基本信息
- 项目名称：
- 新型降解性冠脉血管支架的制备研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- (1)通过CAD软件自主设计镁合金冠脉支架的三维模型，经有限元模拟分析，支架优化设计，使得支架的性能基本上符合血管支架研制各项参数的要求；(2)制备出一种或多种含有药物的可降解高分子涂层材料，将其用于冠脉血管支架药物涂层，得到既具有抗增生性能又具有抗凝血性能的多款药物洗脱支架；(3)研究药物洗脱支架的各种体外行为以及生物相容性，为生物可降解镁合金药物涂层支架的动物实验和临床应用打下良好的实验基础。
- 详细介绍：
- 1. 以镁合金材料的综合性能参数为设计参考指标，利用CAD(Solidworks)工程设计软件，快速、直观、灵活的设计出新的冠脉支架花纹，进而转化为支架三维模型，自主设计的支架为自膨胀管状闭环型支架。 2. 以镁合金材料的相关性能参数为支架模拟分析参数，利用CAE(cosmosworks)对自主设计的血管支架模型作初步的有限元分析，模拟其扩张及收缩时的受力情况以及支架位移的变化。 3. 经支架优化设计，支架外观己接近一般金属支架的设计参数，基本上符合了血管支架研制各项参数的要求。 4. 尝试将抗凝血药物水蛭素接枝到聚乳酸膜表面，研制聚乳酸复合水蛭素的药物涂层。 5. 制备肝素复合PLLA，肝素和地塞米松复合PLLA的药物涂层，并对其相关性能进行测定研究，包括涂层表面微观形貌观察、亲水性能、吸水率、药物成分分析、溶血实验、动态凝血时间等一系列生物相容性的评价，初步分析药物涂层的有效性。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、目的：制备生物可降解镁合金药物支架。 2、基本思路：通过CAD软件设计镁合金支架的三维模型，经有限元模拟分析，支架优化设计，及采用支架涂层对镁合金表面进行修饰，携带药物，靶向性局部药物释放治疗，提高其生物相容性。研究药物洗脱支架的各种体外行为以及生物相容性，制备符合各项参数的降解性镁合金药物涂层冠脉血管支架。
科学性、先进性及独特之处
- 1.利用CAD自主设计血管支架三维模型，经有限元模拟分析，支架优化设计，设计出受力更为合理的血管支架。 2.成功在PLLA薄膜表面接枝抗凝血水蛭素药物，为制备水蛭素药物支架提供实验借鉴。 3.经相关性能的测定，初步得到生物相容性良好的双药物涂层，为细化双药物涂层的制备和提高其疗效，提供实验数据参考。 4.对整个研究内容的整合和提炼，初步建立了一条规范化的生物降解性药物支架的研究路线。
应用价值和现实意义
- 生物可降解镁合金药物涂层冠脉血管支架，具有较好的综合性能，符合一般植入血管支架的要求，在一定时间内完成对血管的机械性支撑作用后，自行降解消失，避免置入物对人体的长期异物影响；此外，生物降解性聚合物可通过各种工艺手段携带药物，在置入后使药物快速释放或缓释，抑制内膜增生及促进早期血管再内皮化，改善血管负性重构，相比于永久植入的药物洗脱支架，可降解支架能提供更加灵活的载药方式。
学术论文摘要
- 本课题选取镁合金相关性能参数为设计参考指标，利用CAD软件设计合理的支架模型，经有限元模拟分析，评估模型可行性，优化支架设计。选取PLLA作为涂层载体，水蛭素、肝素和地塞米松为涂层药物，对镁合金表面进行修饰，携带药物，靶向性药物释放治疗。 利用FT-IR对PLLA表面接枝水蛭素和药物成分进行了验证，运用扫描电子显微镜、接触角测量仪等对涂层表面形貌和亲疏水性进行了表征，采用溶血实验、动态凝血实验以及血小板粘附实验对涂层的血液相容性进行了评价，通过静态体外降解实验对药物涂层初期降解行为进行了研究。 通过上述的研究，得出以下结论： 1. 设计的支架模型，基本上符合支架研制各项参数要求。 2. PLLA膜成功接枝水蛭素；药物涂层制备前后，药物成分没有发生变化。 3. 药物涂层材料的表面张力和界面张力均有所降低，亲水性能均比PLLA有了较大的提高。 4. 药物涂层并没引起溶血反应，血小板粘附量较少，动态凝血时间延长，均高于PLLA动态凝血时间，具有良好的血液相容性。 5. 随静态体外降解的进行，降解初期药物涂层降解率略高于PLLA的降解率，含药物薄膜在降解过程中同时伴随着药物的释放，薄膜质量损失较之不含药物薄膜的快。对单药物涂层和双药物涂层的有效性作出了评价。
