本文關(guān)鍵詞：生物可降解大血管氮化鐵支架的研制和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，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(jiàn)的先天性血管畸形,包括主動(dòng)脈縮窄和肺動(dòng)脈狹窄。主動(dòng)脈縮窄患者預(yù)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(dòng)脈縮窄患者的平均自然壽命也僅有40歲。肺動(dòng)脈狹窄主要病因?yàn)榕咛テ诎l(fā)育障礙,患者往往在早期即出現(xiàn)肺動(dòng)脈高壓、右心衰竭等臨床表現(xiàn),預(yù)后不佳。主動(dòng)脈縮窄和肺動(dòng)脈狹窄的治療一直是臨床的工作難點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)。由于先天性血管狹窄性疾病的發(fā)生不可預(yù)防,目前的治療方法都是發(fā)現(xiàn)疾病后的干預(yù),主要有外科手術(shù),經(jīng)皮球囊成形術(shù)和支架植入術(shù)。以往外科手術(shù)一直是該類疾病有效的治療方法,但由于外科手術(shù)創(chuàng)傷大、風(fēng)險(xiǎn)高、術(shù)后留有瘢痕及術(shù)中、術(shù)后死亡率高而受到限制,而分支肺動(dòng)脈的狹窄更是外科手術(shù)治療的“禁區(qū)”。隨后出現(xiàn)的經(jīng)皮球囊成形術(shù)和支架植入術(shù)是一種相對(duì)安全的介入治療方法,具有創(chuàng)傷小,不遺留瘢痕,住院時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。許多研究證實(shí),支架植入術(shù)較球囊成形術(shù)更能明顯減少術(shù)后再狹窄的發(fā)生[3-6]。但對(duì)于嬰幼兒,機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)造成支架段血管的相對(duì)狹窄,此外還面臨著支架內(nèi)再狹窄、需反復(fù)擴(kuò)張及致栓性等諸多問(wèn)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(kuò)張狹窄的血管,同時(shí)在完成擴(kuò)張目標(biāo)后在一定時(shí)間內(nèi)降解,不會(huì)給血管發(fā)育帶來(lái)影響,成為目前支架研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題,金屬生物可降解大血管支架因其良好的機(jī)械力學(xué)性能和獨(dú)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(guó)內(nèi)外關(guān)于生物可降解支架研究也主要集中在純鐵支架和冠狀動(dòng)脈應(yīng)用領(lǐng)域,目前有關(guān)生物可降解支架在大血管領(lǐng)域的研究資料和報(bào)道仍然很少,為此我們?cè)趪?guó)內(nèi)率先開(kāi)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(dòng)脈內(nèi)置入可降解鐵支架后,局部組織炎癥反應(yīng)輕,同時(shí)血管內(nèi)膜無(wú)明顯增生,顯示出良好的組織相容性。還有體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究表明鐵可抑制人血管平滑肌細(xì)胞的增殖,這就使解決支架內(nèi)再狹窄問(wèn)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(guò)長(zhǎng),這在一定程度上制約了其應(yīng)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(shù)均可有效減少純鐵的耐腐蝕性,但均未能達(dá)到理想的效果。材料學(xué)研究表明真空等離子氮化技術(shù)可以通過(guò)固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化加強(qiáng)材料的力學(xué)性能,同時(shí)氮化后形成的第二相氮化鐵粒子可以通過(guò)電偶腐蝕提高材料的腐蝕速率,故本研究首次嘗試通過(guò)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(duì)其理化性能及血液相容性進(jìn)行評(píng)價(jià)。目的研制生物可降解大血管氮化鐵支架,并通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)測(cè)試生物可降解大血管氮化鐵支架的機(jī)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(guò)對(duì)純鐵管材反復(fù)拉拔、激光雕刻、去油、酸洗、電化學(xué)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(guò)體外實(shí)驗(yàn),測(cè)試自制生物可降解大血管氮化鐵支架的拉伸強(qiáng)度,徑向強(qiáng)度及硬度三項(xiàng)機(jī)械性能的主要指標(biāo),并與大血管純鐵支架、316L大血管不銹鋼支架進(jìn)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(xué)性能可行性,同時(shí)檢測(cè)生物可降解大血管氮化鐵支架體外電化學(xué)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(nèi)降解可行性。同時(shí),通過(guò)體外血小板粘附性測(cè)試、溶血率測(cè)試、凝血酶原時(shí)間及活化部分凝血活酶時(shí)間測(cè)定,評(píng)價(jià)其血液相容性。