CN111643220A - 一种仿生复合人工气管及其制备方法 - Google Patents

一种仿生复合人工气管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111643220A
CN111643220A CN202010640845.2A CN202010640845A CN111643220A CN 111643220 A CN111643220 A CN 111643220A CN 202010640845 A CN202010640845 A CN 202010640845A CN 111643220 A CN111643220 A CN 111643220A
Authority
CN
China
Prior art keywords
trachea
tracheal
artificial
artificial trachea
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010640845.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王彬
彭慕云
喻风雷
王翔
钱邦伦
胡琪康
梁恒星
黄奇
曾超
舒陆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Second Xiangya Hospital of Central South University
Original Assignee
Second Xiangya Hospital of Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Second Xiangya Hospital of Central South University filed Critical Second Xiangya Hospital of Central South University
Priority to CN202010640845.2A priority Critical patent/CN111643220A/zh
Publication of CN111643220A publication Critical patent/CN111643220A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/04—Hollow or tubular parts of organs, e.g. bladders, tracheae, bronchi or bile ducts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/3604—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix characterised by the human or animal origin of the biological material, e.g. hair, fascia, fish scales, silk, shellac, pericardium, pleura, renal tissue, amniotic membrane, parenchymal tissue, fetal tissue, muscle tissue, fat tissue, enamel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/3641—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix characterised by the site of application in the body
    • A61L27/3679—Hollow organs, e.g. bladder, esophagus, urether, uterus, intestine
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/04—Hollow or tubular parts of organs, e.g. bladders, tracheae, bronchi or bile ducts
    • A61F2002/046—Tracheae
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2210/00—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2210/0004—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof bioabsorbable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2210/00—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2210/0057—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof stretchable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2220/00—Fixations or connections for prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2220/0008—Fixation appliances for connecting prostheses to the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2240/00—Manufacturing or designing of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2240/001—Designing or manufacturing processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/22—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of hollow organs, e.g. bladder, esophagus, urether, uterus

