CN111991616A - 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法 - Google Patents

一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111991616A
CN111991616A CN202010390391.8A CN202010390391A CN111991616A CN 111991616 A CN111991616 A CN 111991616A CN 202010390391 A CN202010390391 A CN 202010390391A CN 111991616 A CN111991616 A CN 111991616A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blood vessel
puncture
resistant
layer
artificial blood
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
CN202010390391.8A
Other languages
English (en)
Inventor
万烨
俞中平
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.)
Lingbo Biotechnology Hangzhou Co ltd
Original Assignee
Lingbo Biotechnology Hangzhou Co ltd
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 Lingbo Biotechnology Hangzhou Co ltd filed Critical Lingbo Biotechnology Hangzhou Co ltd
Priority to CN202010390391.8A priority Critical patent/CN111991616A/zh
Publication of CN111991616A publication Critical patent/CN111991616A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • A61L27/26—Mixtures of macromolecular compounds
    • 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
    • A61F2/06—Blood vessels
    • 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
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/20—Polysaccharides
    • 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
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/222—Gelatin
    • 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
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/24—Collagen
    • 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
    • A61L27/507—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials for artificial blood vessels
    • 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
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • 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
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • 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
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • 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
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
    • A61L2300/414—Growth factors

Landscapes

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

Abstract

本发明为一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法，属组织工程领域，具体涉及自体内皮化可多次穿刺的组织工程血管及其制备方法及用于制备自体内皮化可多次穿刺的组织工程血管的血管骨架。一种自体内皮化可多次穿刺的组织工程血管的制备方法，包括以下步骤：将血管骨架植入动物或人体内，使所述血管骨架与所述动物或人体的血管相并联缝合，7‑62d后取出，即可得到自体内皮化可多次穿刺的组织工程血管。本发明的有益效果在于：可以有效地抑制内膜增生和血栓的产生；可以替代自体的任意位置血管，可以根据需要定制相应尺寸的内皮化血管；该制备技术可控性强，通过骨架结构的控制(壁厚、纤维直径、孔径、层数、纺织角度)，对于血管骨架的力学性能和细胞迁移性进行控制，达到人造血管“金标准”。

Description

一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法
技术领域
本发明属生物材料与组织工程领域，具体涉及一种耐穿刺活性人工血管及其制备方法。
背景技术
血液透析是抢救急、慢性肾衰竭的最有效措施，能够很大程度延长患者生命。在肾透析治疗中，病人的血液从动脉引出，经过中空纤维透析器处理后再由静脉输入病人体内，从而纠正机体电解质和酸碱平衡紊乱。临床上，高效能透析器在高血流量和高透析液流量的情况下，单位时间的毒素清除率会随血流量或透析液流量的增加而增加，因此为达到较高的毒素清除率同时缩短透析治疗时间，通常大于200mL/min的较高速血液流量是必要的。这就要求血液透析必须建立合适的体外血液循环，若将患者自身的动静脉直接连接形成环路，静脉较低血压对应的回血速度显然达不到透析要求。因此就需要运用血管外科技术在动静脉之间建立循环短路，通过动静脉瘘为血液透析提供长期有效的血管通路。前臂远端桡动脉和头静脉的自体血管直接吻合是透析患者首选的长期血管通路，被称为“标准内瘘”或“第一级血管通路”。当两侧前臂都找不到适当的自体血管可做吻合时，使用人造血管替代自体血管建立移植血管内瘘，又称为“第二级血管通路”。动静脉造瘘的目的是为患者透析提供使用便利，因此治疗过程中血管通路需要经受长期高频率的反复穿刺，当使用人造血管建立“第二级血管通路”时，普通的人造血管在临床上经常会因为反复穿刺导致渗漏甚至爆裂，难以长期支持透析治疗，由此可见血管通路的建立对人工血管有着更高的要求。
现有的造瘘人工血管多采用膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)材料，于20世纪70 年代开始由Gore-tex公司发明并应用于临床。e-PTFE是超疏水材料，具有一定的生物相容性但细胞亲和性较差，植入体内几个月以后，细胞向材料内的迁移、增殖和细胞外基质分泌仍然很少，材料的组织顺应性不佳。因此导致穿刺后止血困难，穿刺部位易形成凝血和血栓，发生血管堵塞的频次很高，需要经常性疏通造瘘血管，或更换新血管。目前临床常见动静脉造瘘的GORE-TEX 人工血管由e-PTFE材料制备成型，其在造瘘手术早期由于血清渗出易形成血清肿。而且为了保证穿刺使用的能力，在术后一个月才可进行透析治疗。在建立血管通路的过程中由于材料的细胞亲和性较低，导致血管内膜形成不均，存在部分过度增生和狭窄问题，同时易形成血栓和堵塞，后期耐用性较差、患者面临反复疏通和更换的手术风险。为进一步满足临床需求，GORE开发设计了 ACUSEAL即穿型人工血管并应用于临床使用，由双层e-PTFE和硅胶夹层构成，有效解决了血管渗漏和早期穿刺使用的问题，术后24小时便能投入使用，但与此同时这种三层血管的壁厚、直径较大，对患者自身静脉条件存在一定选择性。目前应用于临床的无论e-PTFE还是硅胶材料，虽然力学性能满足穿刺需求，但是材料本身细胞亲和性较差、无法降解，不能与周围组织有效整合和功能性再生，因此长期的血管通畅性和生理功能无法保证。
