本文選題：真空冷凍干燥 + 復(fù)水��； 參考：《上海理工大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：對于嚴(yán)重的心血管疾病治療，除藥物治療外，血管移植修復(fù)是治療此類疾病的有效方法。在移植材料的選擇上，天然的生物組織材料能夠克服人工材料技術(shù)及功能方面的諸多不足，而對生物材料的處理和保存一直是備受關(guān)注的難題。本課題采用真空冷凍干燥技術(shù)處理豬主動脈血管，凍干后的血管在物理性能、力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)的保持等方面具有其獨特的優(yōu)勢，同時嘗試手術(shù)同種異體移植凍干血管及凍干脫細(xì)胞血管，研究和評估凍干技術(shù)制備血管支架的可行性，期望為臨床救治相關(guān)疾病提供優(yōu)質(zhì)可靠的移植血管材料。 在多次對豬主動脈血管冷凍干燥后發(fā)現(xiàn)，凍干后的管壁有明顯的皺縮變薄現(xiàn)象，這說明血管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了塌陷和破壞，因此課題首先對真空冷凍干燥的方法進(jìn)行了優(yōu)化研究，經(jīng)多次實驗方案的調(diào)整，輔以表面觀察，Micro-CT掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)、計算孔隙率并構(gòu)架三維空間結(jié)構(gòu)圖，驗證凍干血管的結(jié)構(gòu)變化程度，找到了凍干血管的優(yōu)化方法，解釋和分析造成樣品皺縮的原因，并指出，一次干燥終點的判斷對干燥樣品的品質(zhì)影響很大。經(jīng)優(yōu)化方法凍干的血管，塌陷及皺縮現(xiàn)象得以消除，凍干后的樣品孔隙率約為34.42%，脫水率約為70.91%，復(fù)水能力約為2.37，優(yōu)于通常方法得到的孔隙率29.26%、脫水率70.37%及復(fù)水能力2.28，實驗同時用真空干燥的方法測得豬主動脈血管的含水量為(72.010.50)%； 理論研究的另一方面，是使用FLUENT軟件對快速凍結(jié)的血管溫度變化進(jìn)行了過程模擬，與實際記錄結(jié)果對照，發(fā)現(xiàn)血管在零上溫度降溫時的溫度變化模擬與實際較為接近，零下溫度凍結(jié)的模擬有一定偏差但趨勢基本一致；凍結(jié)時血管與周圍環(huán)境的對流換熱及輻射換熱的相互影響造成血管的溫度(-40～-44℃)不能達(dá)到擱板溫度(-70℃)，文中估算出從開始凍結(jié)直至最低溫度的過程中，血管與外界的相互換熱量約為1273.5J；一次及二次干燥過程，以半小時為間隔單位，計算整個干燥階段血管中水分的實際升華潛熱、血管質(zhì)量的前后變化，將實際的升華潛熱計算結(jié)果同純水冰相的升華潛熱比較，并與質(zhì)量差的分析相結(jié)合，闡示出干燥界面的移動、水分逸出的路徑、各階段逸出程度的難易及其原因，進(jìn)一步深入了豬主動脈凍干的機(jī)理； 將凍干得到的血管進(jìn)行復(fù)水實驗，，用Micro-CT掃描凍干血管整個復(fù)水過程的管壁及橫截面變化圖。圖中明顯看到復(fù)水的前0.5～1h管壁形狀變化最大；孔隙率分析顯示，復(fù)水時，孔隙率逐漸降低，直至接近新鮮血管；計算血管復(fù)水過程復(fù)水能力及復(fù)水速率的變化，結(jié)果表明，復(fù)水0.5～1h是血管急劇吸水變化的階段，各項數(shù)據(jù)變化明顯；1h～3h，水分的吸收呈線性增長；3h后，血管含水量、復(fù)水速率呈動態(tài)調(diào)整和變化，吸水基本達(dá)到飽和；對復(fù)水各階段進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)理分析，解釋了各項數(shù)據(jù)變化的原因，最終指出，常溫條件下，生理鹽水中浸泡2～2.5h的豬主動脈血管可進(jìn)行移植應(yīng)用； 對復(fù)水后的血管進(jìn)行周向拉伸、軸向拉伸及穿刺方面的力學(xué)性能測試，探討凍干后的血管移植入體內(nèi)后，能否承受血液對其造成的各個方向的壓力。宏觀的力學(xué)測試結(jié)果與微觀的新鮮及凍干復(fù)水的血管切片及染色組織學(xué)顯微觀察相結(jié)合，結(jié)果表明：周向拉伸時，長度變化的6mm范圍內(nèi)為彈性形變過程，軸向拉伸的彈性形變出現(xiàn)在2～2.5mm內(nèi)，這與纖維的結(jié)構(gòu)和本身特性有關(guān)；具體的周向拉伸、軸向拉伸及穿刺過程曲線都分別與新鮮血管該段過程曲線的趨勢比較接近，說明血管在凍干后結(jié)構(gòu)成分及排列方式?jīng)]有發(fā)生大的改變；周向拉伸的血管應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要呈現(xiàn)兩個階段，彈性模量由小變大，而軸向拉伸則呈現(xiàn)出四個階段，彈性模量先由小增大，再突然減小后增大，其中凍干復(fù)水的血管這種變化更加明顯，這是由于纖維間孔隙的出現(xiàn)及彈性纖維的縱向排列造成的；拉伸長度方面，周向拉伸時，新鮮血管、凍干血管的最大伸長率分別為177%、311%，軸向拉伸時，新鮮血管、凍干血管的該項值分別為459%、300%；凍干后，周向拉伸應(yīng)力、軸向拉伸應(yīng)力、穿刺力分別較新鮮狀態(tài)時減小了18.6%，增加了27.0%，增加了9.88%；結(jié)合顯微觀察結(jié)果，分析宏觀力學(xué)變化的原因； 以上實驗研究主要為如何得到高質(zhì)量的移植血管提供理論基礎(chǔ)。