結(jié)果經(jīng)過(guò)一系列工序成功制備出大血管純鐵支架,通過(guò)自主研發(fā)的真空氮化爐,實(shí)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(xué)性能測(cè)試和電化學(xué)腐蝕速率測(cè)試生物可降解大血管氮化鐵支架拉伸強(qiáng)度,徑向強(qiáng)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(qiáng)度(MPa)：603.28±16.26,徑向強(qiáng)度(kPa)：93.62±5.44,硬度(kN/m)：55.82±1.87,大血管純鐵支架：拉伸強(qiáng)度(MPa)：337.76±3.17,徑向強(qiáng)度(kPa)：57.51±4.44,硬度(kN/m)：35.13±3.90,兩者機(jī)械性能相比P0.05,有顯著差異。大血管316L不銹鋼支架：拉伸強(qiáng)度(MPa)：614.37±6.82,徑向強(qiáng)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(jī)械性能,P0.05,無(wú)顯著差異。氮化鐵支架其體外電化學(xué)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(cè)試血液相容性測(cè)試表明與不銹鋼支架相比,氮化鐵支架對(duì)血小板無(wú)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(gè))30min: 35±6,60min:83±14,不銹鋼支架血小板粘附數(shù)量(個(gè))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(shí)間(s)：13.53±0.45,活化部分凝血活酶時(shí)間(s)33.37±0.64,不銹鋼支架凝血酶原時(shí)間(s)：12.65±0.79,活化部分凝血活酶時(shí)間(s)30.43±1.56。氮化鐵支架與不銹鋼支架凝血酶原時(shí)間與活化部分凝血活酶時(shí)間無(wú)明顯差異,P0.05。結(jié)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(jī)械支撐力,不亞于應(yīng)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(shí)驗(yàn)充分證實(shí)自主研制的生物可降解大血管氮化鐵支架達(dá)到設(shè)計(jì)要求,滿足進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)條件。第二部分生物可降解大血管氮化鐵支架在豬髂動(dòng)脈模型的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：一是支架植入后由于血管生長(zhǎng)發(fā)育造成的相對(duì)狹窄,另外由于支架植入后需永久攜帶對(duì)血管刺激,引起血管內(nèi)膜增生和血管平滑肌增殖造成的絕對(duì)狹窄。由于生物可降解支架在達(dá)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(diǎn)的同時(shí),摒棄了其永久攜帶引起的一系列問(wèn)題,故目前學(xué)界普遍認(rèn)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(lái)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(guò)程中逐漸降解吸收,避免對(duì)血管舒縮功能和血管的生長(zhǎng)產(chǎn)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(xué)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(shù)后過(guò)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(qiáng)于鎂,能有效預(yù)防血管彈性回縮,并能在血管重構(gòu)后降解。有研究證明,在豬的冠狀動(dòng)脈內(nèi)置入可降解鐵支架后,局部組織炎癥反應(yīng)輕,同時(shí)血管內(nèi)膜無(wú)明顯增生,顯示出良好的組織相容性。還有體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究表明鐵可抑制人血管平滑肌細(xì)胞的增殖,這就使解決支架內(nèi)再狹窄問(wèn)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(guò)長(zhǎng),這在一定程度上制約了其應(yīng)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(shù)可以很好的提高了純鐵支架的拉伸強(qiáng)度,徑向強(qiáng)度和硬度。此外,明顯增加了支架的體外腐蝕速率。體外實(shí)驗(yàn)還證實(shí)了氮化鐵支架血液相容性良好。但目前國(guó)內(nèi)未見(jiàn)關(guān)于生物可降解大血管氮化鐵支架動(dòng)物體內(nèi)研究報(bào)道,同時(shí)由于生物可降解支架在體內(nèi)降解尚無(wú)成熟的評(píng)價(jià)系統(tǒng),本文嘗試通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)分析支架厚度和降解產(chǎn)物的表面積覆蓋率,探索評(píng)價(jià)生物可降解大血管支架在體內(nèi)降解過(guò)程的方法,并首次通過(guò)自身配對(duì)設(shè)計(jì),與目前應(yīng)用成熟的大血管不銹鋼支架對(duì)比生物可降解大血管氮化鐵支架體內(nèi)力學(xué)性能及組織相容性。目的本研究在健康小型幼豬髂動(dòng)脈模型體內(nèi)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(duì)新生內(nèi)膜增生的影響,并與316L不銹鋼支架進(jìn)行對(duì)比。初步探索生物可降解氮化鐵支架體內(nèi)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(jìn)一步開(kāi)展臨床研究提供依據(jù)。