CN114848899A - 一种双层人工血管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层人工血管及其制备方法，所述方法包括：将聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白一起溶解于HFIP(六氟异丙醇)中，将肝素钠溶解于甲酸溶液中，获得肝素钠溶液，将二者溶液混合，获得静电纺丝溶液A；将氟化聚氨酯溶解于HFIP(六氟异丙醇)中，将壳聚糖溶于甲酸中，获得壳聚糖溶液，将二者溶液混合，获得静电纺丝溶液B；将所述静电纺丝溶液A通过静电纺丝方法获得电纺膜，作为血管内层；将所述静电纺丝溶液B电纺到血管内层的外表面，获得双层人工血管。本发明的血管的内层有良好的亲水性及生物相容性促内皮层形成，外层有超强的疏水性防止血液渗透，且可通过MRI技术直接进行体内移植物监测。

Description

一种双层人工血管及其制备方法

技术领域

本发明涉及人造血管技术领域，特别涉及一种双层人工血管及其制备方法。

背景技术

大血管疾病年发病率约5-10/10万人口，并且近年来发病率显著增长。血管移植物是治疗此类疾病的关键。可供临床应用的血管主要是组织工程血管。据2019年中国组织工程血管产业研究报告显示，中国年组织工程血管需求量约40-60万条，目前以Terumo，Marque，GORE-TeX为主的进口品牌占据近90％的国内市场份额，且长期处于供不应求状态。目前市场上使用的组织工程血管主要以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)为主要成分。

ePTFE材料具有较小的界面自由能，有一定疏水性和润湿性能，但其缺点也很突出：(1)表面特性不利于内皮细胞的黏附和增殖，因此难以形成完整的内膜结构，影响组织工程血管的生物相容性和小口径血管的通畅率；(2)表面疏水性不足，手术中血管渗血问题无法解决，影响手术效果及患者预后。在构建多层组织工程血管时，良好的孔隙率及透气性能可以增强组织工程血管内外的物质及气体交换，促进细胞的粘附和内皮层的形成。但较大的孔隙率往往会伴随着较高的渗透性，导致组织工程血管抗压能力及抗渗出能力减弱。

因此，开发出有必要开发一种解决上述缺点的双层人工血管。

发明内容

本发明目的是提供一种双层人工血管及其制备方法，该血管的内层采用PCU(聚碳酸聚氨酯)和SF(丝素蛋白)以及Hep(肝素)混纺，制备成具有高度亲水性，生物相容性极强，并具有预防血栓形成能力的纳米纤维内膜，外层由FPU(氟化聚氨酯)和CS(壳聚糖)混纺技术，构建成具有高度疏水透气性，极强防渗透及预防出血能力，并有良好生物相容性的纳米纤维外膜，且该血管可以通过MRI技术直接进行体内移植物监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在本发明的第一方面，提供了一种双层人工血管的制备方法，所述方法包括：

将聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白一起溶解于六氟异丙醇中，获得混合溶液；将肝素钠溶解于甲酸中，获得肝素钠溶液；并将所述混合溶液和所述肝素钠溶液混合，获得静电纺丝溶液A；

将氟化聚氨酯溶解于六氟异丙醇中，获得氟化聚氨酯溶液；将壳聚糖溶于甲酸中，获得壳聚糖溶液，并将所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液混合，获得静电纺丝溶液B；

将所述静电纺丝溶液A通过静电纺丝方法获得电纺膜，作为血管内层；

将所述静电纺丝溶液B电纺到所述血管内层的外表面，获得双层人工血管。

进一步地，所述静电纺丝溶液A中，所述聚碳酸聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml，所述丝素蛋白的浓度为0.04～0.06g/ml。

