本文關鍵詞：生物可降解大血管氮化鐵支架的研制和動物實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：第一部分生物可降解大血管氮化鐵支架的研制先天性血管狹窄性疾病是嬰幼兒期常見的先天性血管畸形,包括主動脈縮窄和肺動脈狹窄。主動脈縮窄患者預后不良,一些合并先天性心血管畸形的患兒在嬰幼兒期即發(fā)生死亡,單純主動脈縮窄患者的平均自然壽命也僅有40歲。肺動脈狹窄主要病因為胚胎期發(fā)育障礙,患者往往在早期即出現(xiàn)肺動脈高壓、右心衰竭等臨床表現(xiàn),預后不佳。主動脈縮窄和肺動脈狹窄的治療一直是臨床的工作難點和研究的熱點。由于先天性血管狹窄性疾病的發(fā)生不可預防,目前的治療方法都是發(fā)現(xiàn)疾病后的干預,主要有外科手術,經皮球囊成形術和支架植入術。以往外科手術一直是該類疾病有效的治療方法,但由于外科手術創(chuàng)傷大、風險高、術后留有瘢痕及術中、術后死亡率高而受到限制,而分支肺動脈的狹窄更是外科手術治療的“禁區(qū)”。隨后出現(xiàn)的經皮球囊成形術和支架植入術是一種相對安全的介入治療方法,具有創(chuàng)傷小,不遺留瘢痕,住院時間短等優(yōu)點。許多研究證實,支架植入術較球囊成形術更能明顯減少術后再狹窄的發(fā)生[3-6]。但對于嬰幼兒,機體的生長發(fā)育會造成支架段血管的相對狹窄,此外還面臨著支架內再狹窄、需反復擴張及致栓性等諸多問題。因此,如何研制一種支架在植入后能夠提供足夠的支撐力以擴張狹窄的血管,同時在完成擴張目標后在一定時間內降解,不會給血管發(fā)育帶來影響,成為目前支架研究領域的熱點問題,金屬生物可降解大血管支架因其良好的機械力學性能和獨特的可降解特性有望成為解決這一難題的最佳選擇。盡管如此,國內外關于生物可降解支架研究也主要集中在純鐵支架和冠狀動脈應用領域,目前有關生物可降解支架在大血管領域的研究資料和報道仍然很少,為此我們在國內率先開展先天性血管狹窄性疾病生物可降解大血管氮化鐵支架的研制。有研究證明,在豬的冠狀動脈內置入可降解鐵支架后,局部組織炎癥反應輕,同時血管內膜無明顯增生,顯示出良好的組織相容性。還有體外細胞培養(yǎng)實驗研究表明鐵可抑制人血管平滑肌細胞的增殖,這就使解決支架內再狹窄問題成為可能。隨著研究的深入,研究發(fā)現(xiàn)純鐵支架支撐力欠佳且降解周期過長,這在一定程度上制約了其應用。因此,現(xiàn)有研究均聚焦在如何減少純鐵耐腐蝕性上,包括注入鑭、錳等離子,形成氧化鐵系膜和鈦/氮化鈦的多層涂層等技術均可有效減少純鐵的耐腐蝕性,但均未能達到理想的效果。材料學研究表明真空等離子氮化技術可以通過固溶強化和彌散強化加強材料的力學性能,同時氮化后形成的第二相氮化鐵粒子可以通過電偶腐蝕提高材料的腐蝕速率,故本研究首次嘗試通過真空等離子滲氮法處理大血管純鐵支架,制備生物可降解大血管氮化鐵支架,并對其理化性能及血液相容性進行評價。目的研制生物可降解大血管氮化鐵支架,并通過體外實驗測試生物可降解大血管氮化鐵支架的機械性能、腐蝕速率及血液相容性,探討自主研發(fā)生物可降解大血管支架的可行性。方法以純鐵管為原材料,通過對純鐵管材反復拉拔、激光雕刻、去油、酸洗、電化學拋光、鈍化工序及氮化處理,制備生物可降解大血管氮化鐵支架.通過體外實驗,測試自制生物可降解大血管氮化鐵支架的拉伸強度,徑向強度及硬度三項機械性能的主要指標,并與大血管純鐵支架、316L大血管不銹鋼支架進行比較,分析可降解大血管氮化鐵支架提供有效血管支撐的力學性能可行性,同時檢測生物可降解大血管氮化鐵支架體外電化學腐蝕速率,并與大血管純鐵支架比較,分析其體外降解性能,討論可降解大血管氮化鐵支架體內降解可行性。同時,通過體外血小板粘附性測試、溶血率測試、凝血酶原時間及活化部分凝血活酶時間測定,評價其血液相容性。結果經過一系列工序成功制備出大血管純鐵支架,通過自主研發(fā)的真空氮化爐,實現(xiàn)大血管純鐵支架氮化,成功制備生物可降解大血管氮化鐵支架。1生物可降解大血管氮化鐵支架體外力學性能測試和電化學腐蝕速率測試生物可降解大血管氮化鐵支架拉伸強度,徑向強度及硬度優(yōu)于大血管純鐵支架,生物可降解大血管氮化鐵支架拉伸強度(MPa)：603.28±16.26,徑向強度(kPa)：93.62±5.44,硬度(kN/m)：55.82±1.87,大血管純鐵支架：拉伸強度(MPa)：337.76±3.17,徑向強度(kPa)：57.51±4.44,硬度(kN/m)：35.13±3.90,兩者機械性能相比P0.05,有顯著差異。