基本信息
- 項目名稱：
- 新型降解性冠脈血管支架的制備研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- (1)通過CAD軟件自主設計鎂合金冠脈支架的三維模型，經(jīng)有限元模擬分析，支架優(yōu)化設計，使得支架的性能基本上符合血管支架研制各項參數(shù)的要求；(2)制備出一種或多種含有藥物的可降解高分子涂層材料，將其用于冠脈血管支架藥物涂層，得到既具有抗增生性能又具有抗凝血性能的多款藥物洗脫支架；(3)研究藥物洗脫支架的各種體外行為以及生物相容性，為生物可降解鎂合金藥物涂層支架的動物實驗和臨床應用打下良好的實驗基礎。
- 詳細介紹：
- 1. 以鎂合金材料的綜合性能參數(shù)為設計參考指標，利用CAD(Solidworks)工程設計軟件，快速、直觀、靈活的設計出新的冠脈支架花紋，進而轉(zhuǎn)化為支架三維模型，自主設計的支架為自膨脹管狀閉環(huán)型支架。 2. 以鎂合金材料的相關性能參數(shù)為支架模擬分析參數(shù)，利用CAE(cosmosworks)對自主設計的血管支架模型作初步的有限元分析，模擬其擴張及收縮時的受力情況以及支架位移的變化。 3. 經(jīng)支架優(yōu)化設計，支架外觀己接近一般金屬支架的設計參數(shù)，基本上符合了血管支架研制各項參數(shù)的要求。 4. 嘗試將抗凝血藥物水蛭素接枝到聚乳酸膜表面，研制聚乳酸復合水蛭素的藥物涂層。 5. 制備肝素復合PLLA，肝素和地塞米松復合PLLA的藥物涂層，并對其相關性能進行測定研究，包括涂層表面微觀形貌觀察、親水性能、吸水率、藥物成分分析、溶血實驗、動態(tài)凝血時間等一系列生物相容性的評價，初步分析藥物涂層的有效性。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1、目的：制備生物可降解鎂合金藥物支架。 2、基本思路：通過CAD軟件設計鎂合金支架的三維模型，經(jīng)有限元模擬分析，支架優(yōu)化設計，及采用支架涂層對鎂合金表面進行修飾，攜帶藥物，靶向性局部藥物釋放治療，提高其生物相容性。研究藥物洗脫支架的各種體外行為以及生物相容性，制備符合各項參數(shù)的降解性鎂合金藥物涂層冠脈血管支架。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.利用CAD自主設計血管支架三維模型，經(jīng)有限元模擬分析，支架優(yōu)化設計，設計出受力更為合理的血管支架。 2.成功在PLLA薄膜表面接枝抗凝血水蛭素藥物，為制備水蛭素藥物支架提供實驗借鑒。 3.經(jīng)相關性能的測定，初步得到生物相容性良好的雙藥物涂層，為細化雙藥物涂層的制備和提高其療效，提供實驗數(shù)據(jù)參考。 4.對整個研究內(nèi)容的整合和提煉，初步建立了一條規(guī)范化的生物降解性藥物支架的研究路線。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 生物可降解鎂合金藥物涂層冠脈血管支架，具有較好的綜合性能，符合一般植入血管支架的要求，在一定時間內(nèi)完成對血管的機械性支撐作用后，自行降解消失，避免置入物對人體的長期異物影響；此外，生物降解性聚合物可通過各種工藝手段攜帶藥物，在置入后使藥物快速釋放或緩釋，抑制內(nèi)膜增生及促進早期血管再內(nèi)皮化，改善血管負性重構(gòu)，相比于永久植入的藥物洗脫支架，可降解支架能提供更加靈活的載藥方式。
學術論文摘要
- 本課題選取鎂合金相關性能參數(shù)為設計參考指標，利用CAD軟件設計合理的支架模型，經(jīng)有限元模擬分析，評估模型可行性，優(yōu)化支架設計。選取PLLA作為涂層載體，水蛭素、肝素和地塞米松為涂層藥物，對鎂合金表面進行修飾，攜帶藥物，靶向性藥物釋放治療。 利用FT-IR對PLLA表面接枝水蛭素和藥物成分進行了驗證，運用掃描電子顯微鏡、接觸角測量儀等對涂層表面形貌和親疏水性進行了表征，采用溶血實驗、動態(tài)凝血實驗以及血小板粘附實驗對涂層的血液相容性進行了評價，通過靜態(tài)體外降解實驗對藥物涂層初期降解行為進行了研究。 通過上述的研究，得出以下結(jié)論： 1. 設計的支架模型，基本上符合支架研制各項參數(shù)要求。 2. PLLA膜成功接枝水蛭素；藥物涂層制備前后，藥物成分沒有發(fā)生變化。 3. 藥物涂層材料的表面張力和界面張力均有所降低，親水性能均比PLLA有了較大的提高。 4. 藥物涂層并沒引起溶血反應，血小板粘附量較少，動態(tài)凝血時間延長，均高于PLLA動態(tài)凝血時間，具有良好的血液相容性。 5. 隨靜態(tài)體外降解的進行，降解初期藥物涂層降解率略高于PLLA的降解率，含藥物薄膜在降解過程中同時伴隨著藥物的釋放，薄膜質(zhì)量損失較之不含藥物薄膜的快。對單藥物涂層和雙藥物涂層的有效性作出了評價。
