CN113967112A - 一种具有抗凝血功能的3d打印血管内可吸收支架的制备方法 - Google Patents

一种具有抗凝血功能的3d打印血管内可吸收支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法。该方法包括：将聚己内酯加热熔融，采用3D打印熔融沉积制造工艺，将得到的聚己内酯血管支架表面氨基化，然后浸泡在肝素溶液中接枝，冷冻干燥。该方法可以根据所需内径和长度不同快速、精确可控地获得多种规格的支架，在介入医学治疗领域中将会有重要的应用；制备得到的支架具有较好的力学性能和抗弯折性能以及良好生物相容性和抗凝血功能。

Description

一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法
技术领域
本发明属于组织工程血管支架的制备领域，特别涉及一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法。
背景技术
随着人口老龄化的加剧，心脑血管疾病的病发率和死亡率已经成为影响人类健康的重要杀手之一。经皮冠脉成形术(PCI)已经逐渐成为心血管疾病的诊疗的有效手段，具有重要的临床应用价值。手术中所使用的血管支架如金属裸支架，药物涂层支架，皆为人类心血管做出重要贡献。然而由于本身金属支架或药物洗脱支架会永久性存在于血管中，这可能会导致一些潜在的危险因素，如支架内血管再狭窄，血管内膜增生，炎症反应等等。因此生物可吸收支架由于其可被生物体完全吸收降解，正逐步成为介入医学领域关注的焦点。
3D打印技术是组织工程研究中常用方法，通过材料精确堆积的增材制造方式，能快速制造立体结构，并通过对加工参数的调节可以实现对支架宏观结构和微观结构的精确控制。周瑞琦等设计并开发了一种四轴联动3D打印系统,在熔融沉积成型原理的基础上，增加一根运动可控的旋转轴作为支架的3D打印平台，同时也作为支架成型过程中的支撑,打印时材料直接沉积在旋转轴上成型出血管支架。在临床应用中，血管内再狭窄也是介入医疗中影响手术成败的重要因素。因此从功能、材料、结构等方面入手，开发出一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架，是具有良好的临床应用前景的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法，以填补现有技术的空白。
本发明提供一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架，将聚己内酯加热熔融，采用3D打印熔融沉积制造工艺，将得到的聚己内酯血管支架表面氨基化，然后浸泡在肝素溶液中接枝，冷冻干燥获得。
本发明还提供一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯添加到3D打印机加热腔中，加热使聚己内酯处于熔融状态，采用3D打印熔融沉积制造工艺，以不锈钢金属棒作为接受轴，得到聚己内酯血管支架；
(2)将步骤(1)中聚己内酯血管支架浸泡在含氨基的化合物溶液中氨基化(使支架表面氨基化)，然后浸泡在肝素溶液中接枝，使支架表面肝素功能化，得到肝素功能化的聚己内酯支架；
(3)将步骤(2)中肝素功能化的聚己内酯支架冷冻干燥，得到具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架。
优选地，上述方法中，所述步骤(1)中聚己内酯分子量为45000～80000，更优选地，聚己内酯分子量为45000或80000。
优选地，上述方法中，所述步骤(1)中3D打印机加热腔温度为110-125℃，喷嘴温度为105-120℃。
优选地，上述方法中，所述步骤(1)中3D打印熔融沉积制造工艺的参数为：3D打印机喷头挤出速率为0.005-0.1mm/min，喷嘴距离旋转接受轴为1～3mm，打印喷头的移动速率为1-1.5mm/s，接受轴旋转速度为20-40r/min，打印次数为2-5次。
优选地，上述方法中，所述步骤(2)中含氨基的化合物包括1,6-己二胺；含氨基的化合物溶液浓度为8-10％，溶剂为异丙醇。
优选地，上述方法中，所述步骤(2)中肝素溶液包括：质量比为0.08～0.15:2～3:0.5～0.8:2～4的肝素、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和氯化钠。
优选地，上述方法中，所述步骤(2)中肝素溶液浓度为0.8～1.2mg/ml，溶剂为MES缓冲液。
优选地，上述方法中，所述步骤(2)中氨基化温度为室温，氨基化时间为0.6～1.5h。
优选地，上述方法中，所述步骤(2)中接枝温度为室温，接枝时间为20～30h。
优选地，上述方法中，所述步骤(3)中冷冻干燥时间为40～55h。
本发明还提供一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架在血管组织中的应用。
本发明中聚己内酯是一种具有优良力学性能的聚合物材料，12-24个月内可被身体完全吸收降解。通过3D打印熔融沉积技术可以根据病人CT扫描所获得的血管内腔数据，快速、精确可控地将聚己内酯制备成多种规格的血管内支架，实现精准医疗的目的，在介入医学治疗中将会有重要的应用。
本发明中可吸收支架具有优良的力学性能和生物相容性，特定的交织结构可以增强血管支架的力学性能和抗弯折性能，实现体内植入后的长期稳定性，同时由于支架表面的肝素功能化，既起到了抗凝血的作用，又有利于内皮细胞的粘附和生长，抑制平滑肌细胞的生长。
本发明肝素接枝方法，能够有效利用纤维表面的活性基团，以便能够明显提高支架的抗凝血、抑制血小板粘附的能力，为后期管状支架的体内移植提供有效抗凝保障。同时3D打印技术可以根据病人CT扫描所获得的血管内腔数据，快速、精确可控地将聚己内酯制备成多种规格的血管内支架，实现精准医疗的目的。
有益效果