本专利技术的思路是通过血管结构的优化设计和材料的组合达到早期可穿刺的目的，同时可利用活性因子的功能修饰，在体内刺激和诱导成纤维细胞快速迁移、增殖和分泌，快速实现血管壁纤维的细胞化和组织化，获得长期耐穿刺的能力。编织和熔融纺丝等制备技术能够使纤维结构规整，防止由于纤维的变形产生力学不均匀，造成局部管腔膨大，且纤维间孔径较大，有利于细胞迁入和增殖。此外，水凝胶能够在初期填充纤维孔隙，防止漏血，又可作为控制活性因子物质释放的载体，随着水凝胶的降解，细胞迁入、增殖和细胞外基质的分泌同步进行，材料分解与组织生长相匹配。活性因子如碱性成纤维细胞生长因子bFGF能够促进成纤维细胞的迁移和增殖、胶原的沉积；血管内皮生长因子VEGF促进血管内皮形成；胰岛素样生长因子IGF是一类多功能细胞调控因子，能够调节组织再生和重构；除此之外，NO分子作为重要的促进血管生成和血管重塑的物质，还可以抑制血小板凝集和粘附，防止血栓形成。这些活性因子的选择性加入能够使血管支架快速细胞化，促进增殖分泌和组织重构，使人工血管获得长期的生物亲和性和趋于天然的顺应性结构。随着活性因子的释放，响应的成纤维细胞快速迁移入血管支架内部，增殖并分泌细胞外基质，短时间内对血管支架形成天然的基质包裹，细胞外基质中的结构蛋白如胶原和弹性蛋白赋予其一定的强度和韧性，增强对血管的天然支撑。此外，纤粘连蛋白等成分将细胞、基质和血管支架连成整体，细胞外基质的纤维网状结构能够在穿刺按压后快速止血并促进创口愈合。基于这样设计结构优化和活性修饰人工血管的构建思路，我们能够获得早期可穿刺，再生良好、长期耐穿刺的活性人工血管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法，使得到的人工血管能够在早期具备可穿刺能力，且在穿刺后自动回弹、不渗漏、参数稳定、抗弯曲强度大、快速在人和/或动物体内细胞化，长期的组织再生能力良好，可以满足血液透析对血管通路血流量和长时间耐穿刺的需求。
本发明公开了一种可多次穿刺的活性人工血管，包括作为支撑层的管状聚合物纤维支架，以及与支撑层相互嵌合的耐穿刺层。所述支撑层的管状聚合物纤维支架采用可降解聚合物材料，与支撑层嵌合的耐穿刺层采用水凝胶材料。
进一步地，所述可降解聚合物材料采用聚己内酯(PCL)、聚(丙交酯-己内酯)共聚物(PLCL)、聚氨基甲酸酯(PU)、聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚对二氧六环己酮(PDS)、聚乙醇酸(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚乙二醇(PEO)、明胶、胶原中一种或几种的任意比例混合物。
进一步地，所述水凝胶材料采用甲基丙烯酸甲酯修饰明胶(GelMA)、透明质酸、胶原、壳聚糖、自组装水凝胶材料中的一种或几种的任意比例混合物。
进一步地，耐穿刺层水凝胶中可添加促进细胞增殖和分泌细胞外基质的活性因子物质。
优选地，所述耐穿刺层中活性因子包括bFGF、VEGF、IGF-1、PDGF生长因子中一种或几种，和/或IGF-1、VEGF、PDGF、bFGF生长因子相应的多肽中一种或几种，和/或RGD短肽、NO供体分子中一种或几种。
进一步地，所述支撑层纤维支架为聚合物纤维构成的多孔结构，耐穿刺层水凝胶为与支撑层嵌合的填充结构。
优选地，所述可多次穿刺人工血管内径即内层支撑层纤维支架内径为2-10 mm，长度为5-40cm，支撑层纤维支架厚度为100-800μm，耐穿刺层水凝胶的厚度为50-500μm。
进一步地，所述支撑层纤维支架为单层或多层结构，耐穿刺层水凝胶为与支撑层或支撑层支架中纤维嵌合的单层或多层结构。
本发明还公开了一种可多次穿刺的人工血管的制备方法，包括以下步骤：
制备支撑层的管状聚合物纤维支架，所述支撑层纤维支架的制备方法包括：静电纺丝、熔融纺丝、编织、3D打印、浇铸中的一种或几种组合；
制备与支撑层嵌合的水凝胶耐穿刺层，所述耐穿刺层水凝胶的制备方法包括：在已成型的支撑层纤维支架上通过3D打印、喷墨打印、自组装、浸泡于前体溶液中的一种或几种方法制备获得；
可选择性添加活性因子物质，所述活性因子的添加方式包括：在水凝胶前体溶液中添加、以共价或非共价方式与水凝胶分子结合中的一种或几种。添加的活性因子可改善人工血管的活性，有利于实现血管通路建立后的再生重构和耐穿刺能力。
本发明的有益效果在于：
1、选用弹性高分子材料制备人工血管的纤维支撑层，凭借材料骨架本身的力学支撑和可回弹特性，能够有效抵抗挤压和弯曲，同时在一定程度上防止穿刺造成的渗漏。
2、通过制备方法的组合和结构设计控制纤维骨架的性质特点，如纤维直径、纤维角度或层数，使其具备支撑层所需的力学性能和细胞迁入能力，为细胞化提供适宜的结构基础，有效实现人工血管在体内的长期组织再生和重构。
3、采用柔性填充的水凝胶材料与支撑层嵌合作为人工血管的耐穿刺层，其交联可控的力学性能和拉伸性赋予耐穿刺血管早期的封闭与抗压能力，使其在血管通路的建立初期经过极短的准备时间便可进行穿刺使用。
