CN111760190A - 一种可降解外支架及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可降解外支架及其制备方法和应用，所述可降解外支架包括嵌合材料以及递送物质，所述嵌合材料包括可降解聚合物基底以及嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料，所述递送物质设置在液态金属材料表面；该可降解外支架主要用于冠状动脉旁路移植术、外周动脉旁路移植术或人工动静脉瘘手术中，能够植入包裹于静脉移植物的外周或其他病理性扩张的血管外周，起到机械支撑的作用；此外，该可降解外支架中选用特定形态特定组成的液态金属材料，能够实现对血管壁的广泛电穿孔，以此来递送质粒、药物以及蛋白质等物质；实现将电穿孔整合到单纯机械支撑的外支架中，来提高外支架抑制静脉内膜增生的效果。
Description
技术领域
本发明属于支架领域，涉及一种可降解外支架及其制备方法和应用。
背景技术
在冠状动脉旁路移植术、外周动脉旁路移植术以及人工动静脉瘘手术中，自体静脉作为桥血管被移植到动脉环境中。这种机械环境和生理环境的改变导致静脉发生管壁的重构、内膜增生，管腔狭窄。这导致静脉移植物的通畅率低，影响手术的效果。以冠状动脉旁路移植术为例，静脉移植物的10年通畅率仅为50％左右，而左乳内动脉的10年通畅率在90％以上。外支架(External stent)是一种植入包裹静脉移植物、限制其扩张的支撑结构。近年来静脉外支架临床前研究以及临床研究在世界范围内的报告逐渐增多，显示出了较大的应用前景。
静脉在移植到动脉环境中后，最大的变化是所受机械力的改变，包括在动脉压力作用下的周向张力，以及高速血流作用下的纵向剪切力。机械应力的改变作用于静脉细胞，导致多条细胞内信号通路的激活，刺激各种生物活性分子的合成和分泌。这些生物活性因子的分泌再直接导致静脉壁的重构以及内膜的增生。为了改善静脉桥的力学环境，限制静脉桥的病理性扩张，外支架的概念应运而生。外支架主要通过改变静脉桥的生物力学特性，抑制因为力学改变而导致的信号通路的激活和生物活性分子的分泌，从而减轻静脉桥的病理性重构、内膜增生。有研究显示外支架的植入还可以抑制转基因高胆固醇血症小鼠中静脉桥的动脉粥样硬化过程。这提示外支架除了在短期抑制静脉桥的内膜增生，还可以在长期过程中抑制重构后静脉桥的动脉粥样硬化病变。
目前已经进行临床试验的外支架产品主要包括两种类型：不可降解聚合物编织支架和金属网状支架，它们均只能提供机械支撑功能且不可降解。但由于他们功能单一，最终临床试验难以达到提高静脉移植物通畅率的结果。至今仍没有一款外支架在临床试验中实现提高静脉通畅率的目标。
因此，提供一种能够提高静脉通畅率的可降解外支架非常有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可降解外支架及其制备方法和应用，该可降解外支架主要用于冠状动脉旁路移植术、外周动脉旁路移植术或人工动静脉瘘手术中，能够植入包裹于静脉移植物外周或其他病理性扩张的血管外周，起到机械支撑的作用；此外，该可降解外支架中选用特定形态特定组成的液态金属材料，能够实现对血管壁的广泛电穿孔，以此来递送质粒、药物以及蛋白质等物质；实现将电穿孔整合到单纯机械支撑的外支架中，来提高外支架抑制静脉内膜增生的效果。
本发明的目的之一在于提供一种可降解外支架，所述可降解外支架是由复合薄膜卷绕而成，所述复合薄膜包括嵌合材料以及递送物质，所述嵌合材料包括可降解聚合物基底以及嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料，所述递送物质设置在液态金属材料表面。
本发明中该可降解外支架在植入人体内部之后，不仅能起到机械支撑的作用，还能够引入基因或蛋白来调控管壁重构信号通路，增加预防静脉移植物再狭窄的疗效。
本发明中的可降解外支架主要用于冠状动脉旁路移植术、外周动脉旁路移植术、人工动静脉瘘手术中，该外支架能够植入包裹于静脉移植物外周或其他病理性扩张的血管外周；可降解外支架中选用特定形态特定组成的液态金属材料，能够实现对血管壁的广泛电穿孔，以此来递送质粒、药物以及蛋白质等物质；实现将电穿孔整合到单纯机械支撑的外支架中，来提高外支架抑制静脉内膜增生的效果。
在本发明中，所述可降解聚合物基底包括PLCL薄膜、PLA薄膜、PLGA薄膜或PCL薄膜中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中可降解聚合物基底具有较好的柔性和可降解性能，能够消除永久性植入造成的潜在机械损伤和感染风险。
在本发明中，所述递送物质包括质粒、药物或蛋白质中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料呈现交叉阵列图案形状，优选共面梳状交叉阵列图案形状，是因为这种表面电极图案可以产生最均匀的表面电场。