(1)本发明通过3D打印技术构建了具有良好生物相容性和抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架。选用的原材料是具有力学性能的聚己内酯，在体内长期稳定，并可以完全降解。特定的交织结构增强了血管支架的力学性能。同时支架表面的肝素功能化既起到了抗凝血的作用，又有利于内皮细胞的粘附和生长。因此本发明的可吸收血管支架在设计上使支架的力学性能与生物相容性达到最佳平衡，植入体内后可以有效的血管内疾病进行精准治疗。
(2)本发明设计的支架制备工艺可以根据所需内径和长度不同快速、精确可控地获得多种规格的支架，在介入医学治疗领域中将会有重要的应用。
附图说明
图1为本发明3D打印可吸收血管支架的制备示意图；
图2为本发明实施例1中3D打印可吸收血管支架的宏观照片；
图3为本发明实施例1中3D打印可吸收血管支架扫描电镜照片；
图4为本发明对比例1中未接枝肝素的支架(左边图)和实施例1中3D打印可吸收血管支架(右边图)在培养基中培养人脐静脉内皮细胞7天后的细胞增殖情况和荧光显微镜图片；
图5为本发明分子量80000(实施例1)和分子量45000(实施例2)的接枝肝素支架的循环径向压缩力学性能；
图6为本发明对比例1中未接枝肝素的支架和实施例1中3D打印可吸收血管支架的血小板粘附电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
主要试剂来源：聚己内酯(MW 45000&MW 80000)购自于西格玛(中国)有限公司。肝素购自于北京兰杰柯科技有限公司。1,6己二胺购自于上海麦克林生化科技有限公司，异丙醇购自于永华化学股份有限公司。
力学性能测试：将3D打印可吸收血管支架水平放置在力学实验机的平台上，进行循环压缩测试，在压缩速率为10mm/min、压缩率为50％的条件下，进行循环压缩测试，循环次数为10次。
细胞培养条件：将3D打印可吸收血管支架在75％的乙醇水溶液中浸泡60分钟以消毒灭菌。将人脐静脉内皮细胞在体外扩增培培养增殖。培养液的成分为含有10％牛胎血清的DMEM。将200μL悬浮细胞液接种到支架上。将载有细胞的管状支架在CO2浓度为5％的恒温孵育箱中维持37℃培养增殖。培养7天后，通过活死细胞染色评价支架的生物相容性及细胞生存情况。
血小板粘附实验方法：将接枝肝素的支架和未接枝肝素的支架浸泡15分钟清洗灭菌，再用去离子水清洗数次后，放入24孔细胞培养板，每孔加入500μL富含血小板的血液，在37℃的条件下缓慢摇晃处理2小时，然后用PBS缓冲溶液轻洗10次。接着将样品浸入4％的多聚甲醛溶液中，4℃固定2小时，梯度乙醇溶液梯度乙醇(30％、50％、70％、80％、90％、100％)法脱水，每次浸泡15分钟。脱水处理的样品在通风橱中挥发干后喷金，用扫描电子显微镜观察膜表面血小板的粘附。
实施例1
用5g分子量为80000的聚己内酯添加到3D打印机加热腔中，加热使聚己内酯处于熔融状态；采用3D打印熔融沉积制造工艺制备聚己内酯外层。打印参数如下：3D打印机加热腔温度为125℃，喷嘴温度为120℃，喷头挤出速率为0.005mm/min，喷嘴距离旋转接受轴约为2mm，打印喷头的移动速率为1mm/s，接受轴旋转速度为20r/min，打印次数为3次。随后将1g的1,6-己二胺加入到10ml异丙醇中，配置10％(w/v)的1,6己二胺溶液。将制备的血管支架放入1,6己二胺溶液中，氨基化1h，温度为30℃。将100mg肝素，2.3g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，0.69g N-羟基琥珀酰亚胺，2.9g氯化钠加入到100ml MES缓冲液(pH 5.5)中，随后将氨基化后的血管支架放入肝素溶液中，接枝24h。最后将制备好的支架装有去离子水的15mL离心管中，放入-80℃冰箱过夜，然后放入冷冻干燥机48h，得到形态良好的可吸收血管支架。
图2表明：支架可以根据不同的直径需求制备成多种规格的血管内支架。
图3表明：所制备的支架支架杆间距均匀，形态良好。
图4表明：3D打印可吸收血管支架具有良好的生物相容性，内皮细胞在支架上铺展良好。
实施例2
用5g分子量为45000的聚己内酯添加到3D打印机加热腔中，加热使聚己内酯处于熔融状态；采用3D打印熔融沉积制造工艺制备聚己内酯外层。打印参数如下：3D打印机加热腔温度为125℃，喷嘴温度为120℃，喷头挤出速率为0.005mm/min，喷嘴距离旋转接受轴约为2mm，打印喷头的移动速率为1mm/s，接受轴旋转速度为20r/min，打印次数为3次。随后将1g的1,6-己二胺加入到10ml异丙醇中，配置10％(w/v)的1,6己二胺溶液。将制备的血管支架放入1,6己二胺溶液中，氨基化1h，温度为30℃。将100mg肝素，2.3g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，0.69g N-羟基琥珀酰亚胺，2.9g氯化钠加入到100ml MES缓冲液(pH 5.5)中，随后将氨基化后的血管支架放入肝素溶液中，接枝24h。最后将制备好的支架装有去离子水的15mL离心管中，放入-80℃冰箱过夜，然后放入冷冻干燥机48h，得到形态良好的可吸收血管支架。
图5表明：分子量为80000的接枝肝素的支架较分子量45000的接枝肝素的支架具有更好的压缩力学性能，足以适应脉动压力。
对比例1
用5g分子量为80000的聚己内酯添加到3D打印机加热腔中，加热使聚己内酯处于熔融状态；采用3D打印熔融沉积制造工艺制备聚己内酯外层。打印参数如下：3D打印机加热腔温度为125℃，喷嘴温度为120℃，喷头挤出速率为0.005mm/min，喷嘴距离旋转接受轴约为2mm，打印喷头的移动速率为1mm/s，接受轴旋转速度为20r/min，打印次数为3次。最后将制备好的支架装有去离子水的15mL离心管中，放入-80℃冰箱过夜，然后放入冷冻干燥机48h，得到形态良好的可吸收血管支架。
图4表明：接枝肝素的支架相较于未接枝肝素的支架具有更优异的生物相容性和促进内皮细胞增殖的能力。
图6表明：接枝肝素的支架相较于未接枝肝素的支架具有更优异的抑制血小板粘附的能力，从而实现抗凝血的功能。