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明提供了一种仿生复合人工气管，包括：人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；包裹所述气管支架边缘的垫片。该仿生复合人工气管以生物补片层和可吸收生物材料层为人工气管壁，结合气管支架的设置，不仅能够通气良好，而且可随气道压微变形，还具有一定的伸缩弹性，因此患者头部可自由运动，没有传统气管手术后需固定脖颈的烦恼；同时垫片的设置能够防止气管支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官；综上，本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。

Description

一种仿生复合人工气管及其制备方法
技术领域
本发明涉及人工气管技术领域，更具体地说，是涉及一种仿生复合人工气管及其制备方法。
背景技术
气管肿瘤、气管狭窄等气管疾病的治疗仍然是以外科手术切除为主。通过切除气管病变损，恢复通气功能，以达到治疗疾病、改善症状的目的。然而，气管可切除的长度是有限的，成人切除气管最大长度为4-6cm，当切除的气管超过这个长度时，原位吻合极为困难，此时需要合适的气管的替代物以联通上下气管残端。而目前临床上并没有成熟的气管替代物可应用于胸外科气管重建手术，因此，当肿瘤或病损累及的气管超过临界范围时，往往选择采取姑息手术；最终导致病变气管无法完整切除，难以获得理想的治疗效果。
20世纪八十年代以来，国内外学者针对人工气管作了诸多的研究，一共提出了四种气管重建的方式：①高分子材料人工气管，一般由高分子材料编织的管状物构成；这类气管重建方案简便，无需免疫抑制剂，但缺陷在于植入后管壁难以有效形成生物化屏障，因此目前该方案已逐渐被弃用。②同种异体气管移植，该方案的优势在于天然的气管组织结构，机械性能可靠，基本无需担心上皮化的问题；而该方式的缺点亦非常明显：需要供体，取材相对受限；并且植入后患者需要服用免疫抑制剂，此时气管内的有菌环境极易引起植入部位感染和供体败坏。③自体组织移植，一般由管状化的自体组织如心包或血管提供密闭管壁，联合外支架或者软骨提供外部支撑；该方式避免了同种异体气管移植免疫抑制的缺点，但重建的气管也上皮化也较为困难，强度和稳定性较差；同时取材和供体部位的损伤也限制其广泛应用。④组织工程气管移植，这是目前国内外学者共同研究的热点；已提出多种组织工程气管移植的解决方案，并在通过在体实验展现其良好的发展潜力。而其中最受关注的无疑是意大利外科医生Paolo Macchiarini的脱细胞人工气管联合自体细胞移植方案，从2008年开始，Macchiarini通过去污剂联合酶法制备脱细胞人气管，植入受者的气道上皮细胞和间充质干细胞来源软骨细胞后，将其植入患者气管缺损部位。最初随访中受者没有出现排斥反应迹象，不需要免疫抑制。但Macchiarini的方案最终出现多起严重术并发症，其所任职的卡罗林斯卡大学医院也于2017年发表声明宣告其方案失败。
近几年国内北京健宫医院胸外科赵凤瑞教授发明的赵氏人工气管是目前临床上应用较为成功的人工气管。赵氏人工气管需要通过两期手术进行气管重建：通过一期手术将记忆合金网置于颈部组织中，用可吸收缝线缝合切口；20d后，带肌肉血管蒂将其游离，形成皮肤在内的“三明治式”带蒂人工气管；然后通过二期手术切除病变气管，将人工气管连接气管上下残端，完成人工气管的植入。文献报道中应用7例患者，其中3例恶性肿瘤患者均在1年内死亡，另外四例良性疾病患者均长期存活，与自体气管达到生物学愈合。但文献报道中赵氏人工气管应用的最大病变气管切除长度为7.8cm，重建长度均为4.2cm，仍不能满足更长的病变气管切除后气管重建的问题；另一方面，赵氏人工气管需要分期手术，先要预埋一套金属支架在体内进行孵育，使其有自体组织覆盖后，在进行第二期气管切除重建手术。
综上所述，传统的高分子材料人工气管由于难以有效形成生物化屏障，因此目前该方案已逐渐被弃用；同种异体气管移植，由于需要供体，取材相对受限，并且植入后患者需要服用免疫抑制剂，此时气管内的有菌环境极易引起植入部位感染和供体败坏，也很难实际应用于临床；自体组织移植，存在取材受限和供体部位的损伤的问题，也限制其应用于较长人工气管重建；至于目前最有发展前景的组织工程学气管，目前仍处于基础研究阶段，短期内难以达到临床应用的要求；最后已成功临床应用的赵氏人工气管仍存在几大不足：①气管重建长度仅能满足4.2cm的气管重建，无法满足对于超长气管病损的切除后重建；②需要进行两期以上的不同部位的手术，极大的增加患者的手术创伤，住院时间以及治疗费用；③由于需要分期手术，病人需等待20-80天的时间，因此该人工气管不能满足急诊气管重建手术的需求；④该人工气管应用的金属支架材料在影像学上会遮挡X线，影像学检查时会有明显的金属伪影产生，因此不利于手术后的CT评估；⑤该人工气管由于需要两期手术，因此人工气管的长度在第一期手术中便已经确定，而二期手术中实际切除的病变气管长度是根据术中快速病理检查确定的，疾病的进展本身也影像病变气管的切除长度，因此，第二期手术中一旦出现长度不匹配的情况，那就会极大的增加手术难度和风险。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿生复合人工气管及其制备方法，本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。