在本发明中，所述交叉阵列图案形状包括功能部和连接部，所述功能部的表面设置有递送物质，所述连接部用于连接电穿孔仪。
当液态金属材料呈现交叉阵列图案形状时，本发明中的复合薄膜卷绕是指部分区域卷绕，此处部分区域是指复合薄膜中带有液态金属材料功能部的部分进行卷绕，而连接部用于连接电穿孔仪，无需进行卷绕。
在本发明中，所述液态金属材料包括镓铟共晶和/或镓。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的可降解外支架的制备方法，所述可降解外支架的制备方法包括如下步骤：
(1)将基体薄膜表面印刷液态金属油墨，固化，得到带有液态金属油墨的基体薄膜层；
(2)在步骤(1)得到的带有液态金属油墨的基体薄膜层表面形成可降解聚合物层，剥离基体薄膜，得到嵌合材料；
(3)将步骤(2)得到嵌合材料中的液态金属油墨的功能部表面涂覆递送物质溶液，固化，得到复合薄膜；
(4)将步骤(3)得到的复合薄膜中带有液态金属材料功能部的部分进行卷曲形成管状部，并将管状部的边界进行缝合固定，得到所述可降解外支架。
本发明中，可降解外支架的制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，有望应用于工业生产。
在本发明中，步骤(1)所述印刷的方式为丝网印刷。
在本发明中，所述丝网印刷用印刷模具是根据预先设置的交叉阵列图案制备的。
在本发明中，所述交叉阵列图案为共面梳状交叉阵列图案。
本发明中，共面梳状交叉阵列图案形状如图1所示，是通过两个梳状电极(即外观形貌为梳子状，包括梳柄和齿状结构)在同一平面上相互交叉形成的阵列，这种平面电极在给电后能在其上方一定范围内形成表面电场，对其表面的细胞进行电穿孔，从而实现质粒、药物以及蛋白的递送。图案大小可根据组织的大小进行调节。将图案1:1制备成丝网印刷模具，用于印刷液态金属油墨。
在本发明中，步骤(1)所述基体薄膜包括PET薄膜。
在本发明中，步骤(1)所述液态金属油墨的制备方法包括：将液态金属置于溶剂中，超声，得到所述液态金属油墨。
在本发明中，所述液态金属包括镓铟共晶和/或镓(Ga)。
在本发明中，所述溶剂包括正癸醇。
在本发明中，以液态金属的添加量为3g计，所述溶剂的添加体积为1-3mL，例如1mL、1.2mL、1.5mL、1.7mL、2mL、2.2mL、2.5mL、2.7mL、3mL等。
在本发明中，步骤(1)所述固化的温度为60-100℃，例如60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、77℃、80℃、82℃、85℃、87℃、90℃、92℃、95℃、97℃、100℃等，时间为10-30min，例如10min、12min、15min、17min、20min、22min、25min、27min、30min等。
在本发明中，步骤(2)所述可降解聚合物层的形成方法包括：将聚合物溶液涂覆在带有液态金属油墨的基体薄膜层表面，固化。
在本发明中，所述聚合物溶液的浓度为5-15％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等。
在本发明中，所述聚合物溶液的溶质包括PLCL、PLGA、PCL或PLA中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述聚合物溶液的溶剂包括二氯甲烷和/或六氟异丙醇。
在本发明中，所述固化的方法包括蒸发去除溶剂。
在本发明中，所述步骤(3)还包括预先对嵌合材料进行灭菌。
在本发明中，步骤(3)所述递送物质溶液的浓度为40-80μg/mL，例如40μg/mL、45μg/mL、50μg/mL、55μg/mL、60μg/mL、65μg/mL、70μg/mL、75μg/mL、80μg/mL等。
在本发明中，步骤(3)所述递送物质溶液的溶质包括质粒、蛋白质或药物中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，步骤(3)所述递送物质溶液的溶剂包括磷酸缓冲液(PBS)、生理盐水或专用电转液中的任意一种或至少两种的组合，其中专用电转液包括英格恩生物公司的EntransterTM-E。
在本发明中，步骤(3)所述固化包括：先进行冻结，而后进行冷冻干燥。
在本发明中，所述冻结的温度为-10～-30℃，例如-10℃、-12℃、-15℃、-17℃、-20℃、-22℃、-25℃、-27℃、-30℃等，冻结的时间为1-2h，例如1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2h等。
在本发明中，所述冷冻干燥是在冻干机中进行的，所述冷冻干燥的时间为12-24h，例如12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h等。
