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冠心病是严重威胁人类生命健康的重大疾病,冠心病的治疗可分为药物治疗、外科手术治疗和介入治疗三大类。冠心病介入治疗(PCI)由于不需要全麻和开胸,手术创伤小,患者痛苦少,恢复快,并且在急性冠脉综合征等紧急情况下也可迅速实现血运重建,因而成为冠心病治疗的重要手段。目前在接受PCI的患者中,约95%以上的病变需要置入支架,支架置入术已成为PCI的核心技术。尽管如此,支架内再狭窄(ISR)仍是支架置入术后最常见的并发症,大约20~30%的病人出现ISR,需要重复的介入治疗。此外,对于一些动脉管壁不连续病变(如破裂、穿孔、动脉瘤及瘘管等),普通金属支架也难以发挥治疗作用。
覆膜支架的出现为上述问题的解决提供了新的思路和方法。覆盖支架的膜性材料不但能够改善裸金属支架(BMS)的生物相容性,减少支架扩张造成的机械性损伤,而且可以迅速封闭破损的动脉管壁,实现血流重建并有效阻止血液成分与血管壁细胞之间的相互作用。因此,覆膜支架可能在ISR防治,冠状动脉管壁不连续性损伤(如破裂或穿孔,动脉瘤及瘘管)及血栓或退行性大隐静脉桥病变治疗方面具有一定优势。目前,限制覆膜支架使用的最大问题在于如何保持覆膜支架管腔的长期通畅,而这一问题的改善与解决有待于支架覆膜材料的突破性进展。
细胞外基质(ECM)是自然界发展的用来维持内环境稳定的最优化内环境,ECM包含多种纤维性蛋白、无定形基质以及多种可溶性的大分子。为了得到较为理想的血管内支架覆膜材料,本研究从模仿ECM入手,首先将一种广泛使用的天然细胞外基质材料——猪的小肠粘膜下层(SIS)冷冻粉碎为SIS粉末,然后将其与含有胃蛋白酶的酸性聚乙烯醇(PVA)水溶液混合,按正交实验设计制备PVA-SIS复合膜,并用不同浓度的碳化二亚胺/N-羟基琥珀酰亚氨(EDC/NHS)对干燥后的复合膜进行交联改性和肝素化修饰,从而得到肝素化PVA-SIS复合膜。SIS中胶原成分构成复合膜的骨架,PVA与SIS中其它成分相当于ECM的基质。通过交联度、肝素含量及释放、形态特征、溶胀性能、力学性能及热稳定性的检测,对复合膜进行表征;通过血液相容性和组织相容性检测,对其生物相容性进行评价。在此基础上,再将肝素化PVA-SIS复合膜与BMS结合,构建覆肝素化PVA-SIS复合膜血管内支架,并通过体外、半体外(离体动脉血管)球囊扩张实验和兔腹主动脉植入实验对该覆膜支架的有效性和安全性进行评价。
上述实验的结果表明:①在SIS与胃蛋白酶质量比保持恒定的条件下,SIS浓度、PVA浓度、搅拌温度及成膜温度是影响PVA-SIS复合液粘度的主要因素,而PVA-SIS复合液能否形成较完整的管状膜则主要与复合液的粘度有关;②PVA-SIS复合膜经EDC/NHS交联及肝素化修饰后,胶原分子间能通过酰胺键形成稳定的网络状结构,限制了PVA分子链间的流动性,使肝素化PVA-SIS复合膜形成稳定的体系;③肝素化PVA-SIS复合膜中SIS的交联度影响复合膜的表征,选择适当的EDC/NHS交联浓度对于覆膜支架构建的成败具有重要意义,25mM EDC交联的复合膜不但具有良好的生物力学特性,而且在肝素含量及释放、溶胀性能、热稳定性方面与较高EDC浓度交联的复合膜相似;④肝素化PVA-SIS复合膜的溶血率在0.38%~0.60%范围内,能使正常血浆的凝血酶原时间、活化的部分凝血酶时间延长,无明显血小板激活现象,对Eahy926内皮细胞无明显毒性,允许Eahy926内皮细胞粘附和生长,不诱导大鼠骨骼肌过度的增殖、炎症和变性,对其主要器官无可见的形态学影响,具有较好的血液、细胞和组织相容性;⑤采用浸提、包被的方法可以将肝素化PVA-SIS复合膜与BMS整合,覆膜支架具有较好的机械性能,支架扩张过程中,通过覆膜的缓冲作用,可明显减少对血管壁的损伤;⑥覆肝素化PVA-SIS复合膜血管内支架在兔腹主动脉内能保持畅通,较之BMS,新内膜增生明显减少,其引起血管新内膜增生的机制可能有别于BMS,血管壁组织对复合膜的反应主要是无菌性炎症反应和纤维包膜的产生,包膜结构与疏松结缔组织相似,无血管中膜平滑肌细胞的迁移过程。
综上所述,本研究将PVA与SIS相结合,设计、制备出一种新型膜材料——肝素化PVA-SIS复合膜,该材料具有较好的生物力学特性、抗凝血性和生物相容性,具备作为血管内支架覆膜材料及其它血管内移植物的潜能。本研究获得的覆膜材料、覆膜支架实验室制备方法、检测结果及相关结论,对于未来覆膜血管支架的研究和开发提供了参考依据。笔者相信,随着覆膜材料的不断完善与发展,覆膜支架会在冠心病介入治疗领域发挥越来越重要的作用。