本发明提供了一种仿生复合人工气管，包括：
人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；
设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；
包裹所述气管支架边缘的垫片。
优选的，所述生物补片层选自牛心包补片层或自体心包补片层；
所述生物补片层的厚度≤2mm。
优选的，所述可吸收生物材料层选自聚乙醇酸补片层、聚乳酸补片层、聚L乳酸补片层、聚羟基乙酸补片层或聚乳酸羟基乙酸补片层；
所述可吸收生物材料层的厚度≤1mm。
优选的，所述气管支架为多个并排缝合在所述人工气管壁外侧的碳纤维C形外支架。
优选的，所述碳纤维C形外支架的宽度为3mm～12mm，厚度≤4mm；
相邻两个碳纤维C形外支架之间的间隔为5mm～10mm。
优选的，所述气管支架为整体包覆在所述人工气管壁外侧的碳纤维一体式外支架。
优选的，所述碳纤维一体式外支架的厚度≤4mm。
优选的，所述垫片选自涤纶毛毡垫、特氟龙补片、聚丙烯补片、膨化聚四氟乙烯补片或聚脂补片；
所述垫片的厚度≤3mm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的仿生复合人工气管的制备方法，包括以下步骤：
a)将可吸收生物材料层覆盖在生物补片层上，再用生物补片层一侧均匀包裹与自体气管相同的模具，经切割缝合封闭后，得到人工气管壁；然后在可吸收生物材料层一侧设置气管支架；最后用垫片包裹气管支架边缘，得到仿生复合人工气管。
优选的，步骤a)中所述用垫片包裹气管支架边缘后，还包括：
采用游离自体组织对得到的仿生复合人工气管进行覆盖。
本发明提供了一种仿生复合人工气管，包括：人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；包裹所述气管支架边缘的垫片。与现有技术相比，本发明提供的仿生复合人工气管以生物补片层和可吸收生物材料层为人工气管壁，生物补片层提供密闭的管腔，而可吸收生物材料层能增强自体组织在人工气管壁的附着能力，进一步形成生物学固定，减少人工气管感染裂开机率；结合气管支架的设置，不仅能够通气良好，而且可随气道压微变形；由于其仿生设计，该人工气管具有一定的伸缩弹性，因此患者头部可自由运动，没有传统气管手术后需固定脖颈的烦恼；同时垫片的设置能够防止气管支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官；综上，本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且可以在急诊手术中使用，不需要II期等待手术，能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、易于控制；并且制备过程能够与气管手术有机结合，术中能根据实际长度和直径参数调整该仿生复合人工气管的大小与长度，避免了预置成品不匹配的缺点，提高手术中人工气管适配性。
附图说明
图1为实施例1提供的仿生复合人工气管的结构示意图；
图2为实施例1手术中切除超长病变气管的示意图；
图3为实施例1采用生物补片和可吸收生物材料制作人工气管壁的结构示意图；
图4为实施例1将人工气管与气管上下残端吻合的示意图；
图5为实施例1将C形外支架悬吊人工气管壁并用毛毡垫保护的示意图；
图6为实施例1带血管蒂大网膜转移至人工气管外周的示意图；
图7为实施例1术前CT图像及支气管镜检查结果；
图8为实施例1手术中切除病变气管实图；
图9为实施例1人工气管植入手术实图；
图10为实施例1手术后CT图像；
图11为实施例1手术后支气管镜检查结果；
图12为实施例2术前CT三维重建数据及3D打印模型实图；
图13为实施例2自体心包修补气管缺损实图；
图14为实施例2一体气管外支架实图；
图15为实施例2术后当天支气管镜结果(左图)及植入后半年气管镜结果(右图)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种仿生复合人工气管，包括：
人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；
设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；
包裹所述气管支架边缘的垫片。
在本发明中，所述仿生复合人工气管包括人工气管壁、气管支架和垫片。在本发明中，所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层。在本发明中，所述生物补片层优选选自牛心包补片层或自体心包补片层；其中，所述自体心包补片层由自体心包材料制成；所述牛心包补片层由已经去细胞、去免疫原性的异种生物补片材料制成。在本发明中，所述生物补片层的抗张力性能优选≥4.5N/mm2，并且一侧为光滑面。在本发明中，所述生物补片层的厚度优选≤2mm。
在本发明中，所述可吸收生物材料层用于增加生物补片层与周围自体组织的附着性，预防因缝合孔漏气所致的人工气管植入失败。在本发明中，所述可吸收生物材料层优选选自聚乙醇酸补片层、聚乳酸补片层、聚L乳酸补片层、聚羟基乙酸补片层或聚乳酸羟基乙酸补片层，更优选为聚乙醇酸补片层。本发明对所述可吸收生物材料层的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述可吸收生物材料层的厚度优选≤1mm。