本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的可降解外支架在药物递送系统中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中可降解外支架主要用于冠状动脉旁路移植术、外周动脉旁路移植术或人工动静脉瘘手术中，能够植入包裹于静脉移植物外周或其他病理性扩张的血管外周，起到机械支撑的作用；此外，该可降解外支架中选用特定形态特定组成的液态金属材料，能够实现对血管壁的广泛电穿孔，以此来递送质粒、药物以及蛋白质等物质；实现将电穿孔整合到单纯机械支撑的外支架中，来提高外支架抑制静脉内膜增生的效果。
附图说明
图1为发明内容中共面梳状交叉阵列图案形状的结构示意图；
图2为实施例1中嵌合材料的结构示意图；
图3为实施例1中液态金属材料的扫描电镜图，标尺为40μm；
图4为实施例1步骤(3)中冷冻干燥后得到的干燥物的示意图；
图5为实施例中由图4制备图6的示意图；
图6为实施例1中可降解外支架的示意图；
图7为实施例1中可降解外支架的体内应用方式图；
图8为实施例1中可降解外支架进行电转染后抑制静脉移植物内膜增生的效果图，标尺为50μm。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种可降解外支架，包括嵌合材料以及递送物质，所述嵌合材料包括可降解聚合物基底以及嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料，所述递送物质设置在液态金属材料表面；如图2所示，嵌合材料包括可降解聚合物基底10和液态金属材料，液态金属材料包括功能部20和连接部30，从图2可知，液态金属材料的形状为共面梳状交叉阵列图案形状；可降解聚合物基底为PLCL基底；液态金属材料的材质为镓铟共晶，递送物质为质粒。
图3为液态金属材料的扫描电镜图，从图3可知液态金属与高分子基底的关系，液态金属在基底表面形成一个个独立的裸露金属区域，裸露金属区域下面是连接在一起液态金属实现导电连通。
本实施例提供一种可降解外支架的制备方法，包括如下步骤：
(1)将两个梳状电极在同一平面上相互交叉形成图案化阵列(阵列尺寸是根据目标血管的大小进行设计改动的，其中功能区电极阵列长2.5cm，宽1cm，导线区长5cm左右是针对目标血管；(图案来源参考Wei Z,Huang Y,Zhao D,et al.A pliableelectroporation patch(ep-Patch)for efficient delivery of nucleic acidmolecules into animal tissues with irregular surface shapes[J].Scientificreports,2015,5:7618.)，将该图案化阵列按照1:1的比例制备成丝网印刷模具；
(2)在离心管中加入3g镓铟共晶(Sigma公司，美国)和1mL正癸醇(Macklin公司，中国)超声处理1min，得到液态金属油墨；而后采用步骤(1)制备的丝网印刷模具将液态金属油墨印刷到PET膜上，置于80℃的烤箱，干燥，得到带有液态金属油墨的PET膜层；
(3)将溶解于二氯甲烷的10％质量分数PLCL(Evonik公司，德国)高分子溶液倒在干燥的PET膜上，膜的四周用模具围绕，防止倾倒在上面的高分子溶液流出。然后将它们置于通风橱中挥发24小时。待溶剂挥发后，我们将PET上面的形成的PLCL薄膜从PET膜上剥离下来，得到嵌合材料。在剥离过程中，液态金属图案嵌入PLCL膜中并形成导电的交叉阵列图案；
(4)用钴60对步骤(3)得到的嵌合材料进行辐照灭菌，其次滴加2mL，60μg/mL质粒溶液，覆盖了金属聚合物导体交叉阵列电极图案的表面，并在-20℃冻结。然后将其快速转移至冻干机中进行冷冻干燥，持续12小时(图4为冷冻干燥后得到的干燥物的示意图)，而后如图5所示，将固定好质粒的金属聚合物导体的交叉阵列电极部分卷曲后形成管状外支架，用7-0缝线缝合边界固定，并留有延长电极导线用于连接电穿孔仪，得到可降解外支架(图6为可降解外支架的示意图)。
将本实施例得到的可降解外支架进行如下性能测试：
以动物颈静脉移植模型为例。将自体静脉结扎两端后取出一端用作桥血管，然后用两支血管夹夹闭目标动脉一端。将夹闭的这一段动脉以45度角剪下，留下两游离动脉断端。在将静脉一端吻合于一端动脉上之后，将静脉游离端穿过管状的金属聚合物导体外支架，然后将其吻合于另一端动脉上。实现将静脉移植物包裹于金属聚合物导体支架之内。完成两端吻合及充分止血后开放夹闭的动脉，恢复动脉血流，完成吻合。然后将金属聚合物导体游离的金属导线(用于连接电穿孔仪)从皮下穿出，留置于体外，用于电穿孔，如图7。