4、利用水凝胶的可降解能力可以为活性添加成分的释放提供可控的载体，使支架降解与组织再生同步进行，为血管在体内的再生创造适宜的微环境，诱导快速的细胞化和组织重构，有利于人工血管达到长期的耐穿刺效果。
5、可以通过在可降解的水凝胶穿刺层中负载各种生长因子和血管活性物质，包括bFGF、VEGF、IGF、NO等，能够提高改善材料对血管细胞的亲和性，促进细胞快速迁移、增殖并分泌细胞外基质，在短时间内获得类似天然血管的细胞外基质结构，有效提高人工血管在使用中的穿刺止血和创口愈合能力，同时获得良好的顺应性和长期耐穿刺性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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。
实施例1
本实施例中的耐穿刺人造血管，包括编织的PCL支撑层和GelMA水凝胶耐穿刺层；所述耐穿刺层和支撑层相互嵌合。
支架制备过程包括如下步骤：
1、通过熔融纺丝技术制备PCL纤维，其具体操作为：将PCL(Mw＝8000) 置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中，于220℃下加热1h后进行纺丝；以无锈钢注射器配以15G不锈钢针头，注射器针头与接收棒的距离为50mm， PCL熔体的流速为3mL/h，以54mm/s的线速度接收PCL纤维。所述PCL纤维用于PCL支撑层的编织。
2、使用锭子式小口径编织机对上述步骤中获得的PCL纤维进行编织，编制结构采用规则编织结构，编织工艺角为65度，使用16锭编织机，编织速度设置为6转每秒，编制高度为10cm。编织时，在工作台中间放入直径为4mm 的硅胶管作为芯轴，PCL纤维围绕硅胶芯轴缠绕编织，芯轴起到支撑作用，但不参与编织过程。通过以上方法可获得内径4mm的PCL编织血管支架。
3、以甲基丙烯酸甲酯修饰明胶(GelMA)水凝胶作为耐穿刺层，所述耐穿刺层嵌合在支撑层之中，其具体制备方式如下：称取冻干的GelMA材料，用PBS配置成20％(w/v)的溶液，在37℃条件下搅拌至完全溶解，使用前加入1％(w/v)的光引发剂充分混合。将上述步骤中获得的PCL编织血管支架连带硅胶轴芯一同浸入配置好的水凝胶前体溶液中，1000rpm离心3min，使水凝胶前体溶液充分浸入编制血管支架中。随后将血管支架从溶液取出，置于紫外灯(波长360-480nm，功率1.5W)下进行60–120s的光交联，即可获得与PCL编织支撑层嵌合的GelMA水凝胶耐穿刺层。
4、上述过程完成后，将硅胶芯轴取出即可获得所述耐穿刺人工血管。
如此获得的人工血管具有良好的耐穿刺性能和防渗漏性能，可在移植后即刻用于穿刺透析，满足临床需求。
为了进一步说明本实施例的有益效果，设置仅含有实施例1所述支撑层，不含有凝胶耐穿刺层的PCL编织血管支架作为对比例1-1。
实施例2
本实施例中的耐穿刺人造血管，包括编织的PLLA支撑层和CS-IGF-1C 水凝胶耐穿刺层；所述耐穿刺层和支撑层相互嵌合。
支架制备过程包括如下步骤：
1、用商品化的PLLA纤维制备编织支撑层，其制备方式与实施例1相同。
2、以胰岛素样生长因子-1C结构域多肽(IGF-1C)修饰壳聚糖(CS)为材料，制备生物活性CS-IGF-1C水凝胶作为耐穿刺层，所述耐穿刺层嵌合在支撑层之中，其具体制备方式如下：用蒸馏水配置β-甘油磷酸酯(β-GP)溶液(70％，w/v)，于4℃保存。将冻干的CS-IGF-1C材料溶解于培养基中，向其中加入β-GP溶液(混合溶液中β-GP终浓度为0.023M)，在冰浴条件下混合均匀，获得水凝胶前体溶液。将上述步骤中制备的PLLA编织血管支架连带硅胶轴芯一同浸入配置好的水凝胶前体溶液中。随后将血管支架从溶液取出，置于37℃，5％CO2的培养箱中静置10分钟，CS-IGF-1C溶液凝胶化，即可获得与PLLA编织支撑层嵌合的CS-IGF-1C水凝胶耐穿刺层。
3、上述过程完成后，将硅胶芯轴取出即可获得所述耐穿刺人工血管。
如此获得的人工血管具有良好的耐穿刺性能和防渗漏性能，能够在移植后即刻用于穿刺透析，并通过促进血管组织快速再生获得良好的长期耐穿刺性能。
为了进一步说明本实施例的有益效果，设置相同材料、结构和制备方式制备的对比例2-1，其与实施例2的区别仅为：对比例2-1中耐穿刺层水凝胶为单纯壳聚糖(CS)材料，不含有IGF-1C修饰。
实施例3
本实施例中的耐穿刺人造血管，包括由内层静电纺丝，外层熔融纺丝制备的PCL支撑层和Nap-FFGRGD水凝胶耐穿刺层；所述耐穿刺层和熔融纺丝 PCL支撑层相互嵌合。模板制备过程包括如下步骤：