大血管316L不銹鋼支架：拉伸強度(MPa)：614.37±6.82,徑向強度(kPa)：96.55±7.75,硬度(kN/m)：58.59±3.93。與大血管氮化鐵支架相比二者機械性能,P0.05,無顯著差異。氮化鐵支架其體外電化學腐蝕速率較純鐵支架增快(Vcorr (mm year-1):氮化鐵支架0.191±0.018 vs純鐵支架0.100±0.035,P0.05)。2生物可降解大血管氮化鐵支架體外血液相容性測試血液相容性測試表明與不銹鋼支架相比,氮化鐵支架對血小板無明顯粘附和激活。掃描電鏡2000倍視野觀察,氮化鐵支架血小板粘附數(shù)量(個)30min: 35±6,60min:83±14,不銹鋼支架血小板粘附數(shù)量(個)30min:40±10,60min:79±15,兩者相比P0.05。氮化鐵支架溶血率3.1%。氮化鐵支架凝血酶原時間(s)：13.53±0.45,活化部分凝血活酶時間(s)33.37±0.64,不銹鋼支架凝血酶原時間(s)：12.65±0.79,活化部分凝血活酶時間(s)30.43±1.56。氮化鐵支架與不銹鋼支架凝血酶原時間與活化部分凝血活酶時間無明顯差異,P0.05。結論自主研制的生物可降解大血管氮化鐵支架可提供較大血管純鐵支架更為充分的機械支撐力,不亞于應用成熟的大血管316L不銹鋼支架。體外降解速率明顯優(yōu)于大血管純鐵支架,其致栓性低,溶血率低,不激活外源性凝血系統(tǒng),血液相容性良好。體外理化實驗充分證實自主研制的生物可降解大血管氮化鐵支架達到設計要求,滿足進一步進行動物實驗條件。第二部分生物可降解大血管氮化鐵支架在豬髂動脈模型的實驗研究現(xiàn)有研究表明,制約先天性血管狹窄性疾病支架植入治療最重要的因素有兩點：一是支架植入后由于血管生長發(fā)育造成的相對狹窄,另外由于支架植入后需永久攜帶對血管刺激,引起血管內膜增生和血管平滑肌增殖造成的絕對狹窄。由于生物可降解支架在達成解除血管狹窄目的后可完全降解,在兼顧永久支架優(yōu)點的同時,摒棄了其永久攜帶引起的一系列問題,故目前學界普遍認為生物可降解大血管支架的研制將給先天性血管狹窄性疾病的患者帶來了新的希望。生物可降解支架可在完成其防止血管彈性回縮作用過程中逐漸降解吸收,避免對血管舒縮功能和血管的生長產生不利影響。目前用于可降解支架的金屬支架材料主要是鎂、鎂基合金和鐵、鐵基合金。鎂合金力學性能差于不銹鋼和鈷鉻合金,且分解吸收較快,使得支架在術后過早失去支撐功能,血管彈性回縮造成再狹窄。鐵的金屬支撐力強于鎂,能有效預防血管彈性回縮,并能在血管重構后降解。有研究證明,在豬的冠狀動脈內置入可降解鐵支架后,局部組織炎癥反應輕,同時血管內膜無明顯增生,顯示出良好的組織相容性。還有體外細胞培養(yǎng)實驗研究表明鐵可抑制人血管平滑肌細胞的增殖,這就使解決支架內再狹窄問題成為可能。隨著研究的深入,研究發(fā)現(xiàn)純鐵支架降解周期過長,這在一定程度上制約了其應用。因此,現(xiàn)有研究均聚焦在如何減少純鐵耐腐蝕性上。前期體外研究顯示,真空等離子氮化技術可以很好的提高了純鐵支架的拉伸強度,徑向強度和硬度。此外,明顯增加了支架的體外腐蝕速率。體外實驗還證實了氮化鐵支架血液相容性良好。但目前國內未見關于生物可降解大血管氮化鐵支架動物體內研究報道,同時由于生物可降解支架在體內降解尚無成熟的評價系統(tǒng),本文嘗試通過計算機圖像分析系統(tǒng)分析支架厚度和降解產物的表面積覆蓋率,探索評價生物可降解大血管支架在體內降解過程的方法,并首次通過自身配對設計,與目前應用成熟的大血管不銹鋼支架對比生物可降解大血管氮化鐵支架體內力學性能及組織相容性。目的本研究在健康小型幼豬髂動脈模型體內觀察可降解大血管氮化鐵支架降解情況,研究其組織相容性和對新生內膜增生的影響,并與316L不銹鋼支架進行對比。初步探索生物可降解氮化鐵支架體內降解性能及生物安全性。為生物可降解大血管氮化鐵支架進一步開展臨床研究提供依據。方法健康小型幼豬20頭,雌雄不限,隨機并平均分成4組,每組5頭,分別于左髂總動脈植入1枚氮化鐵支架,右髂總動脈植入1枚不銹鋼支架。4組小型豬共植入20枚氮化鐵支架和20枚不銹鋼支架。分別在術后1個月,6個月,12個月和24個月行髂動脈造影,術后處死動物,分離支架段血管進行病理處理。分別于術前和各觀察期結束前測定血漿鐵濃度。