图8为植入这种外支架并进行电转染后抑制静脉移植物内膜增生的效果图，从图8可知，外支架在具备电转染功能之后可以将目的基因转染进入目标血管，并在其中表达成蛋白质，发挥基因治疗的功能；这个功能加上支架本身具备的机械支撑功能，使外支架成功抑制了静脉移植物的内膜增生，显著降低了内膜厚度。并且效果比没有电转染的单纯机械支撑外支架好。证明具备电转染效果的外支架效果优于单纯机械支撑外支架。
实施例2
本实施例提供一种可降解外支架，该降解支架的组成与实施例1相同。
本实施例提供一种可降解外支架的制备方法，包括如下步骤：
(1)将两个梳状电极在同一平面上相互交叉形成图案化阵列，将该图案化阵列按照1:1的比例制备成丝网印刷模具；
(2)在离心管中加入3g镓铟共晶(Sigma公司，美国)和1mL正癸醇(Macklin公司，中国)超声处理1min，得到液态金属油墨；而后采用步骤(1)制备的丝网印刷模具将液态金属油墨印刷到PET膜上，置于80℃的烤箱，干燥，得到带有液态金属油墨的PET膜层；
(3)将溶解于二氯甲烷的20％质量分数PLCL(Evonik公司，德国)高分子溶液倒在干燥的PET膜上，膜的四周用模具围绕，防止倾倒在上面的高分子溶液流出。然后将它们置于通风橱中挥发12-24小时。待溶剂挥发后，我们将PET上面的形成的PLCL薄膜从PET膜上剥离下来，得到嵌合材料。在剥离过程中，液态金属图案嵌入PLCL膜中并形成导电的交叉阵列图案；
(4)用钴60对步骤(3)得到的嵌合材料进行辐照灭菌，其次滴加2mL，60μg/mL质粒溶液，覆盖了金属聚合物导体交叉阵列电极图案的表面，并在-20℃冻结。然后将其快速转移至冻干机中进行冷冻干燥，持续12-24小时，而后将固定好质粒的金属聚合物导体的交叉阵列电极部分卷曲后形成管状外支架，用7-0缝线缝合边界固定，并留有延长电极导线用于连接电穿孔仪，得到可降解外支架。
将本实施例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的测试，可以得到相似的结果。
实施例3
本实施例提供一种可降解外支架，该降解支架的组成与实施例1相同。
本实施例提供一种可降解外支架的制备方法，包括如下步骤：
(1)将两个梳状电极在同一平面上相互交叉形成图案化阵列，将该图案化阵列按照1:1的比例制备成丝网印刷模具；
(2)在离心管中加入3g镓铟共晶(Sigma公司，美国)和1.5mL正癸醇(Macklin公司，中国)超声处理4min，得到液态金属油墨；而后采用步骤(1)制备的丝网印刷模具将液态金属油墨印刷到PET膜上，置于60℃的烤箱，干燥，得到带有液态金属油墨的PET膜层；
(3)将溶解于二氯甲烷的5％质量分数PLCL(Evonik公司，德国)高分子溶液倒在干燥的PET膜上，膜的四周用模具围绕，防止倾倒在上面的高分子溶液流出。然后将它们置于通风橱中挥发24小时。待溶剂挥发后，我们将PET上面的形成的PLCL薄膜从PET膜上剥离下来，得到嵌合材料。在剥离过程中，液态金属图案嵌入PLCL膜中并形成导电的交叉阵列图案；
(4)用钴60对步骤(3)得到的嵌合材料进行辐照灭菌，其次滴加2mL，μg/mL质粒溶液，覆盖了金属聚合物导体交叉阵列电极图案的表面，并在-20℃冻结。然后将其快速转移至冻干机中进行冷冻干燥，持续12-24小时，而后将固定好质粒的金属聚合物导体的交叉阵列电极部分卷曲后形成管状外支架，用7-0缝线缝合边界固定，并留有延长电极导线用于连接电穿孔仪，得到可降解外支架。
将本实施例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的测试，可以得到相似结果。
实施例4
与实施例1的区别仅在于，液态金属材料呈现两根独立线状电极的形状。
在制备过程中，步骤(1)中丝网印刷模具以上述形状按照1:1的比例制作。
将本实施例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的测试，可以得到电转染细胞效果相对较差，动物试验中抑制静脉内膜增生的效果不佳。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，用PLGA替换PLCL基底。
将本对比例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的细胞试验和动物试验结果，但是由于降解时间较快，在动物体内难以达到较长期的机械支撑。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，不包括液态金属材料。
将本对比例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的测试，则外支架失去电转染功能，难以达到我们在动物试验中提高外支架抑制静脉移植物内膜增生的目的。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，不包括递送物质。