獲獎情況
- 本作品獲暨南大學第四屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎；第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽一等獎。 已撰寫論文兩篇： 1. 《藥物涂層支架及其存在的問題》投稿到核心刊物《臨床心血管病雜志》，已接收，2011年6月25號發(fā)表； 2. 《可降解冠狀動脈血管支架研究進展》投稿到核心期刊《生物醫(yī)學工程學雜志》，該期刊建議發(fā)表，正處在審稿中。
鑒定結(jié)果
- 1、設計出的支架模型基本上符合血管支架研制各項參數(shù)要求。 2、經(jīng)過氧化氫、MAA、EDAC處理活化后的PLLA表面成功接枝抗凝血藥物水蛭素。 3、初步得到生物相容性良好的雙藥物涂層。
參考文獻
- 1、發(fā)明專利： (1) 可生物降解鎂合金血管支架體的加工制備方法。 (2) 復合涂層心血管藥物洗脫支架及其制備方法。 2、技術文獻： [1] 王佳玲, 陳卓, 李雨田, 卜憲章. 316L不銹鋼冠脈支架制造工藝的研究[J]. 材料導報, 2008,(02) [2] 黃楚波, 敖寧建. 可降解冠狀動脈血管支架的設計與激光加工[J]. 應用激光, 2007,(03) [3] 王佳玲,陳華予,陳曦,謝冀江. 冠脈支架膨脹過程的有限元模擬[J]. 材料導報, 2009,(20) [4] 王小平,崔福齋,李建國,趙興山. 新型可降解鎂合金血管支架的力學分析[J]. 生物醫(yī)學工程學雜志, 2009,(02)
同類課題研究水平概述
- 目前用于制作生物可降解性血管支架的材料大致分兩大類：金屬合金類和高分子聚合物類。合金類以鎂合金為代表，鎂為人體必要的微量金屬元素，鎂幾乎參與人體內(nèi)所有的新陳代謝過程，包括骨細胞的形成，加速骨愈合能力。鎂做為生物醫(yī)用材料具有良好的醫(yī)學安全性基礎，尤其適用于心血管疾病的治療。 國外研究者在鎂合金支架研究方面已經(jīng)取得了一些進展。Boitronik公司開展了一項AMS鎂基材料支架用于心血管疾病治療的臨床研究計劃(PROGRES -AMS)，該計劃在世界范圍內(nèi)招募63名患者進行臨床實驗?；颊咴谥踩胫睆? mm的AMS支架后恢復了左肺供血，4個月后的缸管造影表明支架已經(jīng)完全降解，經(jīng)化驗結(jié)果表明，4個月后血管內(nèi)鎂合金支架固體已經(jīng)不存在，支架殘余物是呈膠狀的磷酸氫鈣鹽類物質(zhì)(Calcium phosphate)，血管內(nèi)沒有發(fā)生炎癥反應，內(nèi)膜增生發(fā)生在支架筋的周圍。該病例說明，AMS支架降解后在血液中產(chǎn)生的鎂離子濃度同樣是安全的。 研究發(fā)現(xiàn)，在支架植入的各個階段中，支架安放時的具體力學特征對動脈壁的損傷大小起著至關重要的作用。利用有限元分析技術，可對血管支架瞬時膨脹過程中的力學行為進進行模擬分析，及其撐開后的塑性變形與腐蝕之間的關聯(lián)性，以期通過支架結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設計達到減少支架應力集中，優(yōu)化支架設計參數(shù)。 但是，這類支架仍存在力學性能較差、降解速率過快而導致手術失敗的問題。研究者開始對鎂合金進行表面改性來提高鎂合金的耐腐蝕性并提高生物相容性，接著提出在鎂合金表面上固定肝素等生物活性分子來提高其生物活性。在支架表面噴涂藥物是改善支架抗凝和促內(nèi)皮化的有效方法，可以控制薄膜厚度、支架單位表面積上載藥量，可以達到很好改性效果。這類支架既具有金屬支架機械強度大的理化性質(zhì)，又具有生物可降解物質(zhì)血栓源性小、炎性反應輕微和內(nèi)膜增殖減少的特性，并可作為藥物運輸載體。但作為長期植入且與血液接觸的金屬材料，藥物固定量和藥物與支架著結(jié)合力成為研究的主要難題。 生物可降解材料是理想的血管內(nèi)支架材質(zhì)，與藥物洗脫支架相比，其能攜帶更多的藥物，達到更長的釋放時間，但是生物可降解性支架在機械強度、體積及所載藥物的釋放速度等方面還不能完全適應臨床需要，有待進一步研究解決。