1、采用静电纺丝法制备PCL支撑层内层，具体操作方法如下：称取3g 分子量为80000的PCL，加入到12mL体积比为5：1的氯仿与无水甲醇的混合溶剂中，室温搅拌溶解过夜，制得浓度分数为25％(m/v)的PCL溶液；将静电纺丝装置置于通风橱内，将直径5mm的不锈钢管(接收棒)与旋转电机相连，将PCL溶液吸入注射器中，将注射器安装在注射泵上，注射器针头与接收棒距离10cm，使用高压直流电源在21G金属针头上加12kV电压。设定注射泵推进速度为8mL/h，接收棒转速为100rpm，制备厚度为150μm静电纺丝纤维层，纤维直径5μm。
2、采用熔融纺丝法制备PCL制备支撑层外层，具体操作步骤如下：称取 5.0g，分子量为80000的PCL，PCL置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中，于220℃下加热1h后进行纺丝；将上述步骤中获得的电纺PCL支架连同接收棒安装在转动装置上，无锈钢注射器配以15G不锈钢针头，注射器针头与接收棒的距离为15mm，PCL熔体的流速为2.4ml/h，接收棒的旋转速度设置为178r/min，平移速度设置为28mm/s。制备出纤维角度为60°，纤维直径为80μm，壁厚度为400μm的支撑层外层；得到的双层PCL血管支架：内径为6mm，总壁厚为550μm。
3、对RGD短肽进行化学修饰，得到可自组装成胶的分子Nap-FFGRGD。 Nap-FFGRGD可在材料表面自组装形成水凝胶耐穿刺涂层，提高材料表面对细胞的亲和性，促进细胞增殖，通过促进血管组织快速再生获得良好的长期耐穿刺性能。其具体制备方式如下：将Nap-FFGRGD溶解在PBS中，浓度0.2 mg/mL，pH＝7.4。将双层PCL血管支架支撑层浸泡到Nap-FFGRGD溶液中， 37℃放置过夜，随后用PBS缓冲液冲洗PCL支架3次。Nap-FFGRGD在纤维表面形成均一的自组装涂层。
如此获得的人工血管具有良好的耐穿刺性能和防渗漏性能，能够在移植后即刻用于穿刺透析，并通过促进血管组织快速再生获得良好的长期耐穿刺性能。
为了进一步说明本实施例的有益效果，设置相同材料、结构和制备方式制备的对比例3-1，其与实施例3的区别仅为：对比例3-1中耐穿刺层自组装水凝胶为Nap-FFG，不含有RGD短肽修饰。
实施例4
本实施例中的耐穿刺人造血管，包括由静电纺丝支撑层和GelMA水凝胶耐穿刺层；所述电纺PCL支撑层和水凝胶耐穿刺层相互嵌合。模板制备过程包括如下步骤：
1、采用静电纺丝法制备PCL支撑层，具体操作方法如下：称取3g分子量为80000的PCL，加入到12mL体积比为5：1的氯仿与无水甲醇的混合溶剂中，室温搅拌溶解过夜，制得浓度分数为25％(m/v)的PCL溶液；将静电纺丝装置置于通风橱内，将直径2mm的不锈钢管(接收棒)与旋转电机相连，将PCL溶液吸入注射器中，将注射器安装在注射泵上，注射器针头与接收棒距离10cm，使用高压直流电源在21G金属针头上加12kV电压。设定注射泵推进速度为8mL/h，接收棒转速为100rpm，制备厚度为100μm静电纺丝纤维层，纤维直径5μm。
2、以甲基丙烯酸甲酯修饰明胶(GelMA)水凝胶材料，通过3D打印技术制备耐穿刺层，其具体制备方式如下：称取冻干的GelMA材料，用PBS配置成20％(w/v)的溶液，在37℃条件下搅拌至完全溶解，使用前加入1％ (w/v)的光引发剂充分混合。将水凝胶前体溶液加入3D打印机(Allevi3，Allevi，America)打印头中，配合405nm固化光源，在支撑层表面打印形成一层厚度为50μm的水凝胶耐穿刺层。
3、重复步骤1、2各一次后，重复步骤1，获得具有五层结构(三层电纺支撑层，两层水凝胶耐穿刺层)的PCL耐穿刺人工血管。
如此获得的人工血管具有良好的耐穿刺性能和防渗漏性能，能够在移植后即刻用于穿刺透析，并通过促进血管组织快速再生获得良好的长期耐穿刺性能。
为了进一步说明本实施例的有益效果，设置仅含有实施例4所述支撑层，不含有凝胶耐穿刺层的PCL电纺血管支架作为对比例4-1。
实施例5
本实施例中的耐穿刺人造血管，包括由静电纺丝支撑层和CS-NO水凝胶耐穿刺层；所述电纺PCL支撑层和水凝胶耐穿刺层相互嵌合。模板制备过程包括如下步骤：
1、采用静电纺丝法制备PCL支撑层内层，具体操作方法如下：称取3g 分子量为80000的PCL，加入到12mL体积比为5：1的氯仿与无水甲醇的混合溶剂中，室温搅拌溶解过夜，制得浓度分数为25％(m/v)的PCL溶液；将静电纺丝装置置于通风橱内，将直径5mm的不锈钢管(接收棒)与旋转电机相连，将PCL溶液吸入注射器中，将注射器安装在注射泵上，注射器针头与接收棒距离10cm，使用高压直流电源在21G金属针头上加12kV电压。设定注射泵推进速度为8mL/h，接收棒转速为100rpm，制备厚度为150μm静电纺丝纤维层，纤维直径5μm。
