓣膜的生物相容性，降低免疫反应。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

一种人工生物瓣膜，所述生物瓣膜的组织瓣叶为水凝胶填充的生物组织，并且该生物组织是干燥的。

进一步的，所述生物组织是交联的猪心包或者牛心包。

进一步的，所述组织瓣叶中填充的水凝胶位于生物组织中纤维的空隙中。

进一步的，所述组织瓣叶的水分含量小于60%,基于已处理组织的重量。

本发明还提供了一种人工生物瓣膜的处理方法，组织瓣叶经过以下处理获得，其步骤包括：

a.首先将交联或者未交联过的生物组织在亲水聚合物或者亲水单体溶液中浸泡。

b.然后加入交联剂，最后加入催化剂或者引发剂，在一定温度下或者光照条件使加入的聚合物或者单体发生交联反应形成三维网络的水凝胶。

c.对水凝胶复合的生物组织中的蛋白纤维进行后交联。

d.得到的水凝胶复合生物组织进行脱水得到干燥的组织瓣叶。

进一步的，所述的亲水单体为（甲基）丙烯酸类单体，所述的交联剂为多官能团的（甲基）丙烯酸酯或者（甲基）丙烯酰胺，引发剂为N，N，N，N’-四甲基乙二胺、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酰脒)二盐酸盐、其衍生物或其组合的聚合引发剂来交联，也可以选择光引发剂来交联。

进一步的，所述的亲水聚合物包括聚乙二醇、透明质酸、海藻酸钠、胶原蛋白、弹性蛋白、聚乙烯醇中的至少一种或者其活化衍生物，交联剂为至少带有两个可与前述亲水聚合物反应的活性基团的化合物，包括醛类、异氰酸酯类、丙烯酸酯类、硫醇类，反应在水溶液、或者醇溶液中发生，反应温度为0℃-60℃。

进一步的，所述的（甲基）丙烯酸类单体为羧基甜菜碱单体、磺酸基甜菜碱单体和磷酸胆碱类单体。

进一步的，水凝胶复合组织使用多元醇溶液浸泡脱水，并且干燥过程中对组织施加拉应力或者压应力。

本发明的有益效果是：本发明提供的方法通过水凝胶和生物组织复合制备的干燥的生物瓣膜，具有良好的弹性性能，能够在长时间压握在输送系统上之后复水恢复原有形状，可以用于预装式介入生物瓣膜的制造。而且，两性离子水凝胶的复合还可以改善瓣膜的生物相容性，从而延长生物瓣膜的寿命。

附图说明

图1为几种生物瓣膜经过模拟压握后在PBS溶液中的恢复情况；

图2为生物瓣膜植入物的切片CD68染色图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，全部实例中，新鲜的动物组织材料来自于当地屠宰场。

实施例

一种人工生物瓣膜，所述生物瓣膜的组织瓣叶为水凝胶填充的生物组织，并且该生物组织是干燥的。所述生物组织是交联的猪心包或者牛心包。所述组织瓣叶中填充的水凝胶位于生物组织中纤维的空隙中。所述组织瓣叶的水分含量小于60%,基于已处理组织的重量。

本发明还提供了一种人工生物瓣膜的处理方法，组织瓣叶经过以下处理获得，其步骤包括：

a.首先将交联或者未交联过的生物组织在亲水聚合物或者亲水单体溶液中浸泡。

b.然后加入交联剂，最后加入催化剂或者引发剂，在一定温度下或者光照条件使加入的聚合物或者单体发生交联反应形成三维网络的水凝胶。

c.对水凝胶复合的生物组织中的蛋白纤维进行后交联。

d.得到的水凝胶复合生物组织进行脱水得到干燥的组织瓣叶。

所述的亲水单体为（甲基）丙烯酸类单体，所述的交联剂为多官能团的（甲基）丙烯酸酯或者（甲基）丙烯酰胺，引发剂为N，N，N，N’-四甲基乙二胺、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酰脒)二盐酸盐、其衍生物或其组合的聚合引发剂来交联，也可以选择光引发剂来交联。所述的亲水聚合物包括聚乙二醇、透明质酸、海藻酸钠、胶原蛋白、弹性蛋白、聚乙烯醇中的至少一种或者其活化衍生物，交联剂为至少带有两个可与前述亲水聚合物反应的活性基团的化合物，包括醛类、异氰酸酯类、丙烯酸酯类、硫醇类，反应在水溶液、或者醇溶液中发生，反应温度为0℃-60℃。所述的（甲基）丙烯酸类单体为羧基甜菜碱单体、磺酸基甜菜碱单体和磷酸胆碱类单体。水凝胶复合组织使用多元醇溶液浸泡脱水，并且干燥过程中对组织施加拉应力或者压应力。

在本实施例中：所述的生物组织在复合水凝胶之前使用戊二醛、福尔马林、碳化亚胺中的至少一种交联。所述异种生物组织上中水凝胶的含量以及力学生物学性能可以通过控制反应条件和选择水凝胶种类来控制，例如聚合物和单体的浓度和种类，交联剂的浓度，引发剂和催化剂的浓度，反应时间。优选的，聚合物和单体的浓度在0.1M-3M之间。所述的人工生物瓣膜的处理方法，其中，所述的生物瓣膜通过梯度的甘油/乙醇溶液脱水，并且在拉力或者压力下干燥。干燥过程中可以加热或者抽真空，使生物瓣膜最终含水量进一步降低。

