CN109985274A - 具有再生功能的组织工程经导管瓣膜裙体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本专利公布了一种具有再生功能的组织工程经导管瓣膜裙体，以更好的防止经导管瓣膜植入后产生的瓣周漏。本发明的组织工程经导管瓣膜裙体的特征在于，利用组织工程的方法，在体外将种子细胞种植在可降解高分子材料支架上，培养形成0.1‑0.3mm的薄片瓣裙，然后将缝制有组织工程瓣裙的经导管瓣膜植入到主动脉瓣狭窄或关闭不全的部位。该瓣裙具有生长，重建和再生的功能，可自主填充钙化斑块或自体瓣叶与瓣裙之间的间隙，可调控降解速率及再生速率，能有效的解决瓣周漏。且本发明的组织工程经导管瓣膜裙体可以设计不同的材料组成和结构，生物相容性良好，在经导管主动脉瓣膜植入术领域具有良好的应用前景。

Description

具有再生功能的组织工程经导管瓣膜裙体及其制备方法

技术领域

本发明应用于医疗技术领域，具体涉及一种新型的组织工程经导管瓣膜裙体及其制备方法。

背景技术

随着我国人口老龄化的加剧，退化的瓣膜类疾病，尤其是患有主动脉瓣膜狭窄和关闭不全等的病人逐渐增多，明显加重了社会经济负担。主动脉瓣狭窄的传统治疗方法是机械瓣和生物瓣置换，但这种手术方法的缺点是需要开胸，尤其不适用于老年人。近年来，具有手术风险小，恢复时间短，无需长期抗凝等优点的经导管瓣膜产品不断涌现，为需要瓣膜置换的高危病人带来了希望的曙光。

经导管瓣膜是在影像学的指导下，经股动脉或心尖等途径植入，以自膨或球囊扩张方式展开，完全利用瓣架的径向力撑开病变的自然瓣膜，从而代替病变瓣膜进行工作的一种人工心脏瓣膜。虽然经导管瓣膜具有很多优点，但是它比传统置换瓣膜更容易出现瓣周漏。如经导管瓣膜植入后完全依靠径向支撑力锚定，不能与瓣环之间进行缝合，同时植入前需要压缩在输送系统中，压缩不可避免的会对瓣膜的裙体造成损伤，这都增加瓣周漏的发生率。临床经验表明，即使轻微的瓣周漏也有可能增加经导管瓣膜术后的死亡率。瓣周漏较大时，还可能会导致充血性的心力衰竭，溶血和心律失常等。瓣周漏与人工心脏瓣膜的设计，植入的位置与角度，瓣膜型号选择和受到天然瓣叶钙化斑块的挤压等有关。

鉴于此，目前大多数最新的经导管瓣膜产品都从提高瓣架流入端的径向支撑力(如Evolut R瓣膜等)，增加体内扩张材料(如Direct flow瓣膜等)，在瓣架内外表面增加瓣裙和密封裙(如Sapin 3瓣膜等)等方法来减小瓣周漏的发生。其中在瓣架上缝合瓣裙和密封裙是最主要的一种的方法。常见的经导管瓣膜裙体材料有聚酯，聚氨酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯和猪牛心包等。这些材料制成的裙体虽然能一定程度上减少瓣周漏的发生，但是还存在压缩后损伤，长时间植入后衰败钙化，不能自动调节瓣环与瓣架的间隙等问题。

因此，临床上亟需一种新方法，能够有效的解决经导管瓣膜植入后的瓣周漏，且不存在上述现有方法的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种组织工程经导管瓣膜裙体的制备方法，其特征在于包括：

将间充质干细胞放入含有胎牛血清的培养液中培养传代，得到合适浓度的种子细胞悬浮液，

把支架置于种子细胞悬浮液中，从而将种子细胞悬浮液中的种子细胞种植到支架上，

继续将种植了种子细胞后的支架放入培养基中，并加入细胞生长因子和肝素，在生物反应器中进行培养，

待种子细胞牢固地黏附在支架上、合成细胞外基质、形成薄膜状的材料时,即形成了组织工程瓣裙,

将组织工程瓣裙取出并缝制在经导管瓣膜的瓣架上，从而制成组织工程经导管瓣膜裙体。

根据本发明的另一个方面，提供了用上述方法制备的组织工程经导管瓣膜裙体。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的组织工程经导管瓣膜裙体的制作流程图。

