生物可降解型和自膨脹金屬分片型食管支架的基礎及動物模型的研究.pdf

1、研究目的：
　　食管狹窄是臨床上常見的消化系統(tǒng)疾病，可分為惡性狹窄和良性狹窄。對于無法根治的食管惡性狹窄，永久性放置食管支架是一種緩解吞咽困難，避免食管梗阻的姑息性治療方法。以往對良性食管狹窄的治療多采用球囊或沙氏擴張器擴張。對于多次擴張治療效果不佳的患者，暫時性放入支架不失為一個良好的選擇。
　　目前，臨床上常用的食管支架可根據(jù)其材質的不同分為金屬支架、塑料支架和其他材質支架。金屬支架通常由不銹鋼或者鎳鈦記憶合金構成，已成

2、為惡性食管狹窄的姑息性治療的首選。然而大多數(shù)金屬支架，特別是不銹鋼支架，由于質地較硬，易引起組織增生、肉芽組織形成、組織壞死、潰瘍、穿孔和形成新的狹窄，不適用于需要暫時性放置的良性食管狹窄。塑料支架多為內嵌硅膜的支架，其發(fā)生組織增生及形成新狹窄的幾率降低，但是其移位率比金屬支架明顯增高。隨著生物可降解材料的發(fā)明和組織工程學的應用，發(fā)明了生物可降解支架。此類支架由聚乙交酯等化合物構成，其分子中的酯鍵可水解斷裂，從而發(fā)生降解無需內鏡下取出。

3、但是，單純使用生物可降解材料制成的支架其徑向支撐力無法與常規(guī)支架相比，往往達不到擴張食管的效果。
　　暫時性支架放置的理想狀態(tài)是能夠持續(xù)發(fā)揮支架擴張作用、重塑食道形態(tài)、維持食道通暢性，在狹窄部位被撐開定型后能夠方便取出。目前臨床上支架取出方式，均采用強行拉出。由于支架的徑向支撐力的存在，常導致支架取出困難，且易導致組織損傷，甚至腔道破裂。因此，研發(fā)一種簡便易取出的支架勢在必行！為了解決支架取出的“暴力”問題，我們通過力學原理，自主

4、設計了能消除支架徑向支撐力的生物可降解型和自膨脹金屬分片型支架，其不僅能保持常規(guī)金屬支架的良好的徑向支撐力，而且還解決了常規(guī)支架因徑向支撐力而取出困難的問題。另外，生物可降解型支架能在預計時間內自行分解成片，無需內鏡下取出。本研究的目的在于研制上述易于取出的兩種支架，并驗證其實用性和可行性。
　　第一部分生物可降解型和自膨脹金屬分片型食管支架的設計及制作
　　研究目的：
　　1.在保證支架持續(xù)擴張和維持食道通暢的前提下

5、，設計分片支架以方便內鏡下取出;
　　2.制作生物可降解縫線并驗證其降解性能;
　　3.制作生物可降解材料連接的自膨脹金屬分片型食管支架（生物可降解型支架）和自膨脹金屬分片型食管支架。
　　研究內容及方法：
　　1.本支架的設計特點在于:①本支架由三片鎳鈦記憶合金絲編織而成的具有一定弧度的網(wǎng)片組成;②各鎳鈦合金網(wǎng)片之間用縫線連接在一起;③自膨脹金屬分片型食管支架的縫線采用不可吸收的外科手術線連接，生物可降解型支架

6、的縫線采用生物可降解材料制作;④根據(jù)生物可降解材料配料的比例，控制其降解時間，制作適合用于食管良性狹窄的縫線;⑤支架為全覆膜支架。
　　2.支架的制作:采用鎳鈦記憶合金絲在金屬模具上纏繞編織，再放入高溫箱式電爐內加熱定型，從模具取下后就形成了所編織的金屬絲網(wǎng)片。熱處理合金絲網(wǎng)片使其定形并具有記憶性。制備支架涂膜專用偶聯(lián)劑，以石油醚溶解成型醫(yī)用硅橡膠制備硅膠溶液，將編織片浸入硅膠溶液中均勻涂覆。支架涂膜編織片的縫合連接采用兩種縫合方