而臨床的實際應(yīng)用中，消除供體植入后的免疫排斥反應(yīng)是移植過程的另一重要因素。 課題用脫細(xì)胞的方法將凍干后的血管脫細(xì)胞處理制成含細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的支架材料。脫細(xì)胞時，利用凍干造成的孔隙，采取低濃度脫細(xì)胞試劑、較短的脫細(xì)胞時間分別處理凍干血管及新鮮血管，發(fā)現(xiàn)新鮮血管壁中間依然有細(xì)胞殘留，而凍干的血管細(xì)胞已被去除殆盡，說明新鮮血管的脫細(xì)胞需要更高濃度的試劑長時間作用，勢必導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)及各種纖維的破壞，血管凍干后脫細(xì)胞在結(jié)構(gòu)的完整、力學(xué)性能的維持方面較新鮮直接脫細(xì)胞有較大的優(yōu)勢。 為測定血管脫細(xì)胞的程度，組織學(xué)觀察外，還進(jìn)行透射電鏡(TEM)及掃描電鏡(SEM)深度的超微結(jié)構(gòu)觀察，未見細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且纖維排列有序，狀態(tài)較為良好；MHC-Ⅰ及MHC-Ⅱ類抗原表達(dá)含量的測定結(jié)果，凍干脫細(xì)胞血管MHC-Ⅰ及MHC-Ⅱ類抗原的表達(dá)量顯著降低，P 0.01；電泳測試，DNA分子的去除也十分明顯。 分別手術(shù)移植凍干后未脫細(xì)胞的血管和脫細(xì)胞的血管支架于不同受體內(nèi)以進(jìn)行比較。術(shù)后3個月組織切片觀察，凍干未脫細(xì)胞血管存在炎性反應(yīng)及微血栓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響血管的遠(yuǎn)期通暢率及宿主生命，凍干脫細(xì)胞的血管發(fā)現(xiàn)內(nèi)膜的重新生成以及宿主細(xì)胞在內(nèi)膜、中膜、外膜的浸潤，除中膜的一部分未充分浸潤外，其余各層結(jié)構(gòu)都發(fā)現(xiàn)新細(xì)胞；心血管造影觀察，凍干脫細(xì)胞血管通暢程度更高，未發(fā)現(xiàn)管徑狹窄，未發(fā)現(xiàn)血管瘤，說明移植狀態(tài)基本良好，凍干的血管段管徑稍見狹窄及微小栓塞。 以上的理論研究結(jié)果及移植應(yīng)用測試說明，凍干脫細(xì)胞血管支架用于臨床移植是具有一定的可行性的。
[Abstract]:For the treatment of serious cardiovascular diseases , the vascular graft repair is an effective method for treating such diseases . The natural biological tissue material can overcome the defects of artificial material technology and function , and the treatment and preservation of biological materials has been a difficult problem .

After several times of freeze - drying of porcine aortic blood vessels , it was found that the tube wall after freeze - drying had obvious shrinkage and thinning , which indicated that the internal structure of the blood vessel had collapsed and destroyed . Therefore , it was pointed out that the structure of the freeze - dried blood vessel was affected greatly . The porosity of the freeze - dried blood vessel was about 34.42 % , the dehydration rate was about 70.91 % , the rehydration capacity was 2.37 , and the water content of the porcine aortic blood vessel was determined to be ( 72.010 . 50 ) % by vacuum drying .


On the other hand , using FLUENT software to simulate the temperature change of rapidly frozen vessel , the simulation of temperature change of blood vessel at zero temperature was found to be close to the actual result , but the simulation of freezing at zero temperature had some deviation but the trend was basically consistent .
The temperature of the vessel ( -40 ~ -44 鈩

本文編號：1917333