方法健康小型幼豬20頭,雌雄不限,隨機(jī)并平均分成4組,每組5頭,分別于左髂總動(dòng)脈植入1枚氮化鐵支架,右髂總動(dòng)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(shù)后1個(gè)月,6個(gè)月,12個(gè)月和24個(gè)月行髂動(dòng)脈造影,術(shù)后處死動(dòng)物,分離支架段血管進(jìn)行病理處理。分別于術(shù)前和各觀察期結(jié)束前測(cè)定血漿鐵濃度。分別對(duì)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(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像分析,分析支桿厚度和降解產(chǎn)物的表面積,評(píng)價(jià)支架降解性能,估測(cè)支架降解時(shí)間。分析比較兩種支架植入后血管的血清鐵濃度、新生內(nèi)膜厚度、管腔直徑及炎癥評(píng)分。結(jié)果所有的實(shí)驗(yàn)支架均成功植入幼豬髂總動(dòng)脈內(nèi),手術(shù)成功率為100%,所有實(shí)驗(yàn)豬飲食、活動(dòng)正常,存活良好,無(wú)鐵中毒表現(xiàn)。術(shù)后隨訪1個(gè)月,血管內(nèi)皮完全覆蓋了支架內(nèi)壁,支架形態(tài)完整,擴(kuò)張完全。支架植入后6個(gè)月,可以觀察到氮化鐵支架表面開(kāi)始降解,支架形態(tài)完整,無(wú)管腔狹窄。支架植入12個(gè)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(gè)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(jié)束前髂動(dòng)脈造影顯示支架段血管通暢,未見(jiàn)明顯狹窄,未見(jiàn)支架移位,未見(jiàn)邊緣效應(yīng)、血栓、潰瘍及動(dòng)脈瘤等表現(xiàn)。各觀察期結(jié)束后檢查支架片段時(shí),未發(fā)現(xiàn)血管外膜出血,動(dòng)脈瘤或其他異常情況。1大血管氮化鐵支架體內(nèi)降解情況不同時(shí)間觀察期結(jié)束后,大血管氮化鐵支架支桿(μm)厚度逐漸變�。�1個(gè)月116.83±8.61,6個(gè)月101.63±11.81,12個(gè)月86.87±8.42,24個(gè)月41.24±6.48,降解產(chǎn)物表面積(μm2)逐漸增多：1個(gè)月 32308.68±238.14,6個(gè)月109948.66±519.42,12個(gè)月159563.12±688.13,24個(gè)月318453.99±577.52,各觀察期有顯著差異,P0.05。計(jì)算支架不同時(shí)間段剩余支桿厚度,進(jìn)行直線回歸分析,估測(cè)支架完全降解所需要的時(shí)間為1118.35天。2大血管氮化鐵支架組織相容性不同時(shí)間觀察期結(jié)束后,氮化鐵支架新生內(nèi)膜厚度(mm)：1個(gè)月0.13±0.02,6個(gè)月0.43±0.02,12個(gè)月0.45±0.03,24個(gè)月0.48±0.10,不銹鋼支架組新生內(nèi)膜厚度(mm)：1個(gè)月0.15±0.04,6個(gè)月0.51±0.02,12個(gè)月0.53±0.10,24個(gè)月0.57±0.13,各觀察期兩組支架數(shù)據(jù)比較無(wú)顯著差異,P0.05。兩組支架在炎癥評(píng)分上無(wú)顯著差異,P0.05。氮化鐵支架組管腔直徑(mm)：1個(gè)月7.82±0.25,6個(gè)月7.444±0.50,12個(gè)月7.35±0.38,24個(gè)月7.30±0.38,不銹鋼支架組管腔直徑(mm)：1個(gè)月7.86±0.25,6個(gè)月7.35±0.17,12個(gè)月7.044±0.19,24個(gè)月6.67±0.03,各觀察期兩組支架數(shù)據(jù)比較無(wú)顯著差異,P0.05。各觀察期血清鐵濃度(mg/L)：術(shù)前1.31±0.37,1個(gè)月1.32±0.10,6個(gè)月1.34±0.12,12個(gè)月1.43±0.19,24個(gè)月1.39±0.16,組間比較無(wú)顯著差異,P0.05。結(jié)論生物可降解大血管氮化鐵支架體內(nèi)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(wú)明顯差異,氮化鐵支架在體內(nèi)降解過(guò)程中產(chǎn)生的鐵離子并未對(duì)體內(nèi)血漿鐵離子濃度產(chǎn)生影響。研究結(jié)果初步提示生物可降解氮化鐵支架安全可行,值得進(jìn)一步開(kāi)展臨床研究。
【關(guān)鍵詞】：生物可降解大血管氮化鐵支架 研制 體外實(shí)驗(yàn) 機(jī)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(dòng)物實(shí)驗(yàn) 降解性能 組織相容性
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-11
• 參考文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果33-39
• 1.5 討論39-48
• 1.6 結(jié)論48
• 參考文獻(xiàn)48-52
• 第二部分 生物可降解大血管氮化鐵支架在豬髂動(dòng)脈模型的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果63-72
• 2.5 討論72-78
• 2.6 結(jié)論78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 綜述82-96
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 縮略詞表96-97
• 攻讀博士學(xué)位期間成果97-98
• 致謝98-100
• 統(tǒng)計(jì)學(xué)證明100

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

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本文編號(hào)：282947