2、以炔基化壳聚糖(CS)为材料，将半乳糖保护的一氧化氮(NO)供体修饰在CS载体上，制备具有生物活性的CS-NO水凝胶作为耐穿刺层，所述耐穿刺层嵌合在支撑层之间，其具体制备方式如下：用蒸馏水配置β-甘油磷酸酯(β-GP)溶液(70％，w/v)，于4℃保存。将冻干的CS-NO材料溶解于培养基中，向其中加入β-GP溶液(混合溶液中β-GP终浓度为0.023M)，在冰浴条件下混合均匀，获得水凝胶前体溶液。将水凝胶前体溶液加入3D打印机(Allevi3，Allevi，America)打印头中，打印头保持4℃，打印仓温度设置为37℃，在支撑层表面通过打印形成一层厚度为100μm的水凝胶耐穿刺层。
3、重复步骤1、2各一次后，重复步骤1，获得具有五层结构(三层电纺支撑层，两层水凝胶耐穿刺层)的PCL耐穿刺人工血管。
如此获得的人工血管具有良好的耐穿刺性能和防渗漏性能，能够在移植后即刻用于穿刺透析，并通过促进血管组织快速再生获得良好的长期耐穿刺性能。
为了进一步说明本实施例的有益效果，设置相同材料、结构和制备方式制备的对比例5-1，其与实施例5的区别仅为：对比例5-1中耐穿刺层自组装水凝胶为壳聚糖(CS)水凝胶，不含有一氧化氮供体修饰。
为检测耐穿刺人工血管的性能，对上述实施例和对应对比例进行评价：
1、体外流动培养模拟血流人体血流条件，对血管支架防渗漏性能进行检测，其具体方法如下：
将实施例中制备所得的耐穿刺血管支架接入体外流动培养生物反应器灌流系统。将新鲜获取的抗凝人血加入生物反应器灌流系统中，设置蠕动泵转速为200mL/min，使抗凝血液在灌流系统中流动10min，模拟体内血液循环。收集血管支架在血液灌流过程中渗出的血液，分别进行称重，检测其防渗漏性能。
2、动物动、静脉分流(AV-Shunt)实验，检测血管的术后即用耐穿刺性，其具体方法如下：
先将耐穿刺血管支架与医用输液管连接，制成体外循环部分。选用雌性新西兰大白兔(2.0-2.5kg)，耳缘静脉注射氨基甲酸乙酯(0.5g/kg)使其麻醉，并注射肝素(100UI/kg)抗凝。剃除颈部毛发并固定于手术台，用碘酒进行消毒。沿中线剪开颈部皮肤及右侧肌肉，使右侧颈动脉暴露，用钝性分离器剥离颈动脉和皮下浅表静脉。使用留置针从颈动脉引出血液，连接体外部分循环，再输回浅表静脉。待血液循环建立稳定后，用21G注射针头对人工血管进行穿刺，穿刺结束后，采取按压止血的方式用医用纱布止血1min，随后撤去纱布，观察并记录此后10min时间内血管渗血情况，收集渗出血液进行称重，检测血管的术后即用耐穿刺性。
以实施例4和对比例4-1为例，由实验结果可以看出，无耐穿刺水凝胶层的人工血管支架在连接入动物动静脉并进行穿刺后出现大量出血，伴随有凝血和血栓形成等情况，而耐穿刺水凝胶层的添加有效防止了穿刺后大量出血的情况发生，起到了良好的封堵作用，证实上述实施例具有良好的术后即用耐穿刺性能。
3、血管动物体内植入检测：
对上述人造血管进行羊(约50kg)颈部动静脉造瘘实验，检测植入人工血管的穿刺闭合性、长期耐穿刺性能、血栓发生率、通畅率、与周围组织整合速度以及再生性能。
与周组织整合速度检测具体步骤如下：于术后10天时间点，麻醉动物后检查，并对植入血管与周围组织的整合情况进行分析。植入血管与周围组织易于分离即为尚未整合；植入血管与周围组织不易分离，且无发炎，肿胀迹象即为整合完毕。
穿刺闭合性检测：羊动静脉造瘘术后，立即以16G透析针对羊颈部动静脉造瘘的耐穿刺血管进行穿刺，见血液流出后拔出穿刺针，并立即用无菌脱脂棉按压止血，同时开启计时器，待按压结束后，确认在无需按压的情况没有血液从穿刺孔流出，停止计时，记录时间，该时间为穿刺止血时间以反应血管的穿刺止血性能，以分钟为结果单位。
长期耐穿刺性能检测羊动静脉造瘘术后，用16G透析针以每月两次的频率对耐穿刺血管进行穿刺，见血液流出后拔出穿刺针，并立即用无菌脱脂棉按压止血，同时开启计时器，待按压结束后，确认在无需按压的情况没有血液从穿刺孔流出，停止计时，记录时间，该时间为穿刺止血时间以反应血管的穿刺止血性能，以分钟为结果单位。此外，于术后1、3、6个月时间点，麻醉动物后取材，对植入的耐穿刺血管进行组织学和力学分析。
再生性能检测：于术后1个月时间点，麻醉动物后取材，对植入的耐穿刺血管进行组织学分析和免疫荧光染色分析，检测其再生性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种耐穿刺活性人工血管，其特征在于，包括支撑层、耐穿刺层；所述支撑层采用管状聚合物纤维支架，所述耐穿刺层与所述支撑层相互嵌合；所述支撑层采用可降解聚合物材料，所述耐穿刺层采用水凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的耐穿刺活性人工血管，其特征在于，所述支撑层为聚合物纤维构成的多孔结构，所述耐穿刺层为与支撑层嵌合的填充结构。