将本对比例得到的可降解外支架采用与实施例1相同的测试，可以得到不含递送物质的导电外支架。
通过实施例1和对比例3的对比可知：如果可降解外支架不包括递送物质，则最终抑制静脉内膜增生的效果较差。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种可降解外支架，其特征在于，所述可降解外支架是由复合薄膜卷绕而成，所述复合薄膜包括嵌合材料以及递送物质，所述嵌合材料包括可降解聚合物基底以及嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料，所述递送物质设置在液态金属材料表面。
2.根据权利要求1所述的可降解外支架，其特征在于，所述可降解聚合物基底包括PLCL薄膜、PLGA薄膜、PCL薄膜或PLA薄膜中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述递送物质包括质粒、药物或蛋白质中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的可降解外支架，其特征在于，所述嵌设在可降解聚合物基底中的液态金属材料呈现交叉阵列图案形状，优选共面梳状交叉阵列图案形状；
优选地，所述交叉阵列图案形状包括功能部和连接部，所述功能部的表面设置有递送物质，所述连接部用于连接电穿孔仪；
优选地，所述液态金属材料包括镓和/或镓铟共晶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，所述可降解外支架的制备方法包括如下步骤：
(1)将基体薄膜表面印刷液态金属油墨，固化，得到带有液态金属油墨的基体薄膜层；
(2)在步骤(1)得到的带有液态金属油墨的基体薄膜层表面形成可降解聚合物层，剥离基体薄膜，得到嵌合材料；
(3)将步骤(2)得到嵌合材料中的液态金属油墨的功能部表面涂覆递送物质溶液，固化，得到复合薄膜；
(4)将步骤(3)得到的复合薄膜中带有液态金属材料功能部的部分进行卷曲形成管状部，并将管状部的边界进行缝合固定，得到所述可降解外支架。
5.根据权利要求4所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述印刷的方式为丝网印刷；
优选地，所述丝网印刷用印刷模具是根据预先设置的交叉阵列图案制备的；
优选地，所述交叉阵列图案为共面梳状交叉阵列图案。
6.根据权利要求4或5所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基体薄膜包括PET薄膜；
优选地，步骤(1)所述液态金属油墨的制备方法包括：将液态金属置于溶剂中，超声，得到所述液态金属油墨；
优选地，所述液态金属包括镓铟共晶和/或镓；
优选地，所述溶剂包括正癸醇；
优选地，以液态金属的添加量为3g计，所述溶剂的添加体积为1-3mL；
优选地，步骤(1)所述固化的温度为60-100℃，时间为10-30min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述可降解聚合物层的形成方法包括：将聚合物溶液涂覆在带有液态金属油墨的基体薄膜层表面，固化；
优选地，所述聚合物溶液的浓度为5-15％；
优选地，所述聚合物溶液的溶质包括PLCL、PLGA、PCL或PLA中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述聚合物溶液的溶剂包括二氯甲烷和/或六氟异丙醇；
优选地，所述固化的方法包括蒸发去除溶剂。
8.根据权利要4-7任一项所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括预先对嵌合材料进行灭菌；
优选地，步骤(3)所述递送物质溶液的浓度为40-80μg/mL；
优选地，步骤(3)所述递送物质溶液的溶质包括质粒、蛋白质或药物中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(3)所述递送物质溶液的溶剂包括磷酸缓冲盐溶液、生理盐水或电转液中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要4-8任一项所述的可降解外支架的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述固化包括：先进行冻结，而后进行冷冻干燥；
优选地，所述冻结的温度为-10～-30℃，冻结的时间为1-2h；
优选地，所述冷冻干燥是在冻干机中进行的，所述冷冻干燥的时间为12-24h。
10.根据权利要求1-3任一项所述的可降解外支架在药物递送系统中的应用。
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