纳米无定形磷酸钙应用于可降解冠状动脉支架材料的实验研究

发布时间：2019-01-27 21:09

【摘要】：背景：目前心血管疾病尤其是冠心病防治是心血管领域的重点。冠脉支架植入术被认为是当前冠状动脉阻塞性疾病的主要治疗手段,然而支架内再狭窄和晚期血栓形成是令人担忧的问题。随着药物洗脱支架的应用,支架内再狭窄问题逐渐得到有效解决,而亚急性血栓形成由于双联抗血小板治疗而得到控制,晚期血栓形成成为制约药物支架应用的瓶颈。再内皮化障碍是晚期血栓形成的主要原因。支架携带的抗增殖药物局部快速释放非特异性地抑制细胞增殖,支架采用的不可降解金属材料及用于药物包埋的不可降解或生物相容性差的聚合物是造成再内皮化障碍的关键因素。现有证据表明以聚酯类材料如聚乳酸(Polylactic acid, PLA)为主体材料构建的可降解支架表现出较大优势。然而,现有可降解支架生物相容性差、支撑力欠理想以及抗增殖与内皮化矛盾仍是棘手的问题。因此,当前冠脉支架研究的主要方向是开发生物相容性良好的生物可降解聚合物涂层材料,良好的药物控释体系和开发强支撑力的支架本体材料。无定形磷酸钙(Amorphous calcium phosphate, ACP)属于无机可降解聚合物家族成员,由于其可溶性和良好的再矿化性而被广泛应用于医学领域。从ACP中释放出来的离子可以有效中和聚合物材料降解时释放出来的酸性代谢产物,有效改善聚合物材料的生物相容性,并可调节聚合物的机械性能,降解性和生物学活性。本课题中,我们首次将ACP以特殊工艺加入到乳酸羟基乙酸共聚物(Poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA)或聚左旋乳酸(Poly L Lactic Acid, PLLA)中,分别制成可降解支架涂层及可降解支架管(支架平台半成品),并在体内外检测涂层的降解、药物释放动力学及在体内测定其生物相容性,在体外测定支架管降解前后径向强度变化情况。目的： 1.构建新型可降解材料PLGA/ACP作为支架涂层,通过体内外降解实验确定其作为支架涂层最佳的PLGA构成成分PLA及PGA的合成比例及PLGA与ACP的合成比例。 2.观察上述比例的PLGA/ACP涂层携带紫杉醇和雷帕霉素联合药物在体内外药物释放动力学及该涂层在SD大鼠体内的生物相容性,验证该材料作为支架涂层是否安全及有效。 3.构建新型生物可降解材料PLLA/ACP作为完全可降解支架平台材料,体外实验观察其降解前后强度是否均优于传统的PLLA材料。方法： 1.降解实验：研究不同比例的乳酸羟基乙酸共聚物/无定形磷酸钙共聚物(PLGA/ACP)金属支架涂层体内外3个月的降解情况。体外实验,支架浸入到不断震荡的磷酸盐缓冲液中。每周定期检测聚合物重量及观察形态学变化。根据体外实验结果,选择65%PLGA (PLA/PGA=65/35)和35%ACP聚合物涂层支架植入大鼠腹主动脉进行体内降解实验。 2.药物释放实验：体内外研究紫杉醇/雷帕霉素从PLGA/ACP涂层支架中释放的药物释放动力学。在体外,在预定的时间点测量药物释放介质中的药物浓度来描绘释放动力学曲线。使用SD大鼠腹主动脉支架模型进行支架体内药物释放动力学研究。 3.在体生物相容性：316L不锈钢金属支架采用聚乙烯-聚醋酸乙烯共聚物/聚甲基丙烯酸正丁酯(PEVA/PBMA), PLGA或PLGA/ACP聚合物涂层并植入到大鼠腹主动脉进行为期1个月和3个月的观察,对比指标为损伤分数,再狭窄百分比,内皮化分数及炎症分数。 4.体外物理力学性能：等长的PLLA和PLLA/ACP支架管各12枚,用盛有DPBS的黑色密闭容器单独共浴,然后浸入37℃水浴锅中以30转/分不断摇晃。收集各组降解后6周、3个月、6个月的标本并于室温下真空中干燥48小时,由导管张力测试仪测试径向强度。由Ubbelholde Viscometer评估材料降解前后分子量变化。差示扫描量热法(Differential scanning calorimeter, DSC)研究支架降解前后的热性能。傅里叶变换红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)测定样本化学结构。扫描电镜(Scanning electron microscopy, SEM)观察形态学变化。结果： 1.降解实验：所有比例的PLGA/ACP前3个月均降解了大约60%,50%的PLGA (PLA/PGA=65/35)和50%的ACP聚合物显示更快的降解速度。选择65%PLGA (PLA/PGA=65/35)和35%的ACP聚合物涂层支架植入大鼠腹主动脉进行体内实验。扫描电镜提示,术后12周,所有比例的PLGA/ACP涂层支架表面的聚合物几乎均全部降解。 2.药物释放实验：在体内外紫杉醇和雷帕霉素均存在两个阶段的药物释放曲线,类似单一药物涂层支架,大部分药物均在第一个月内释放,且两种药物释放动力学无相互干扰。 3.在体生物相容性：术后1个月,与PEVA/PBMA和PLGA涂层支架组相比,PLGA/ACP涂层支架组再狭窄率明显降低,炎症分数增加,而内皮化分数增加。3个月后,与PEVA/PBMA组相比,PLGA/ACP组仍然显示较低的炎症分数及较高的内皮化分数。 4.体外物理力学性能：6个月体外降解研究显示,PLLA/ACP支架管比对照组PLLA支架管具有持续更优的径向强度。且与对照组相比,ACP促进PLLA的降解,同时在6个月时增加PLLA的结晶度。依据SEM研究,随着降解的进行,ACP形成的纳米孔洞大小逐渐扩大到微米级别。结论： 1.综合降解、中和酸性代谢产物和粘度三者平衡,65%PLGA (PLA/PGA=65/35)和35%的ACP适用于支架涂层材料。 2.紫杉醇和雷帕霉素联合用药方式可应用于支架涂层,同时也证明上述PLGA/ACP支架涂层用于载药的合理性。 3. PLGA/ACP涂层支架在体实验未发现全身病理毒性证据,表明将ACP浸入PLGA可明显改善PLGA材料的生物相容性而无毒性作用。 4.ACP增强了PLLA支架管的径向强度。PLLA/ACP在体外降解的前6个月仍保留足够的支撑力,并推测6个月后加快降解,是一种完全可降解支架的理想材料。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R541.4;R318.08

【参考文献】