3.根据权利要求1所述的耐穿刺活性人工血管，其特征在于，所述支撑层采用聚己内酯(PCL)、聚(丙交酯-己内酯)共聚物(PLCL)、聚氨基甲酸酯(PU)、聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚对二氧六环己酮(PDS)、聚乙醇酸(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚乙二醇(PEO)、明胶、胶原中一种或几种的任意比例混合物。
4.根据权利要求1所述的耐穿刺活性人工血管，其特征在于，所述耐穿刺层采用甲基丙烯酸甲酯修饰明胶(GelMA)、透明质酸、胶原、壳聚糖、自组装水凝胶材料中的一种或几种的任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的耐穿刺活性人工血管，其特征在于，所述耐穿刺层中添加bFGF、VEGF、IGF-1、PDGF生长因子中一种或几种，和/或IGF-1、VEGF、PDGF、bFGF生长因子相应的多肽中一种或几种，和/或RGD短肽、NO供体分子中一种或几种。
6.一种耐穿刺活性人工血管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备支撑层的管状聚合物纤维支架，所述支撑层纤维支架的制备方法包括：静电纺丝、熔融纺丝、编织、3D打印、浇铸中的至少一种；
制备与支撑层嵌合的耐穿刺层，所述耐穿刺层的制备方法包括：在已成型的支撑层纤维支架上通过3D打印、喷墨打印、自组装、浸泡于前体溶液中的一种或几种方法制备获得。
CN202010390391.8A 2020-05-08 2020-05-08 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法 Pending CN111991616A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010390391.8A CN111991616A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010390391.8A CN111991616A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111991616A true CN111991616A (zh) 2020-11-27

Family

ID=73461722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010390391.8A Pending CN111991616A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111991616A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113398330A (zh) * 2021-05-17 2021-09-17 四川大学 一种可构建多层级仿生孔结构的3d打印生物墨水及其制备方法和打印方法
CN116082717A (zh) * 2023-02-02 2023-05-09 领博生物科技(杭州)有限公司 水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106749888A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 中国科学院兰州化学物理研究所 一种复杂结构双网络水凝胶管的制备方法
CN108117662A (zh) * 2017-11-30 2018-06-05 中国科学院兰州化学物理研究所 一种在材料表面制备亲水润滑涂层的方法
CN110201223A (zh) * 2019-03-26 2019-09-06 南开大学 一种合成高分子与天然细胞外基质复合材料、人工血管及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106749888A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 中国科学院兰州化学物理研究所 一种复杂结构双网络水凝胶管的制备方法
CN108117662A (zh) * 2017-11-30 2018-06-05 中国科学院兰州化学物理研究所 一种在材料表面制备亲水润滑涂层的方法
CN110201223A (zh) * 2019-03-26 2019-09-06 南开大学 一种合成高分子与天然细胞外基质复合材料、人工血管及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113398330A (zh) * 2021-05-17 2021-09-17 四川大学 一种可构建多层级仿生孔结构的3d打印生物墨水及其制备方法和打印方法