在本发明中，所述气管支架设置在所述人工气管壁外侧，起到外悬支撑的作用，避免因气道压力变化所致塌陷。在本发明中，所述气管支架优选具有如下特性：低免疫原性；有足够的支撑强度和一定的弹性；具有良好的耐久性；材料密度较低且不遮挡X线；组织相容性较好，自体软组织能够附着生长。
在本发明一个优选的实施例中，所述气管支架为多个并排缝合在所述人工气管壁外侧的碳纤维C形外支架；主要应用于超长气管重建。在本发明中，所述碳纤维C形外支架采用气管软骨环的仿生学设计，通过缝合的方式设置在所述人工气管壁外侧。在本发明中，所述碳纤维C形外支架的宽度优选为3mm～12mm，更优选为4mm～8mm；厚度优选≤4mm。在本发明中，相邻两个碳纤维C形外支架之间的间隔优选为5mm～10mm。
在本发明另一个优选的实施例中，所述气管支架为整体包覆在所述人工气管壁外侧的碳纤维一体式外支架；主要应用于缺损面积较小的气管修复。在本发明中，所述碳纤维一体式外支架采用整体设计，通过缝合的方式设置在所述人工气管壁外侧。在本发明中，所述碳纤维一体式外支架的厚度优选≤4mm。
在本发明中，所述垫片包裹所述气管支架边缘，以防止气管支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官。在本发明中，所述垫片优选选自涤纶毛毡垫、特氟龙补片、聚丙烯补片、膨化聚四氟乙烯补片或聚脂补片，更优选为涤纶毛毡垫。本发明对所述垫片的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述垫片的厚度优选≤3mm。
本发明提供的仿生复合人工气管以生物补片层和可吸收生物材料层为人工气管壁，生物补片层提供密闭的管腔，而可吸收生物材料层能增强自体组织在人工气管壁的附着能力，进一步形成生物学固定，减少人工气管感染裂开机率；结合气管支架的设置，不仅能够通气良好，而且可随气道压微变形；由于其仿生设计，该人工气管具有一定的伸缩弹性，因此患者头部可自由运动，没有传统气管手术后需固定脖颈的烦恼；同时垫片的设置能够防止气管支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官；综上，本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且可以在急诊手术中使用，不需要II期等待手术，能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的仿生复合人工气管的制备方法，包括以下步骤：
a)将可吸收生物材料层覆盖在生物补片层上，再用生物补片层一侧均匀包裹与自体气管相同的模具，经切割缝合封闭后，得到人工气管壁；然后在可吸收生物材料层一侧设置气管支架；最后用垫片包裹气管支架边缘，得到仿生复合人工气管。
本发明首先将可吸收生物材料层覆盖在生物补片层上，再用生物补片层一侧均匀包裹与自体气管相同的模具，经切割缝合封闭后，得到人工气管壁。在本发明中，所述可吸收生物材料层和生物补片层与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。本发明根据手术中病变气管切除后气管缺损长度，以及自体气管直径为参数，设计得到与自体气管相同的模具，进一步制备人工气管壁；本发明对所述设计方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的3D打印的技术方案即可。
在本发明中，所述切割缝合封闭的装置优选采用本领域技术人员熟知的外科切割缝合器，经切割缝合封闭后，得到与自体气管对应尺寸的人工气管壁。
得到所述人工气管壁后，本发明在所述人工气管壁的可吸收生物材料层一侧设置气管支架；最后用垫片包裹气管支架边缘，得到仿生复合人工气管。在本发明中，所述气管支架和垫片与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。在本发明中，所述设置气管支架的过程以碳纤维C形外支架为例，优选具体为：
取多个碳纤维C形外支架，间断缝合固定于人工气管壁外周，包绕其前壁及左右壁，对管壁形成外悬支吊作用。本发明对所述缝合的材料没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的术用缝线即可。
在本发明中，所述用垫片包裹气管支架边缘的过程优选具体为：
取垫片，裁取相应长度对气管外支架边缘(末端)形成包裹保护，避免其挫伤周围器官。
在本发明中，所述用垫片包裹气管支架边缘后，优选还包括：
采用游离自体组织对得到的仿生复合人工气管进行覆盖。
本发明提供的仿生复合人工气管具有如下优点：
①功能上的仿生设计：以生物补片层和可吸收生物材料层为人工气管壁，结合具备一定弹性的气管支架的设置，不仅能够通气良好，而且可随气道压微变形；此外，碳纤维C形外支架采用气管软骨环的仿生学设计，避免了气管背侧食管受刚性植入物的应力，而在缺损面积较小时，采用碳纤维一体式外支架的整体设计，支架效果更好。
②外形上的适配性：该仿生复合人工气管的制备过程能够与气管手术有机结合，术中能根据实际长度和直径参数调整该仿生复合人工气管的大小与长度，避免了预置成品不匹配的缺点，提高手术中人工气管适配性。
③运动中的舒适性：由于其仿生设计，该人工气管具有一定的伸缩弹性，因此患者头部可自由运动，没有传统气管手术后需固定脖颈的烦恼。
④连接中的稳固性：通过生物补片层和可吸收生物材料层的结合，生物补片层提供密闭的管腔，而可吸收生物材料层能增强自体组织在人工气管壁的附着能力，进一步形成生物学固定，减少人工气管感染裂开机率。
⑤临床评价的方便性：本发明中应用的气管支架为低密度材料，材料不遮挡射线，因此CT检查时不会产生伪影干扰影像判断，有利于手术后的精准评估。