本发明中使用水凝胶填充生物瓣膜的空隙，一方面可以改善瓣膜的弹性，另一方面水凝胶的加入可以加快干瓣膜水合时候的复水速度，从而便于瓣膜植入时候恢复压握前的形状。

实验例

实验方式：将新鲜的猪心包使用0.25%戊二醛处理1天，然后使用1%戊二醛处理2天，得到戊二醛固定的猪心包膜。交联后的猪心包膜浸泡在1mol/l的单体和1%的N，N-亚甲基二丙烯酰胺溶液中24小时，然后加入1%的引发剂过硫酸铵和0.1%的TEMED引发聚合。在37摄氏度聚合24小时后，剥离多余的水凝胶取出瓣膜。所得到的水凝胶复合瓣膜在彻底清洗后在70%的甘油乙醇溶液中浸泡24小时脱水，然后取出瓣膜压在塑料板之间进行干燥，干燥温度为室温，湿度控制在50%以下。本实施例中使用的单体分别为丙烯酸钠、甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，制得的水凝胶复合瓣膜编号分别为杂化瓣-1，杂化瓣-2，杂化瓣-3。

测试1：压握模拟实验将实施例1中得到的杂化瓣膜裁剪成2*2cm²的正方形，对折两次夹在两块塑料板之间，10天后取出生物瓣膜，放在PBS中溶液中，观察其展开情况。

如图1所示，图1为几种生物瓣膜经过模拟压握后在PBS溶液中的恢复情况，从恢复情况来看，戊二醛交联的未杂化瓣膜无法展开，而三种杂化瓣均能完全展开，表明水凝胶复合可以明显改善瓣膜在干态抵抗变形的能力。

测试2：检测生物瓣膜的体内生物相容性，将实施例1中的三种瓣膜交联样品以及未杂化的戊二醛交联瓣膜样品分别切成1平方厘米的片材，植入大鼠皮下21天后取出，固定包埋切片，并使用CD68抗体染色，观察材料周围的巨噬细胞数目。

如图2所示，图2为生物瓣膜植入物的切片CD68染色图，其中杂化瓣-2周围的巨噬细胞数目明显低于未杂化的戊二醛交联瓣膜，因此两性离子磷酸胆碱水凝胶杂化的瓣膜可以降低瓣膜引起的免疫炎症反应。

本发明的有益效果是：通过水凝胶和生物组织复合制备的干燥的生物瓣膜，具有良好的弹性性能，能够在长时间压握在输送系统上之后复水恢复原有形状，可以用于预装式介入生物瓣膜的制造。而且，一些水凝胶例如两性离子水凝胶的复合还可以改善瓣膜的生物相容性，从而延长生物瓣膜的寿命。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种人工生物瓣膜，其特征在于:所述生物瓣膜的组织瓣叶为水凝胶填充的生物组织，并且该生物组织是干燥的。

2.根据权力要求1中所述的人工生物瓣膜，其特征在于:所述生物组织是交联的猪心包或者牛心包。

3.根据权力要求1中所述的人工生物瓣膜，其特征在于:所述组织瓣叶中填充的水凝胶位于生物组织中纤维的空隙中。

4.根据权力要求1中所述的人工生物瓣膜，其特征在于:所述组织瓣叶的水分含量小于60％,基于已处理组织的重量。

5.根据权力要求1中所述的人工生物瓣膜的处理方法，其特征在于：组织瓣叶经过以下处理获得：

a.首先将交联或者未交联过的生物组织在亲水聚合物或者亲水单体溶液中浸泡；

b.然后加入交联剂，最后加入催化剂或者引发剂，在一定温度下或者光照条件使加入的聚合物或者单体发生交联反应形成三维网络的水凝胶；

c.对水凝胶复合的生物组织中的蛋白纤维进行后交联；

d.得到的水凝胶复合生物组织进行脱水得到干燥的组织瓣叶。

6.根据权力要求5中所述的人工生物瓣膜处理方法，其特征在于：所述的亲水单体为(甲基)丙烯酸类单体，所述的交联剂为多官能团的(甲基)丙烯酸酯或者(甲基)丙烯酰胺，引发剂为N，N，N，N’-四甲基乙二胺、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酰脒)二盐酸盐、其衍生物或其组合的聚合引发剂来交联，也可以选择光引发剂来交联，交联温度不超过60℃。

7.根据权力要求5中所述的人工生物瓣膜处理方法，其特征在于：所述的亲水聚合物包括聚乙二醇、透明质酸、海藻酸钠、胶原蛋白、弹性蛋白、聚乙烯醇中的至少一种或者其活化衍生物，交联剂为至少带有两个可与前述亲水聚合物反应的活性基团的化合物，包括醛类、异氰酸酯类、丙烯酸酯类、硫醇类，反应在水溶液、或者醇溶液中发生，反应温度为0℃-60℃。

8.根据权力要求5中所述的人工生物瓣膜处理方法，其特征在于：所述的(甲基)丙烯酸类单体为羧基甜菜碱单体、磺酸基甜菜碱单体和磷酸胆碱类单体。

9.根据权力要求5中所述的人工生物瓣膜处理方法，其特征在于：水凝胶复合组织使用多元醇溶液浸泡脱水，并且干燥过程中对组织施加拉应力或者压应力。