进一步地，所述肝素钠溶液中肝素钠的浓度为0.01g/ml～0.03g/ml。

进一步地，所述静电纺丝溶液B中氟化聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml。

进一步地，所述壳聚糖溶液的浓度为0.01g/ml～0.03g/ml。

进一步地，所述获得血管内层中，所述聚碳酸聚氨酯丝素蛋白混合溶液与所述肝素钠溶液的体积比为5：1。

进一步地，所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液的体积比为5：1。

进一步地，所述静电纺丝溶液A通过静电纺丝方法获得电纺膜，作为血管内层，包括：

将所述静电纺丝溶液A吸入注射器，用微量注射泵的驱动，根据所需血管口径不同选择直径不同金属棒作为旋转接收器，获得电纺膜，而作为血管内层。

进一步地，所述依次将所述静电纺丝溶液B电纺到所述血管内层的外表面，获得双层人工血管，包括：

将所述静电纺丝溶液B吸入所述注射器电纺到血管内层的外表面，从而获得双层人工血管。

在本发明的第二方面，提供了一种所述的方法获得的双层人工血管。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供的一种双层人工血管及其制备方法，本发明制备具有选择通透性的组织工程血管，内层由PCU和SF以及Hep混纺，采用SF改善亲水性，细胞贴附性，加hep抗凝血，抗血小板聚集。外层由FPU和CS混纺，加入CS，具有一定抗菌性及抗炎性能。内层具备良好的亲水性能，可以促进内皮贴敷有利于内皮细胞层形成，同时具有抗凝血功能，防止血栓形成；外层具有超强的疏水性防止血液渗透，同时具有一定抑菌能力，防止感染。该双层纳米纤维人工血管孔隙率高，可以增加细胞透壁，促进各细胞层形成；具有较好的物理机械性能适应体内较高的血压环境，且可以通过MRI技术直接进行体内移植物监测。

与现有技术相比，本发明的双层人工血管通过内层及外层亲疏水性的巨大差异，以及修饰材料的不同，在保证较高孔隙率和机械性能的同时，满足了人工血管对于抗渗血性的要求，并且可以通过MRI技术直接进行体内移植物监测，实现了人工血管植入后监测的可能，进一步满足了临床的需求，为发展新一代人工血管提供了一种简单且有效的制备技术思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的制备流程图；

图2为本发明的大体观图；

图3为本发明的扫描电镜照片；a和b为管状人工血管的内层和外层的低倍图，d和e为内层放大的纳米纤维图，c和f为外层放大的纳米纤维图；

图4为选择通透性双层纳米纤维组织工程血管内外层亲疏水性对比图；

图5为本发明的机械性分析图；

图6为本发明的细胞水平测试图；

图7为本发明植入SD大鼠后3月的血管彩超图像；

图8为本发明通过MRI技术直接进行体内移植物监测图像。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。本发明的步骤S1、S2、S3……不代表严格的顺序关系，可根据需要适当调整顺序。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种双层人工血管的制备方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤S1、将聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白一起溶解于HFIP(六氟异丙醇)中，获得聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白的混合溶液；

所述混合溶液中，所述聚碳酸聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml(优选为0.1g/ml)，所述丝素蛋白的浓度为0.04～0.06g/ml(优选为0.05g/ml)。

所述聚碳酸聚氨酯的浓度若过小会使得纺丝时需要加大电压，而引起接收棒上纺丝非随机性飘散，造成血管内层孔隙率的降低，若过大有纺丝时出现小液滴的情况，而造成纺丝丝线不均匀的不利影响；所述丝素蛋白的浓度若过小使得血管内层生物相容性较差的不利影响，若过大有丝素蛋白不利于溶解于溶液而引起纺丝时出现小液滴的不利影响；

步骤S2、将肝素钠溶解于甲酸中，获得肝素钠溶液；

所述肝素钠溶液中肝素钠的浓度为0.01～0.03g/ml(优选为0.02g/ml)。所述肝素钠的浓度若过小有血管内层抗凝功能的下降的不利影响，若过大有会引起肝素钠不溶于纺丝溶液而引起纺丝不均匀的不利影响；

步骤S3、将聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白的混合溶液与肝素钠溶液充分混合，获得静电纺丝溶液A；

所述静电纺丝溶液A中聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白的混合溶液与肝素钠溶液的体积比5：1。该体积比过大或过小不利于肝素钠与纺丝溶液的相融从而引起纺丝的粗细不均一。

步骤S4、将氟化聚氨酯溶解于HFIP(六氟异丙醇)中，获得氟化聚氨酯溶液；

所述溶液中氟化聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml。所述氟化聚氨酯的浓度若过小有若过小会使得纺丝时需要加大电压，而引起接收棒上纺丝非随机性飘散，造成血管内层孔隙率的降低不利影响，若过大有纺丝时出现小液滴的情况，而造成纺丝丝线不均匀的不利影响不利影响；

