鎂基血管支架材料在模擬流體動(dòng)力生理環(huán)境中降解和生物應(yīng)答研究.pdf

1、目前，醫(yī)療植入器械產(chǎn)業(yè)正處于從永久型植入物到可吸收再生型植入物的轉(zhuǎn)型。這些可吸收金屬材料主要有由鎂和鎂合金制成。雖然目前關(guān)于可吸收金屬材料已經(jīng)開展了大量的研究，但現(xiàn)有的美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已公布的標(biāo)準(zhǔn)不能準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)體外降解行為進(jìn)而預(yù)估體內(nèi)降解行為。發(fā)展現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)關(guān)鍵步驟是在試驗(yàn)系統(tǒng)中明確和測(cè)試相關(guān)的微環(huán)境和參數(shù)。此外，針對(duì)于可吸收鎂基血管支架的臨床應(yīng)用，需要完全理解鎂基支架的生物降解機(jī)制，同時(shí)需要建立可控降解和提高生物

2、相容性的可靠方法。
　　本研究的主要目的是為了更好地認(rèn)識(shí)在模擬血管微環(huán)境中流體動(dòng)力學(xué)對(duì)鎂降解的影響。我們自主開發(fā)了一系列血管的生物反應(yīng)器來模擬體內(nèi)/臨床條件以揭示降解機(jī)制，例如體外多流速動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力模擬相結(jié)合系統(tǒng)，原位瞬時(shí)電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，以及模擬血管內(nèi)皮化前后階段的鎂降解行為的體外豬主動(dòng)脈生物反應(yīng)器模型和體內(nèi)鼠動(dòng)脈模型評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
　　準(zhǔn)確測(cè)定腐蝕類型，腐蝕速率和腐蝕產(chǎn)物對(duì)預(yù)測(cè)鎂基血管支架的使用壽命起著關(guān)鍵的作用。

3、實(shí)驗(yàn)表明流體動(dòng)力學(xué)，流體流速和剪切力對(duì)可吸收鎂基支架的降解/腐蝕行為起著關(guān)鍵的作用。流體剪切應(yīng)力加速了質(zhì)量和電子的轉(zhuǎn)移過程，導(dǎo)致整個(gè)腐蝕過程加劇，包括局部腐蝕、均勻腐蝕、點(diǎn)蝕和侵蝕。流體剪切應(yīng)力提高了平均的均勻腐蝕速率、局部腐蝕的覆蓋率和腐蝕深度、以及增加了局部腐蝕區(qū)域內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物的去除率。這些結(jié)果與電化學(xué)測(cè)試的均勻腐蝕產(chǎn)物層阻抗、局部腐蝕阻抗以及極化阻抗呈現(xiàn)了一致的相關(guān)性。就鎂合金血管支架而論，在流體剪切力為0.056 Pa條件下的腐

4、蝕前后體積損失率是0 Pa條件下的兩倍。流體運(yùn)動(dòng)方向?qū)Ωg行為有明顯的影響，面對(duì)流向一側(cè)的腐蝕產(chǎn)物層易從支架筋上剝落。
　　為了認(rèn)知鎂在血管重塑內(nèi)皮化前后階段相關(guān)的降解行為，本文建立了一個(gè)豬主動(dòng)脈生物反應(yīng)器模型來研究流體對(duì)流和擴(kuò)散引起的鎂的生物降解行為。結(jié)果顯示管腔表面流體的對(duì)流嚴(yán)重加劇了鎂的腐蝕，因其增加了鎂的質(zhì)量轉(zhuǎn)移、流體剪切應(yīng)力、脈動(dòng)舒張和收縮應(yīng)力。同時(shí)，本文進(jìn)一步建立了體內(nèi)鼠動(dòng)脈模型研究，研究鎂的生物降解行為。結(jié)果顯示無論

5、是管壁還是管腔內(nèi)的鎂絲的降解速率都低于體外模型鎂絲的降解速率。管壁內(nèi)鎂絲的降解略快于管腔內(nèi)的鎂絲，同時(shí)引起的鈣化的富集。
　　考慮到鎂基支架的腐蝕和生物相容性的控制，本文設(shè)計(jì)將表面溶蝕型的聚三亞甲基碳酸酯(PTMC)涂覆在鎂合金表面，也對(duì)它的動(dòng)態(tài)降解行為、電化學(xué)腐蝕、生物相容性和組織相容性進(jìn)行了研究。在動(dòng)態(tài)降解實(shí)驗(yàn)中，PTMC涂層有效地保護(hù)了鎂合金，減慢其腐蝕速率。經(jīng)PTMC涂層改性的鎂合金的自腐蝕電流密度分別低于參照樣未改性鎂合

6、金三個(gè)數(shù)量級(jí)和聚己內(nèi)酯(PCL)改性的鎂合金一個(gè)數(shù)量級(jí)。體外靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的血液實(shí)驗(yàn)表明相較于對(duì)照樣附著在PTMC涂層表面的有極少量的血小板粘附和激活，更少的紅細(xì)胞，更低的溶血率。PTMC改性的鎂合金植入到小鼠皮下16個(gè)星期后，剩余的PTMC涂層厚度約為其原始厚度的55％，且其均勻平坦的表面證明了是表面侵蝕降解行為;與之形成對(duì)比的是，PCL涂層對(duì)照組表現(xiàn)出了非均勻的體降解行為。體內(nèi)試驗(yàn)52周后，與對(duì)照組相比，PTMC涂層鎂合金的體積減少量更