分別對大血管氮化鐵支架和大血管不銹鋼支架植入血管病理圖像進行計算機圖像分析,分析支桿厚度和降解產物的表面積,評價支架降解性能,估測支架降解時間。分析比較兩種支架植入后血管的血清鐵濃度、新生內膜厚度、管腔直徑及炎癥評分。結果所有的實驗支架均成功植入幼豬髂總動脈內,手術成功率為100%,所有實驗豬飲食、活動正常,存活良好,無鐵中毒表現(xiàn)。術后隨訪1個月,血管內皮完全覆蓋了支架內壁,支架形態(tài)完整,擴張完全。支架植入后6個月,可以觀察到氮化鐵支架表面開始降解,支架形態(tài)完整,無管腔狹窄。支架植入12個月后,氮化鐵支架部分發(fā)生了降解,支架形態(tài)不完整。支架植入24個月后,氮化鐵支架僅剩余部分殘留,支架植入段血管管腔兩端有輕度狹窄。各觀察期結束前髂動脈造影顯示支架段血管通暢,未見明顯狹窄,未見支架移位,未見邊緣效應、血栓、潰瘍及動脈瘤等表現(xiàn)。各觀察期結束后檢查支架片段時,未發(fā)現(xiàn)血管外膜出血,動脈瘤或其他異常情況。1大血管氮化鐵支架體內降解情況不同時間觀察期結束后,大血管氮化鐵支架支桿(μm)厚度逐漸變�。�1個月116.83±8.61,6個月101.63±11.81,12個月86.87±8.42,24個月41.24±6.48,降解產物表面積(μm2)逐漸增多：1個月 32308.68±238.14,6個月109948.66±519.42,12個月159563.12±688.13,24個月318453.99±577.52,各觀察期有顯著差異,P0.05。計算支架不同時間段剩余支桿厚度,進行直線回歸分析,估測支架完全降解所需要的時間為1118.35天。2大血管氮化鐵支架組織相容性不同時間觀察期結束后,氮化鐵支架新生內膜厚度(mm)：1個月0.13±0.02,6個月0.43±0.02,12個月0.45±0.03,24個月0.48±0.10,不銹鋼支架組新生內膜厚度(mm)：1個月0.15±0.04,6個月0.51±0.02,12個月0.53±0.10,24個月0.57±0.13,各觀察期兩組支架數(shù)據比較無顯著差異,P0.05。兩組支架在炎癥評分上無顯著差異,P0.05。氮化鐵支架組管腔直徑(mm)：1個月7.82±0.25,6個月7.444±0.50,12個月7.35±0.38,24個月7.30±0.38,不銹鋼支架組管腔直徑(mm)：1個月7.86±0.25,6個月7.35±0.17,12個月7.044±0.19,24個月6.67±0.03,各觀察期兩組支架數(shù)據比較無顯著差異,P0.05。各觀察期血清鐵濃度(mg/L)：術前1.31±0.37,1個月1.32±0.10,6個月1.34±0.12,12個月1.43±0.19,24個月1.39±0.16,組間比較無顯著差異,P0.05。結論生物可降解大血管氮化鐵支架體內植入成功率高,降解性能良好。與大血管不銹鋼支架相比,其組織相容性無明顯差異,氮化鐵支架在體內降解過程中產生的鐵離子并未對體內血漿鐵離子濃度產生影響。研究結果初步提示生物可降解氮化鐵支架安全可行,值得進一步開展臨床研究。
【關鍵詞】：生物可降解大血管氮化鐵支架 研制 體外實驗 機械性能 腐蝕速率 血液相容性 生物可降解大血管氮化鐵支架 先天性血管狹窄性疾病 動物實驗 降解性能 組織相容性
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-11
• 參考文獻9-11
• ABSTRACT11-20
• 第一部分 生物可降解大血管氮化鐵支架的研制20-52
• 1.1 前言20-21
• 1.2 目的21
• 1.3 材料與方法21-33
• 1.4 實驗結果33-39
• 1.5 討論39-48
• 1.6 結論48
• 參考文獻48-52
• 第二部分 生物可降解大血管氮化鐵支架在豬髂動脈模型的實驗研究52-82
• 2.1 前言52-53
• 2.2 目的53
• 2.3 材料與方法53-63
• 2.4 實驗結果63-72
• 2.5 討論72-78
• 2.6 結論78
• 參考文獻78-82
• 綜述82-96
• 參考文獻90-96
• 縮略詞表96-97
• 攻讀博士學位期間成果97-98
• 致謝98-100
• 統(tǒng)計學證明100

  本文關鍵詞：生物可降解大血管氮化鐵支架的研制和動物實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：282947