步骤S5、将壳聚糖溶于甲酸中，获得壳聚糖溶液；

所述壳聚糖溶液的浓度为0.01～0.03g/ml(优选为0.02g/ml)。所述壳聚糖的浓度若过小有无法提升血管外层生物相容性及血管抗菌性的不利影响，若过大有不溶的壳聚糖会引起血管外层纺丝的不均匀的不利影响；

步骤S6、将所述氟化聚氨酯溶液与壳聚糖溶液充分混合，获得静电纺丝溶液B；

所述氟化聚氨酯溶液与所述肝素钠溶液的体积比为5:1。该体积比过大或过小不利于肝素钠与纺丝溶液的相融从而引起纺丝的粗细不均一。

步骤S6、将所述静电纺丝溶液A吸入注射器，用微量注射泵的驱动，根据所需血管口径不同选择直径不同金属棒作为旋转接收器，获得电纺膜，作为血管内层。再将所述静电纺丝溶液B电纺到血管内层的外表面，获得双层人工血管，包括：

将所述静电纺丝溶液B吸入所述注射器，电纺至血管内层的外表面而获得双层人工血管。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了所述的方法获得的双层人工血管。

与现有技术相比，本发明的血管内层具有良好的亲水性及生物相容性促内皮层形成，外层具有超强的疏水性防止血液渗透，且可以通过MRI技术直接进行体内移植物监测，其中采用SF改善亲水性，细胞贴附性，加hep抗凝血，抗血小板聚集。加入CS，具有一定抗菌性及抗炎性能。这种具有很好的组织相容性和生物力学性能的复合型组织工程血管的制备为发展新一代人工血管提供了一种简单且有效的制备技术思路。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种双层人工血管及其制备方法进行详细说明。

实施例1、双层人工血管及其制备方法

1、取PCU(聚碳酸聚氨酯)2g和SF(丝素蛋白)1g溶解于DMF(HFIP(六氟异丙醇))20ml中，用磁力搅拌器过夜以充分溶解在溶剂中，获得聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白的混合溶液；取Hep(肝素钠)0.2g溶解于甲酸溶液，获得肝素钠溶液，并将上述两者溶液混合获得静电纺丝溶液A。

2、取FPU(氟化聚氨酯)2g溶解于HFIP(六氟异丙醇)(DMAc)20ml中以获得氟化聚氨酯溶液，取CS4g溶于20ml甲酸中，获得CS溶液，并将上述两者溶液混合获得静电纺丝溶液B。

完成上述溶液配置后：

3、将静电纺丝溶液A吸入一次性注射器，用微量注射泵的驱动(电压：16kv,泵速：1.5ml/h)，根据所需血管口径不同选择直径不同金属棒作为旋转接收器；

4、静电纺丝溶液B吸入一次性注射器，用微量注射泵的驱动(电压：16kv,泵速：1.5ml/h)，根据所需血管口径不同选择直径不同金属棒作为旋转接收器，电纺丝覆盖步骤3的内层血管而形成血管的外层；

最后得到选择通透性双层纳米纤维组织工程血管。

实施例2、双层人工血管及其制备方法

该实施例中，所述聚碳酸聚氨酯的浓度为0.08g/ml，所述丝素蛋白的浓度为0.04g/ml。所述肝素钠溶液中肝素钠的浓度为0.02g/ml。所述静电纺丝溶液B中氟化聚氨酯的浓度为0.08g/ml。所述壳聚糖溶液的浓度为0.02g/ml。所述获得血管内层中，所述聚碳酸聚氨酯he丝素蛋白的混合溶液与所述肝素钠溶液的体积比为5：1。所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液的体积比为5：1。

实施例3、双层人工血管及其制备方法

该实施例中，所述聚碳酸聚氨酯的浓度为0.12g/ml，所述丝素蛋白的浓度为0.06g/ml。所述肝素钠溶液中肝素钠的浓度为0.02g/ml。所述静电纺丝溶液B中氟化聚氨酯的浓度为0.08g/ml。所述壳聚糖溶液的浓度为0.02g/ml。所述获得血管内层中，所述聚碳酸聚氨酯he丝素蛋白的混合溶液与所述肝素钠溶液的体积比为5：1。所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液的体积比为5：1。