7、式，一種為可拆卸方式，縫合過程采用砝碼重力進行調整;另一種為生物可降解縫線連接。
　　3.生物可降解絲線的合成:首先以L-乳酸、D，L-乳酸和羥基乙酸為原料分別合成L-丙交酯;然后經開環(huán)聚合制備聚（L-乳酸）(PLLA)和聚（乳酸-羥基乙酸）共聚物(PLGA)。對制作成的生物可降解縫線進行造粒、拉絲處理。
　　4.采用紅外光譜、核磁共振譜、凝膠滲透色譜、熱能分析和計算特性黏數(shù)測試合成的生物可降解材料的結構表征和性能。

8、　　5.觀察生物可降解縫線在0-8周時間內的外觀及形貌，測量不同時間其pH值和質量損失，計算其特性粘度并測定其抗張強度、熱性能、結晶度及取向度。
　　結果：
　　1.分片支架網(wǎng)片制作:制作弧形鎳鈦記憶合金編織的網(wǎng)片，其外表面光滑、無毛刺、無棱角及凹陷。
　　2.生物可降解材料的合成:紅外光譜、核磁共振譜均證明絲線結構中存在甲基、亞甲基、次甲基和酯等。PLLA的熔點為183.9℃，PLGA的熔點為199.7℃，表明PLL

9、A和PLGA均為結晶態(tài)聚合物。對PLLA及PLGA熔融造粒后測試得粒料的分子量及其分布與原料相比無明顯變化，表明造粒工藝對聚合物分子量及分布無顯著影響。在拉絲機溫度125℃，拉伸速度5m/min的條件下，以4倍拉伸倍數(shù)對PLLA或PLGA進行拉絲，達到最佳力學效能。
　　3.生物可降解縫線的降解性能:PLLA絲線降解1-8周后的外觀與0周的比較，肉眼觀察，無明顯變化。PLGA絲線降解5-7周的樣品表面均變得粗糙、松散，降解8周的樣

10、品失去原有的纖維結構，變成碎段或粉末。
　　4.應用外科縫線編織網(wǎng)片，制作自膨脹金屬分片型食管支架，應用PLGA絲線編織網(wǎng)片，制作生物可降解材料連接的自膨脹金屬分片型食管支架（生物可降解型支架）。支架鎳鈦合金絲線為φ0.13mm，支架外徑10mm±0.5mm，長度30mm±5mm。編織片熱處理工藝溫度55℃、處理時間為25分鐘。硅膠涂膜溫度為120℃，干燥時間1小時。物理性能所示:支架柔順性、徑向壓縮比、徑向支撐力均符合設計要求。

11、
　　第二部分生物可降解型和自膨脹金屬分片型食管支架動物實驗研究
　　研究目的：
　　1.比較自膨脹金屬分片型支架和常規(guī)支架在動物良性食管狹窄模型中的應用情況和取出情況。
　　2.研究生物可降解材料連接的自膨脹金屬分片（生物可降解型）支架的體外降解情況和徑向支撐力的變化。
　　3.比較生物可降解型支架和常規(guī)支架在動物良性食管狹窄模型中的應用情況和分解情況。
　　研究方法：
　　1.建立良性食管狹

12、窄的動物模型。
　　2.內鏡下置入食管支架。
　　3.內鏡下取出食管支架。
　　4.對生物可降解型支架體外降解過程中的徑向支撐力及縫線的特性粘度、熔點、結晶性及表面形貌等變化進行測試。
　　5.觀察生物可降解型分片支架動物體內分解情況。
　　6.評估支架取出率、取出時間、取出支架相關并發(fā)癥等情況。
　　結果：
　　1.自膨脹金屬分片型食管支架的動物實驗研究中，將建模成功的新西蘭大白兔分為實驗組和