CN116082717A (zh) * 2023-02-02 2023-05-09 领博生物科技(杭州)有限公司 水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10603156B2 (en) Biodegradable vascular grafts
Catto et al. Vascular tissue engineering: recent advances in small diameter blood vessel regeneration
EP2741791B1 (en) Medical device
US10582996B2 (en) Biodegradable vascular grafts
CN103920194B (zh) 一种多层神经导管及其制备方法
CN110507860B (zh) 一种复合工艺制备原位组织工程血管的方法
US20050107868A1 (en) Scaffold for tissue engineering, artificial blood vessel, cuff, and biological implant covering member
EP2780046A1 (en) Segmented, epsilon-caprolactone-rich, poly(epsilon-caprolactone-co-p-dioxanone) copolymers for medical applications and devices therefrom
WO2013151463A2 (en) Tissue-engineered vascular graft and its fabrication approach
CN111714706A (zh) 可促进血管细胞增殖和分泌细胞外基质的血管支架、血管支架的制备方法及活性人工血管
Yin et al. Performance of PEGylated chitosan and poly (L-lactic acid-co-ε-caprolactone) bilayer vascular grafts in a canine femoral artery model
CN111991616A (zh) 一种可多次穿刺的活性人工血管及其制备方法
US20090136553A1 (en) Triggerably dissolvable hollow fibers for controlled delivery
CN115137881A (zh) 抗血栓、促组织再生的三层仿生人工血管及其制备方法
CN111714703B (zh) 一种高顺应性组织工程血管制备模板及组织工程血管
CN109289093B (zh) 网状鞘层结构的pgs/pcl双层人工血管及其构建方法
Karaman et al. Electrospun scaffolds for vascular tissue engineering
CZ2017427A3 (cs) Kompozitní cévní náhrada a způsob její výroby
AU2003221090B2 (en) Tissue engineering scaffold material, artificial vessel, cuff member and coating for implants
US11998439B2 (en) Biodegradable vascular grafts
CN111700710B (zh) 一种组织工程材料用模板及组织工程材料
CN111700711B (zh) 一种可用于制备低刺激、高顺应性组织工程血管的模板及组织工程血管
Koens et al. Acellular Tubular Grafts Constructed from Natural Materials in Vascular Tissue Engineering: From Bench to Bedside
JPH07299084A (ja) 人工補綴物
Madhavan Design and development of multilayer vascular graft

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201127

RJ01 Rejection of invention patent application after publication