⑥临床使用的应急性：本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且可以在急诊手术中使用，不需要II期等待手术，能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。
本发明提供了一种仿生复合人工气管，包括：人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；包裹所述气管支架边缘的垫片。与现有技术相比，本发明提供的仿生复合人工气管以生物补片层和可吸收生物材料层为人工气管壁，生物补片层提供密闭的管腔，而可吸收生物材料层能增强自体组织在人工气管壁的附着能力，进一步形成生物学固定，减少人工气管感染裂开机率；结合气管支架的设置，不仅能够通气良好，而且可随气道压微变形；由于其仿生设计，该人工气管具有一定的伸缩弹性，因此患者头部可自由运动，没有传统气管手术后需固定脖颈的烦恼；同时垫片的设置能够防止气管支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官；综上，本发明提供的仿生复合人工气管可实现临床应用，并且可以在急诊手术中使用，不需要II期等待手术，能够在一次手术中解决目前气管外科手术中超长气管切除时没有有效的气管替代物进行一期气管重建的问题。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、易于控制；并且制备过程能够与气管手术有机结合，术中能根据实际长度和直径参数调整该仿生复合人工气管的大小与长度，避免了预置成品不匹配的缺点，提高手术中人工气管适配性。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原材料均为市售商品。
实施例1
碳纤维C形外支架联合牛心包补片制作人工气管应用于超长(8.6cm)气管切除术后气管重建：
参见图1所示，图1为实施例1提供的仿生复合人工气管的结构示意图；其中，白色部分为生物补片层，天蓝色部分为可吸收生物材料层，覆盖于生物补片层外周，二者形成密闭的人工气管壁(管状物)，并按照术中实际需要制作相应直径以及长度；多个碳纤维C形外支架并排缝合于人工气管壁外周，每个碳纤维C形外支架宽度为4mm～8mm，间隔为5mm～10mm(具体视术中情况而定)；白色条状物为涤纶毛毡垫，包裹碳纤维C形外支架两端，以防止碳纤维C形外支架的末端在植入初期因摩擦而挫伤周围器官。
具体制备步骤如下：
(1)根据患者病情和术中实际情况切除病变气管；如本实施例中为气管恶性肿瘤病例，应切取气管上下切缘(图2)送术中快速病检，如切缘为阳性，则应继续切除气管残端，直至快速病检报告切缘为阴性。
(2)根据手术中病变气管切除后气管缺损长度，以及自体气管直径为参数制备人工气管壁；首先，将生物补片平铺于无菌平面上，光滑面朝下，将可吸收生物材料覆盖于生物补片上方铺平，如可吸收生物材料覆盖尺寸不够，可多片拼接；然后，取自体气管直径相等的圆柱体为模具，将生物补片层一侧均匀包裹于模具外周，用外科切割缝合器将多余部分重叠后进行切割缝合封闭，得到与自体气管对应尺寸的人工气管壁(图3)。
(3)将制作好的人工气管壁裁取气管缺损相应长度后，采用不可吸收缝线将其与气管上下残端吻合(图4)，并在吻合后，加入温生理盐水浸泡，进行呼吸机通气，排除漏气；然后将人工气管壁背侧固定于食管前壁。
(4)取多个碳纤维C形外支架，间断缝合固定于人工气管壁外周，包绕其前壁及左右壁，对管壁形成外悬支吊作用，这一气管软骨环仿生设计可避免管壁因气道压力变化所致塌陷；然后取涤纶毛毡垫片，裁取相应长度对气管外支架末端形成包裹保护，避免其挫伤周围器官，得到仿生复合人工气管(图5)。
(5)采用游离自体组织(可为大网膜，肌肉等)，带蒂转移覆盖至该仿生复合人工气管吻合口及管壁外周，对其进行包裹，并提供外周血运，促进吻合口快速愈合以及人工气管周围自体组织快速附着，确保人工气管移植的成功(图6)。
(6)以上步骤完成后，即可缝合关闭手术切口，本发明实施例1所述仿生复合人工气管的整体制备过程完成。
◆病例资料：患者：男性；57岁，咳嗽1年，气促、呼吸困难4月。
◆现病史：手术一年前无明显诱因突发干咳为主的咳嗽，偶有痰中带血。
在当地医院间断抗炎治疗。术前5个月出现呼吸困难，行肺部CT发现气管占位，未行进一步治疗。收入院1周前在当地医院支气管镜活检(图7)，病检回报腺样囊性癌。
◆气管CT：气管中段占位病变，累及气管全周，CT所示气管受累长度约7cm(图7)。
◆术前诊断：气管腺样囊腺癌。
◆该患者于已接受气管肿瘤扩大切除术，手术中实际切除病变气管约8.6cm(图8)，直至术中快速病检报告切缘阴性。然后应用了本发明中所述人工气管，应用长度约9cm(图9)。手术后患者恢复顺利，康复出院。手术后复查CT，CT冠状面所示气管通畅，且CT影像无金属伪影干扰(图10)。支气管镜示人工气管内表面较为光整(图11)。
实施例2
碳纤维整体外支架联合自体心包补片修补气管及右主支气管(4cm)管壁1例。
◆病历资料：患者：男性；56岁，体检发现气管肿物2月余。
◆现病史：手术前2个月体检时发现气管下段右侧壁肿物，伴轻度干咳。
进一步支气管镜活检诊断：低度恶性神经鞘瘤。术前1月CT示“气管下段近分叉处右侧壁及右主支气管开口处新生物，伴管腔狭窄。一般情况可。
◆肺部增强CT：气管下段近分叉处右侧壁及右主支气管开口处新生物，伴管腔狭窄。支气管纤维镜检：气管下段右侧壁新生物伴管腔狭窄。
病检：低度恶性神经鞘瘤。
◆该患者接受气管肿瘤切除后，接受了自体心包补片联合整体气管外支架进行气管重建(图13～14，其中图13中箭头所指为自体心包修补气管缺损，图14为一体气管外支架实图)。手术后随访半年后，患者肺功能已完全恢复正常，并且气管镜检查已证实其人工气管内壁已完成重塑，具有粘膜覆盖(图15)。