获奖情况
- 本作品获暨南大学第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖；第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 已撰写论文两篇： 1. 《药物涂层支架及其存在的问题》投稿到核心刊物《临床心血管病杂志》，已接收，2011年6月25号发表； 2. 《可降解冠状动脉血管支架研究进展》投稿到核心期刊《生物医学工程学杂志》，该期刊建议发表，正处在审稿中。
鉴定结果
- 1、设计出的支架模型基本上符合血管支架研制各项参数要求。 2、经过氧化氢、MAA、EDAC处理活化后的PLLA表面成功接枝抗凝血药物水蛭素。 3、初步得到生物相容性良好的双药物涂层。
参考文献
- 1、发明专利： (1) 可生物降解镁合金血管支架体的加工制备方法。 (2) 复合涂层心血管药物洗脱支架及其制备方法。 2、技术文献： [1] 王佳玲, 陈卓, 李雨田, 卜宪章. 316L不锈钢冠脉支架制造工艺的研究[J]. 材料导报, 2008,(02) [2] 黄楚波, 敖宁建. 可降解冠状动脉血管支架的设计与激光加工[J]. 应用激光, 2007,(03) [3] 王佳玲,陈华予,陈曦,谢冀江. 冠脉支架膨胀过程的有限元模拟[J]. 材料导报, 2009,(20) [4] 王小平,崔福斋,李建国,赵兴山. 新型可降解镁合金血管支架的力学分析[J]. 生物医学工程学杂志, 2009,(02)
同类课题研究水平概述
- 目前用于制作生物可降解性血管支架的材料大致分两大类：金属合金类和高分子聚合物类。合金类以镁合金为代表，镁为人体必要的微量金属元素，镁几乎参与人体内所有的新陈代谢过程，包括骨细胞的形成，加速骨愈合能力。镁做为生物医用材料具有良好的医学安全性基础，尤其适用于心血管疾病的治疗。 国外研究者在镁合金支架研究方面已经取得了一些进展。Boitronik公司开展了一项AMS镁基材料支架用于心血管疾病治疗的临床研究计划(PROGRES -AMS)，该计划在世界范围内招募63名患者进行临床实验。患者在植入直径3 mm的AMS支架后恢复了左肺供血，4个月后的缸管造影表明支架已经完全降解，经化验结果表明，4个月后血管内镁合金支架固体已经不存在，支架残余物是呈胶状的磷酸氢钙盐类物质(Calcium phosphate)，血管内没有发生炎症反应，内膜增生发生在支架筋的周围。该病例说明，AMS支架降解后在血液中产生的镁离子浓度同样是安全的。 研究发现，在支架植入的各个阶段中，支架安放时的具体力学特征对动脉壁的损伤大小起着至关重要的作用。利用有限元分析技术，可对血管支架瞬时膨胀过程中的力学行为进进行模拟分析，及其撑开后的塑性变形与腐蚀之间的关联性，以期通过支架结构上的优化设计达到减少支架应力集中，优化支架设计参数。 但是，这类支架仍存在力学性能较差、降解速率过快而导致手术失败的问题。研究者开始对镁合金进行表面改性来提高镁合金的耐腐蚀性并提高生物相容性，接着提出在镁合金表面上固定肝素等生物活性分子来提高其生物活性。在支架表面喷涂药物是改善支架抗凝和促内皮化的有效方法，可以控制薄膜厚度、支架单位表面积上载药量，可以达到很好改性效果。这类支架既具有金属支架机械强度大的理化性质，又具有生物可降解物质血栓源性小、炎性反应轻微和内膜增殖减少的特性，并可作为药物运输载体。但作为长期植入且与血液接触的金属材料，药物固定量和药物与支架着结合力成为研究的主要难题。 生物可降解材料是理想的血管内支架材质，与药物洗脱支架相比，其能携带更多的药物，达到更长的释放时间，但是生物可降解性支架在机械强度、体积及所载药物的释放速度等方面还不能完全适应临床需要，有待进一步研究解决。