Claims (10)

1.一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架，其特征在于，将聚己内酯加热熔融，采用3D打印熔融沉积制造工艺，将得到的聚己内酯血管支架表面氨基化，然后浸泡在肝素溶液中接枝，冷冻干燥获得。
2.一种具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯添加到3D打印机加热腔中，加热使聚己内酯处于熔融状态，采用3D打印熔融沉积制造工艺，以不锈钢金属棒作为接受轴，得到聚己内酯血管支架；
(2)将步骤(1)中聚己内酯血管支架浸泡在含氨基的化合物溶液中氨基化，然后浸泡在肝素溶液中接枝，得到肝素功能化的聚己内酯支架；
(3)将步骤(2)中肝素功能化的聚己内酯支架冷冻干燥，得到具有抗凝血功能的3D打印血管内可吸收支架。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中3D打印机加热腔温度为110-125℃，喷嘴温度为105-120℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中3D打印熔融沉积制造工艺的参数为：3D打印机喷头挤出速率为0.005-0.1mm/min，喷嘴距离旋转接受轴为1～3mm，打印喷头的移动速率为1-1.5mm/s，接受轴旋转速度为20-40r/min，打印次数为2-5次。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中含氨基的化合物包括1,6-己二胺；含氨基的化合物溶液浓度为8-10％，溶剂为异丙醇。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中肝素溶液包括：质量比为0.08～0.15:2～3:0.5～0.8:2～4的肝素、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和氯化钠；肝素溶液中肝素浓度为0.8～1.2mg/ml，溶剂为MES缓冲液。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氨基化温度为室温，氨基化时间为0.6～1.5h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中接枝温度为室温，接枝时间为20～30h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中冷冻干燥时间为40～55h。
10.一种如权利要求1所述的支架在血管组织中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114652902A (zh) * 2022-03-10 2022-06-24 上海市第六人民医院 一种x射线下可视化的3d打印血管内可吸收支架及其制备方法

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