本发明的技术优点：①气管重建长度满足对于超长气管病损(切除病变气管8.6cm，重建气管达9cm)的切除后重建；②仅需进行一次手术，即可解决气管病变切除及人工气管再造重建的问题，极大的减少患者的手术创伤，住院时间以及治疗费用；③由于不需要分期手术，病人不需要较长的术前等待时间，因此能满足急诊气管重建手术的需求；④本发明不使用金属支架材料，不遮挡X线，影像学检查时无金属伪影产生，因此不影响手术后的CT评估；⑤该人工气管的长度在术中制定，可在病变气管切除后再决定其长度，因此，不会出现长度不匹配的情况，降低了手术难度和风险。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种仿生复合人工气管，包括：
人工气管壁；所述人工气管壁自内而外包括生物补片层和可吸收生物材料层；
设置在所述人工气管壁外侧的气管支架；
包裹所述气管支架边缘的垫片。
2.根据权利要求1所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述生物补片层选自牛心包补片层或自体心包补片层；
所述生物补片层的厚度≤2mm。
3.根据权利要求1所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述可吸收生物材料层选自聚乙醇酸补片层、聚乳酸补片层、聚L乳酸补片层、聚羟基乙酸补片层或聚乳酸羟基乙酸补片层；
所述可吸收生物材料层的厚度≤1mm。
4.根据权利要求1所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述气管支架为多个并排缝合在所述人工气管壁外侧的碳纤维C形外支架。
5.根据权利要求4所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述碳纤维C形外支架的宽度为3mm～12mm，厚度≤4mm；
相邻两个碳纤维C形外支架之间的间隔为5mm～10mm。
6.根据权利要求1所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述气管支架为整体包覆在所述人工气管壁外侧的碳纤维一体式外支架。
7.根据权利要求6所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述碳纤维一体式外支架的厚度≤4mm。
8.根据权利要求1所述的仿生复合人工气管，其特征在于，所述垫片选自涤纶毛毡垫、特氟龙补片、聚丙烯补片、膨化聚四氟乙烯补片或聚脂补片；
所述垫片的厚度≤3mm。
9.一种权利要求1～8任一项所述的仿生复合人工气管的制备方法，包括以下步骤：
a)将可吸收生物材料层覆盖在生物补片层上，再用生物补片层一侧均匀包裹与自体气管相同的模具，经切割缝合封闭后，得到人工气管壁；然后在可吸收生物材料层一侧设置气管支架；最后用垫片包裹气管支架边缘，得到仿生复合人工气管。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述用垫片包裹气管支架边缘后，还包括：
采用游离自体组织对得到的仿生复合人工气管进行覆盖。
CN202010640845.2A 2020-07-06 2020-07-06 一种仿生复合人工气管及其制备方法 Pending CN111643220A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010640845.2A CN111643220A (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种仿生复合人工气管及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010640845.2A CN111643220A (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种仿生复合人工气管及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111643220A true CN111643220A (zh) 2020-09-11

Family

ID=72344277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010640845.2A Pending CN111643220A (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种仿生复合人工气管及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111643220A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112190375A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
CN112757660A (zh) * 2021-01-18 2021-05-07 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法
CN115607730A (zh) * 2022-11-30 2023-01-17 山东百多安医疗器械股份有限公司 一种可降解的仿生人工气管

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112190375A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
CN112190375B (zh) * 2020-09-28 2024-02-27 湖南碳康生物科技有限公司 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