13、對照組，每組各15只。實驗組放置自膨脹金屬分片型食管支架，對照組放置常規(guī)支架。觀察期中剔除死亡及支架移位的新西蘭大白兔。觀察期結束，實驗組11只新西蘭大白兔支架位置正常，對照組10只新西蘭大白兔支架位置正常。實驗組中11例支架拆解過程順利，未發(fā)生出血、穿孔、死亡等嚴重并發(fā)癥，其中9例牽拉支架頂端的手術縫線，支架解體，順利拉出體外，2例手術縫線斷裂，夾取縫線斷端，支架解體，順利取出。對照組6例成功取出，4例失?。ㄆ渲?例嚴重出血影響操作，

14、2例組織嚴重粘連，1例取出過程中死亡）。實驗組取出成功率為100％;對照組取出成功率為60％，兩組比較有統(tǒng)計學意義(P=0.035)。支架取出所需時間:實驗組平均取出時間9.18±4.22min，對照組平均取出時間17.17±6.55min，實驗組取出時間明顯短于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P=0.009)。支架取出的相關并發(fā)癥:實驗組明顯低于對照組(0％ vs.40％，P=0.026)，差異有統(tǒng)計學意義。
　　2.生物可降解型支架

15、體外降解實驗中，PLLA縫線連接的支架8周內在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)和人工胃液中均無明顯降解。PLGA縫線連接的支架在PBS中6周分解，所測支架徑向支撐力為0;在人工胃液中9周分解，支架徑向支撐力衰減為0;其特性粘度隨時間線性下降。
　　3.生物可降解型支架的動物實驗研究中，將建模成功的新西蘭大白兔隨機分為實驗組和對照組，每組15只。實驗組放置生物可降解型食管支架，對照組放置常規(guī)支架。觀察8周并記錄。觀察期結束，實驗組中8例支架

16、自然分解成片，脫落至胃腔。剩余1例支架觀察期內未分解，內鏡下可見可降解縫線部分斷裂，順利取出支架。對照組中，6只新西蘭大白兔支架位置正常，內鏡下取出3例，未取出3例（其中2例出現(xiàn)組織粘連撕裂、1例出現(xiàn)嚴重出血）。
　　結論：
　　1.生物可降解型和自膨脹金屬分片型食管支架是我國自主知識產權的原始創(chuàng)新技術產品。
　　2.自膨脹金屬分片型食管支架由覆膜的鎳鈦記憶合金和外科手術縫線連接而成，支架的縫線在牽拉后可使支架解體，徑

17、向支撐力消失，內鏡下易取出，取出率和對食道的損傷程度明顯優(yōu)于常規(guī)支架。
　　3.生物可降解型支架由覆膜的鎳鈦記憶合金和PLGA絲線制作而成，PLGA絲線8周可自行分解，分片支架自動解體脫落，無需內鏡下取出。
　　研究意義：
　　良性食管狹窄是消化科常見疾病之一，嚴重的影響著患者的生活質量。尤其是反復擴張無效的難治性良性食管狹窄的患者，短期置入支架可重塑食道形態(tài)、維持食道通暢、緩解吞咽困難和梗阻造成的不適。但是，支架的取

18、出一直是困擾臨床醫(yī)生的難題。由于支架徑向支撐力的存在，常導致支架取出困難，硬性的牽拉，易導致組織損傷，甚至腔道破裂。目前，臨床上還沒有一種食道支架能夠完全改變其形態(tài)并在無張力的狀態(tài)下取出。本實驗研制的自膨脹金屬分片型食管支架既保持了支架的徑向支撐力，使其能夠持續(xù)地發(fā)揮擴張的作用;又能在取出時使支架的徑向支撐力消失，而易于取出。本實驗研制的生物可降解材料連接的自膨脹金屬分片食管支架，不僅具有金屬支架良好的支撐力，又能在一定的時間內自行降解