图2为根据本发明的一个实施例的组织工程经导管瓣膜的裙体示意图。

图3为根据本发明的一个实施例的缝制有组织工程瓣裙的经导管瓣膜植入主动脉根部的示意图。

具体实施方式

本发明针对现有瓣裙和密封裙预防经导管瓣膜瓣周漏方法的不足，提供了一种组织工程经导管瓣膜裙体。本发明的组织工程经导管瓣膜裙体的特征在于，利用组织工程的方法，在体外构建经导管瓣膜的瓣裙，缝制在瓣架上，植入主动脉根部后，瓣裙具有生长，重建和再生的功能，可有效的防止瓣周漏。

本发明所采用的技术方案：提出一种具有再生功能的组织工程经导管瓣膜裙体设计方法。经导管瓣膜裙体由人工合成的可降解的高分子支架，种子细胞和转化生长因子组成。支架用于支撑细胞成长为一个完整的组织的框架材料。生长因子用于引导和协调组织内细胞活动。种子细胞可形成与正常的主动脉根部瓣环细胞相似功能的新生组织。将种子细胞经体外培养增殖后，种植于生物可降解瓣裙支架，同时加入一定量的生长转化因子。待种子细胞生长形成薄片状(0.1-0.3mm)时，裁剪合适尺寸的瓣裙。缝制在瓣架上后，然后植入到病变瓣膜的瓣环位置，瓣架展开并替代病变狭窄的本体瓣膜，如附图1所示。具有生物活性的瓣裙繁殖增生，可以填补钙化斑块或本体瓣膜与瓣架之间的间隙，从而有效的阻止瓣周漏的产生。且瓣裙具有的自愈合的功能可以消除经导管瓣膜在植入时压缩对瓣叶造成的损伤。

组织工程经导管瓣膜裙体的支架材料为生物相容性良好的可降解高分子材料，如聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚羟基烷酸酯、聚己内酯和聚癸二酸丙三醇酯等。其支架制作方法可以采用静电纺丝、相分离法、光固化快速成型术编织、和喷涂等。组织工程裙体的种子细胞材料可以选择间充质干细胞、血管内皮细胞、胚胎干细胞以及诱导多功能干细胞等。

借由上述的瓣裙技术方案，本次组织工程经导管瓣膜裙体至少具有如下优点：

①本发明采用组织工程的办法设计经导管瓣膜裙体，在经导管瓣膜植入人体后，裙体具有生长，重建和再生的功能，可以有效的防止瓣周漏；

②相比于传统的经导管瓣膜裙体材料，本发明提供的组织工程瓣裙的生物相容性更优，植入后出现炎症和凝血的风险大幅度下降，同时高分子支架的降解产物具有低的免疫原性，不会对人体产生副作用；

③本发明的组织工程瓣裙可以调节高分子支架的降解速率以及组织的再生速率，使瓣裙的力学性能保持一致性和稳定性，；

④该组织工程经导管瓣膜裙体能根据不同病人主动脉狭窄的个体性差异，设计不同的材料组成和结构，可控性更强；

⑤本发明的组织工程瓣裙降解后最终与人体内环境融合，有活性的种子细胞能够接受机体内环境的各种信号，并参与机体的代谢。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图中：

图1为组织工程经导管瓣膜裙体的制作流程图，其中标号1表示体外传代的种子细胞，2表示人工合成的可降解高分子支架，3表示种植在高分子支架上的种子细胞，4表示静态或动态培养环境下种植细胞后的支架，5表示培养形成的组织工程瓣裙，6表示缝制在经导管瓣瓣膜架上的组织工程瓣裙，7表示植入心脏中主动脉瓣膜狭窄的位置的带有组织工程瓣膜裙体的经导管瓣膜。

图2为组织工程经导管瓣膜的裙体示意图，其中标号201表示瓣叶，202表示瓣裙。

图3为缝制有组织工程瓣裙的经导管瓣膜植入主动脉根部的示意图，其中标号301为经导管瓣膜(包括瓣架，瓣裙和瓣叶)，302为主动脉根部，303为组织工程瓣裙，304为自体天然瓣叶，305为瓣架。