实验例1

测试实施例1制得的选择通透性双层纳米纤维组织工程血管的轴向力学数据，其结果如下表所示：

表1

由表1可知，本发明实施例的双层人工血管具有较好的物理机械性能适应体内较高的血压环境。

测试实施例1的双层人工血管的内外层亲疏水性，如图4所示：外层接触角接近于130°，内层水滴于40秒内被吸收，接触角变为0，防止血液渗透有明显的作用。

测试实施例1的双层人工血管的机械强度，如图5所示：最高强度可达到10.07MPa，均值为9.83MPa。单独内层(PCU/SF/Hep)的人工血管表现出最低的最大应力(6.75MPa)，双层的最大应力均值为9.83MPa，最外层的为11.99MP，均表现出优异的性能。

测试实施例1的双层人工血管体外时细胞增值情况，如图6所示：人工血管的内层(PCU/SF/Hep)表现出了良好的生物相容性，在培养1天后细胞活性为62％，和对照组相比有显著性差异(p<0.05)；第二天细胞活性增长到80％，第三天为94％，其中第二天和第三天和对照组相比均具有显著性差异(p<0.01)，这说明内层支持细胞的持续生长。而未添加丝素蛋白的纳米纤维膜的细胞活性就相对较低，这可能得益于丝素蛋白的持续释放。

测试实施例1的双层人工血管置入大鼠体内后的血管超声情况，如图7所示：通过SD大鼠的活体超声检测，观测人工血管短期通畅及血栓形成情况。结果显示：术后三月人工血管内官腔通畅，内径为0.17cm，正常血管为0.23cm，未见狭窄及附壁血栓，流速正常。

测试实施例1的双层人工血管体内移植物的MRI技术监测，如图8所示：人工血管包埋于猪肉中核磁检测结果图，A为实验组(含FPU的双层人工血管样品+兔抗凝血样品)，B是对照组(不含FPU的人工血管样品+兔抗凝血样品)，C为实验组(含FPU的双层人工血管样品+塑料管样品)，D为对照组(不含FPU的人工血管样品+塑料管样品)，红色圆圈内为检测样品，黄色箭头指向为FPU显影的人工血管的管壁。

从核磁结果可以看到，FPU+血液和FPU+塑料管的这两组均可以血管壁的结构，FPU+血液组还可观察到血管壁和血液及猪肉组织之间有明显的界限；而PCU+塑料管和PCU+血液这两组均看不到血管壁的结构，这验证了FPU制备而成的人工血管在核磁共振上显影的可行性。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将聚碳酸聚氨酯和丝素蛋白一起溶解于六氟异丙醇中，获得混合溶液；将肝素钠溶解于甲酸中，获得肝素钠溶液；并将所述混合溶液和所述肝素钠溶液混合，获得静电纺丝溶液A；

将氟化聚氨酯溶解于六氟异丙醇中，获得氟化聚氨酯溶液；将壳聚糖溶于甲酸中，获得壳聚糖溶液，并将所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液混合，获得静电纺丝溶液B；

将所述静电纺丝溶液A通过静电纺丝方法获得电纺膜，作为血管内层；

将所述静电纺丝溶液B电纺到所述血管内层的外表面，获得双层人工血管。

2.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝溶液A中，所述聚碳酸聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml，所述丝素蛋白的浓度为0.04～0.06g/ml。

3.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述肝素钠溶液中肝素钠的浓度为0.01g/ml～0.03g/ml。

4.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝溶液B中氟化聚氨酯的浓度为0.08～0.12g/ml。

5.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液的浓度为0.01g/ml～0.03g/ml。

6.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述获得血管内层中，所述聚碳酸聚氨酯丝素蛋白混合溶液与所述肝素钠溶液的体积比为5:1。

7.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述氟化聚氨酯溶液和所述壳聚糖溶液的体积比为5:1。

8.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝溶液A通过静电纺丝方法获得电纺膜，作为血管内层，包括：

将所述静电纺丝溶液A吸入注射器，用微量注射泵的驱动，根据所需血管口径不同选择直径不同金属棒作为旋转接收器，获得电纺膜，作为血管内层。

9.根据权利要求1所述的一种双层人工血管的制备方法，其特征在于，所述依次将所述静电纺丝溶液B电纺到血管内层的外表面，获得双层人工血管，包括：

将所述静电纺丝溶液B吸入所述注射器，电纺至血管内层的外表面而获得双层人工血管。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的方法获得的双层人工血管。

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