气管狭窄是呼吸危重症医学科常见的重症疾病之一。置入气管支架后可迅速解除呼吸困难症状,是目前临床上治疗气管狭窄的重要手段之一。随着支架适应症逐渐拓宽,发现支架置入后会出现支架内再狭窄、咳嗽、感染、出血等各种并发症,严重阻碍气管支架的临床广泛应用。支架内再狭窄的机制与成纤维细胞的异常激活引起肉芽组织增生有关,所以抑制成纤维细胞活性减少肉芽组织增生成为治疗气管狭窄的研究重点。抗增殖药物西罗莫司不仅有抗感染、抗增殖、抗排斥的作用,研究发现还可抑制肉芽组织生长,是治疗气管狭窄比较有前景的药物之一。但全身应用抗增殖药物会出现细胞毒性反应、水钠潴留等副作用。因此,通过局部应用抗增殖药物使药物特异性直接作用于靶向病灶,抑制气管成纤维细胞的过度增殖,直接发挥药物治疗效果,又避免药物全身应用对全身其他器官的影响,是解决该气管狭窄的一个研究方向。为此,是否可以设计一种特殊的支架,既可以有足够的支撑力保持管腔通畅,又可以局部持续释放药物抑制支架置入后的肉芽组织增生,防止支架内再狭窄,从而拓展气管支架在临床上的应用呢?本课题以镍钛合金支架为平台,以PLGA为载药材料,西罗莫司为抗增殖药物,利用浸涂法制备西罗莫司气管支架。评估自制西罗莫司涂层支架的结构及性能;在体外环境下,评估西罗莫司涂层支架体外药物释放过程,并在动物上初步探索西罗莫司涂层支架的有效性及安全性,为改进支架设计提供实验依据。目的1.西罗莫司涂层气管支架的制备方法;2.西罗莫司涂层气管支架体外药物释放过程;3.西罗莫司气管涂层支架在动物模型上应用的有效性及安全性。方法1.西罗莫司气管支架的制备方法用超声波及有机溶剂将裸镍钛合金支架清洗干净。在避光条件下,按不同西罗莫司/PLGA质量比配置浸涂液,采用浸涂法制备药物涂层支架。用扫描型电镜观察支架表面及涂层结构的形态。2.西罗莫司气管支架体外药物释放过程将制作好的药物涂层支架置入含磷酸盐缓冲液的试管中完全浸泡,于37℃恒温同时在75转/分不断搅拌的培养摇床箱中48小时,收集溶出介质用于药物浓度测定,并用新鲜磷酸盐缓冲液完全取代,重复上述过程直至42天结束。用酶放大免疫测定法,测定磷酸盐缓冲液中西罗莫司的含量。3.西罗莫司气管支架在动物模型上应用的安全性及有效性研究将16只成年新西兰白兔随机分为实验组(n=8)和对照组(n=8),横向切开兔气管1/2周径,实验组置入自制西罗莫司涂层支架后闭合气管,对照组同等条件下置入裸金属支架。分别于术后第2、4周使用超细气管镜观察支架及支架内肉芽组织生长情况,并根据肉芽组织阻塞气道的程度估算气管狭窄程度。术后第4周处死所有动物,取气管大体标本,HE染色后进行组织学观察。结果1.扫描电镜观察清洗过的裸支架,支架表面干净无杂质,提示超声波及有机溶剂法可用于清洗支架;电镜扫描药物涂层支架显示支架表面光滑,药膜均匀光滑地附着在支架上,支架涂层厚度约4-5um,浸涂法可成功制备西罗莫司涂层气管支架。2.西罗莫司/PLGA质量比为1:10的支架上携带的药物量最多,继续增加西罗莫司/PLGA量(1:5)却不能提高支架的载药量,提示支架涂层的载药量存在饱和效应。气管涂层支架平均载药量为80.07±2.26ug,处于西罗莫司安全治疗窗内,不会产生药物相关毒副作用。连续6周的体外药物浓度测定发现,西罗莫司气管支架的药物释放在前10天内呈快速释放过程,此后紧跟一个缓慢释放过程。支架携带的药物大约有50%左右在2周时药物被释放,28天时大约近70%药物被释放,而42天时大约支架上80%的药物被释放。3.实验过程中实验组及对照组各有1只动物死亡,余实验动物均存活至实验终点,且均出现不同程度的气管狭窄。超细气管镜观察显示,术后2周,对照组动物气管内支架区轻度肉芽组织生长,部分动物可见大量黏液潴留。实验组未见明显肉芽组织生长,部分动物可见较多黏液潴留。术后4周,对照组动物气管内支架区出现轻至中度肉芽组织增生,个例出现气管严重堵塞,肉芽组织增生部位尤以支架上缘及下缘为著,气管切开处未见狭窄。实验组动物气管内支架区轻度肉芽组织增生,增生部位主要位于支架上缘。实验过程中未发现支架移位、断裂等现象。取支架内肉芽组织增生部位及气管切开缝合处的气管大体标本进行组织学观察,结果表明实验组(812.95±235.89)肉芽组织厚度(um)小于对照组(1577.53±507.97)(t=3.612,P=0.004);实验组(平均秩次4.93)炎症反应程度轻于对照组(平均秩次10.07)(Mann-WhitneyU=6.500,P=0.014),且炎症反应越强,肉芽组织增生越明显(相关系数r=0.809,P=0.000)。结论1.超声波及有机溶剂法可用于清洁支架;浸涂法可成功制作符合实验要求的西罗莫司气管支架模型;2.西罗莫司/PLGA的最佳药物/涂层比例为1:10,且支架涂层的载药量存在饱和效应;西罗莫司涂层支架体外药物释放是先快速释放,后缓慢释放的过程;西罗莫司涂层支架携带的药物量在安全治疗窗内,是一个较安全的新型气管药物涂层支架;3.支架覆盖区域的气管组织炎症反应程度与肉芽组织增生存在相关性;自制的西罗莫司气管药物支架可以有效抑制支架内肉芽组织形成,减轻局部炎症反应,有潜在的临床应用价值,可为改进支架设计提供实验室依据。