参照图1所示，将间充质干细胞放入含有胎牛血清的培养液中培养传代，得到合适浓度的种子细胞悬浮液，如标号1所示。另一方面采用静电纺丝(或编织，3D打印等)的方法制备合适孔隙率的可降解高分子材料制成的支架(如聚己内酯(PCL)支架、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)支架等)，如标号2所示。将种子细胞悬浮液中的种子细胞种植到消毒杀菌后的支架上，如标号3所示。进一步的，继续将种植后的支架放入含有胎牛血清的改良杜氏伊格尔培养基(DMEM)中，并加入细胞生长因子和肝素等，在静态或动态的生物反应器中培养，如标号4所示。在37℃培养14-28天后，观察细胞的分化情况。待种子细胞均匀牢固地黏附在支架上，合成细胞外基质,形成了薄膜状的材料时,即形成了组织工程瓣裙,并且此时该薄膜的厚度为0.1-0.3mm，将组织工程瓣裙取出，如图1中的标号5所示。

进一步的，如图2，根据需要缝制的经导管瓣膜瓣叶201的位置和形状，裁剪合适形状的组织工程瓣裙202。将组织工程瓣裙(如图1中的标号6所示)缝制在经导管瓣膜的瓣架305上。

缝有组织工程瓣裙的经导管瓣膜301将被用于植入到患有主动脉瓣狭窄或主动脉瓣关闭不全等疾病的患者中，经导管瓣膜301经过输送系统植入到主动脉根部302后的效果如图3所示，其中，组织工程瓣裙303与病人的自体瓣叶304、瓣环(未显示)、钙化斑块(未显示)等互相接触，生长和重建，逐渐堵住瓣环及自体瓣叶304与植入后的经导管瓣膜之间的间隙，对于防止目前经导管瓣膜存在的瓣周漏问题非常有效。同时，组织工程瓣裙具有的自愈合功能还可以有效消除经导管瓣膜压缩时形成的损伤。

在根据本发明的实施例中，可以采用多种方法构建组织工程瓣膜裙体的支架，包括：

-编织的方法，将可降解聚合物如聚乳酸，聚己内酯等制成纱线的形式，然后纺织成易控制孔隙率，纤维直径，取向，厚度的聚合物支架；

-相分离法，有利于生物活性分子如蛋白质生长因子或分化因子的引入和控制释放；

-3D打印法，可以直接打印出成型精度高的三维聚合物支架。

实际应用中可按需进行选择构建组织工程瓣膜裙体的方法。

Claims (8)

1.组织工程经导管瓣膜裙体的制备方法，其特征在于包括：

将间充质干细胞放入含有胎牛血清的培养液中培养传代，得到合适浓度的种子细胞悬浮液；

把支架置于种子细胞悬浮液中，从而将种子细胞悬浮液中的种子细胞种植到支架上；

继续将种植了种子细胞后的支架放入培养基中，并加入细胞生长因子和肝素，在生物反应器中进行培养；

待种子细胞牢固地黏附在支架上、合成细胞外基质、形成薄膜状的材料时,即形成了组织工程瓣裙；

将组织工程瓣裙取出并缝制在经导管瓣膜的瓣架上，从而制成组织工程经导管瓣膜裙体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

种子细胞包括间充质干细胞、血管内皮细胞、胚胎干细胞以及诱导多功能干细胞，从中选出的至少一种细胞。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述支架是用可降解高分子材料以从包括静电纺丝、编织、3D打印的组中选出的一种方法制备的支架。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述可降解高分子材料是聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚癸二酸丙三醇酯、聚羟基烷酸酯、聚乳酸等中选出的至少一种材料。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

裙体的厚度为0.1-0.3mm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述培养基是含有胎牛血清的改良杜氏伊格尔培养基。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述培养包括在37℃培养14-28天。

8.一种组织工程经导管瓣膜裙体，其特征在于该组织工程经导管瓣膜裙体是用根据权利要求1-7之一所述的制备方法制备的。