金属-酚（胺）化学构建一氧化氮催化涂层应用于血管支架的研究

发布时间：2020-08-22 22:02

【摘要】：心血管疾病在目前和以后相当长时间内都会是人类死亡的首要因素。当前对心血管疾病的主要治疗手段有药物治疗、外科手术治疗和介入治疗等。而血管支架介入术因其具有创伤小、术后即刻效果显著、术后可较长时间发挥效果等特点成为目前临床上应对心血管疾病常用的方法之一。在30多年的研发使用过程中,血管支架由最初的经皮球囊成形术,经历了药物洗脱支架,全降解支架以及各种新型功能型支架。然而,虽然历经更迭,目前的血管支架仍面临植入后再狭窄和晚期血栓的问题,血管支架表面改性研究任重而道远。NO是血管内皮细胞分泌的重要生物效应分子,它可以通过激活细胞中的cGMP通路抑制平滑肌增生和血小板黏附激活。基于NO释放的改性策略在心血管表面改性中占据重要的地位,其中NO(或者NO供体)装载和NO催化剂固定是主要的两种NO释放策略。而受限于装载剂量,NO装载策略很难在血管支架表面长期发挥其效用。相比之下,NO催化型表面可以持续利用血液中内源型供体催化释放NO,更适用于血管支架表面改性。常用的NO催化策略有双硒、双硫键催化和过渡金属离子催化(Cu~(2+),Hg~(2+),Fe~(2+),Ag~+等)。然而血管支架常用基材316L不锈钢是一种惰性金属,表面缺乏反应性基团,难以实现NO催化单元的表面固定。基于此,本论文采用金属-酚(胺)化学,利用铜离子和酚(胺)的配位作用,构建了几种铜酚合结构,实现了对植入材料的表面NO催化单元固定。本论文首先通过铜离子和三种酚胺类:多巴胺、去甲基肾上腺素、单宁酸配位构建了三种多功能涂层。该涂层结合了铜离子的抗菌能力,酚类的抗炎能力以及铜离子催化NO供体释放NO进而抗凝的能力,成功在一种表面实现多种功能。首先通过多种材料学表征手段解析了涂层的化学组成,发现涂层的基本结构单元为铜和酚(胺)的配位结构。随后分别通过抗菌实验、DPPH自由基清除检测、巨噬细胞种植、半体内实验等证明了该涂层具有抗菌,抗炎以及抗凝的功能,细胞毒性和体内动物实验的结果也在一定程度上说明了涂层具有生物安全性,可以用于体内外血液接触材料的表面改性。在论证了金属-酚(胺)化学作为血液接触材料的可行性后,灵感于贻贝粘附蛋白,本文在金属-酚(胺)体系中引入另外一种NO催化单元,即硒代胱胺。利用双端胺基的硒代胱胺和多巴通过共价结合形成稳定的酚胺网络结构,然后通过铜离子作为交联剂将上述酚胺网络配位交联,最终形成稳定可控的NO催化涂层。实验结果显示,涂层的NO催化能力可以通过控制涂层制备时的Cu~(2+)投料浓度来控制,而对涂层进行了最长60天的PBS(含供体GSNO/GSH 10μM)浸泡后,涂层的NO催化能力仍有44%的保持,说明该涂层是一种可控稳定的NO催化涂层。60天的支架植入结果显示,相较于316L不锈钢支架,改性后支架可以显著抑制内膜增生,是一种适用于血管支架表面改性的NO催化策略。为了加速血管支架内皮化,本论文利用金属-酚(胺)涂层表面的酚羟基接枝了REDV-SH。REDV是一种特异性促进内皮细胞黏附的短肽,它的引入赋予了支架特异性黏附内皮细胞的能力。在内皮细胞和平滑肌细胞的竞争性黏附中,具有NO@REDV双功能的涂层展现出了特异性黏附内皮细胞同时抑制平滑肌细胞的能力。7天的支架植入实验证明,该涂层可以有效促进支架表面内皮化,30天的动物实验结果显示,该涂层在促进内皮细胞黏附的同时能有效地抑制内膜增生。为血管支架双功能表面修饰提供了新的思路。综上,基于不同的临床要求,本研究利用金属-酚(胺)化学构建了三种NO催化涂层,三种涂层在设计理念上呈现了结构和功能上的递进关系。体内外材料和生物学实验从不同角度探讨了三种涂层的结构和功能。多功能铜-酚(胺)涂层的构建为临床短期血液接触材料设计提供了思路;贻贝灵感NO催化涂层的构建,以结构单元实现催化效果,为NO理疗气体催化提供了新的灵感;NO@REDV双功能构建有效利用了金属-酚(胺)涂层的两个结构单元,为血管支架双功能表面修饰提供了新的思路。这些研究证明了金属-酚(胺)化学是一种有效的血液接触类材料改性策略,也为设计新一代NO催化策略血管支架提供了新的思路和技术支撑。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.1;TG174.4;R54
【图文】：

结构示意图,平滑肌细胞,脂质,中膜

病变过程中（图1-1），血液中的白细胞首先黏附到激活的内皮细胞表面，随后白细胞迁移到内皮细胞下层即中膜层，此时的单核细胞分化为巨噬细胞，并通过吞噬脂质形成泡沫细胞。随着病灶的演化，平滑肌细胞逐渐由中膜层迁移到内膜层。同时随着内皮细胞功能的逐渐紊乱，平滑肌细胞也呈现出过度增生的状态，同时其表面分泌大量如胶原、弹性蛋白和蛋白聚糖等细胞外基质。斑块形成过程中，内核部分的平滑肌细胞和巨噬细胞会逐渐死亡并流出内容物，同时在斑块的中心残留大量细胞外脂质和胆固醇结晶，这些

示意图,冠状动脉病,血管支架,部位

以在在血管的狭窄部分扩张并植入，起到对病变狭窄血管起到持续的支撑作用，以维持血管的通畅，进而治疗因动脉血管狭窄而引起的病症。目前，支架植入术已成为CVD微创治疗最重要的手段之一，并成为最常见的经皮冠状动脉介入治疗（图1-2）。在几十年的发展过程中，随着研究者们对支架，血液以及血管之间相互作用的理解越来越深入，数代支架已经相继问世并广泛应用于临床。第一代支架是以惰性裸金属为材料研制而成的裸金属支架（BMS），尽管有许多报道表明植入BMS后支架内再狭窄（ISR）

支架,相互关系,血管,表面改性

图 1-3 四种主要支架之间的相互关系面内皮化的表面改性述，再内皮化对支架的植入成功起到至关重要的作用。作，内皮细胞可以通过分泌如肝素，NO等抗凝血分子来构成的内皮细胞具有以下功能：1）调节血液和组织之间的分子维持血管畅通; 3）维持血管稳态和修复; 4）在血管生成和; 5）维持血管张力和调节血流以维护整个脉管系统稳态。集、增殖、迁移和功能正常化对于快速的血管愈合和完全皮细胞黏附的表面改性

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