CN112757660A (zh) * 2021-01-18 2021-05-07 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法
CN112757660B (zh) * 2021-01-18 2023-09-22 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法
CN115607730A (zh) * 2022-11-30 2023-01-17 山东百多安医疗器械股份有限公司 一种可降解的仿生人工气管

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111643220A (zh) 一种仿生复合人工气管及其制备方法
Jacobs et al. Tracheal allograft reconstruction: the total North American and worldwide pediatric experiences
Loeff et al. Congenital tracheal stenosis: a review of 22 patients from 1965 to 1987
Omori et al. Clinical application of in situ tissue engineering using a scaffolding technique for reconstruction of the larynx and trachea
Grillo et al. Postintubation tracheal stenosis: treatment and results
Moghissi Tracheal reconstruction with a prosthesis of Marlex mesh and pericardium
Beldholm et al. Reconstruction of the trachea with a tubed radial forearm free flap
Kato et al. First successful clinical application of the in vivo tissue-engineered autologous vascular graft
Delaere et al. Prefabrication of composite tissue for improved tracheal reconstruction
Friedman et al. Experience with the sternocleidomastoid myoperiosteal flap for reconstruction of subglottic and tracheal defects: modification of technique and report of long‐term results
CN212234795U (zh) 一种仿生复合人工气管
Kubo et al. Immediate tracheal reconstruction with forearm flap and bone graft
CN201316331Y (zh) 生物诱导复合型人工食管
Fujiwara et al. Tracheal reconstruction with a prefabricated and double-folded radial forearm free flap
Li et al. Reconstruction of human oncological tracheal defects with xenogenic acellular dermal matrix
CN108853608A (zh) 一种生物可降解的医用镁合金补片及其制备方法和用途
Baujat et al. Fascia temporalis free flap for cricotracheal reconstruction: a novel approach
Isik et al. Prosthetic reconstruction of the trachea in rabbits
RU2359621C1 (ru) Способ хирургического лечения рака гортани
Dykes et al. Reduced tracheal growth after reconstruction with pericardium
US20130303842A1 (en) Blood vessel grafts for repair, reconstruction and filler materials
RU2722350C2 (ru) Способ одномоментной реконструкции молочной железы после подкожной радикальной мастэктомии с использованием полиуретанового имплантата, установленного препекторально
RU2445014C1 (ru) Способ хирургического лечения рака гортани
US20160000550A1 (en) Methods for treating diseases of the colon
RU2449740C1 (ru) Способ замещения протяженного циркулярного дефекта трахеи

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination