鎂基血管支架材料在模擬流體動力生理環(huán)境中降解和生物應答研究.pdf

1、目前，醫(yī)療植入器械產(chǎn)業(yè)正處于從永久型植入物到可吸收再生型植入物的轉型。這些可吸收金屬材料主要有由鎂和鎂合金制成。雖然目前關于可吸收金屬材料已經(jīng)開展了大量的研究，但現(xiàn)有的美國材料與試驗協(xié)會和國際標準化組織已公布的標準不能準確的評價體外降解行為進而預估體內降解行為。發(fā)展現(xiàn)行標準的一個關鍵步驟是在試驗系統(tǒng)中明確和測試相關的微環(huán)境和參數(shù)。此外，針對于可吸收鎂基血管支架的臨床應用，需要完全理解鎂基支架的生物降解機制，同時需要建立可控降解和提高生物

2、相容性的可靠方法。
　　本研究的主要目的是為了更好地認識在模擬血管微環(huán)境中流體動力學對鎂降解的影響。我們自主開發(fā)了一系列血管的生物反應器來模擬體內/臨床條件以揭示降解機制，例如體外多流速動態(tài)實驗與計算機流體動力模擬相結合系統(tǒng)，原位瞬時電化學檢測系統(tǒng)，以及模擬血管內皮化前后階段的鎂降解行為的體外豬主動脈生物反應器模型和體內鼠動脈模型評價系統(tǒng)。
　　準確測定腐蝕類型，腐蝕速率和腐蝕產(chǎn)物對預測鎂基血管支架的使用壽命起著關鍵的作用。

3、實驗表明流體動力學，流體流速和剪切力對可吸收鎂基支架的降解/腐蝕行為起著關鍵的作用。流體剪切應力加速了質量和電子的轉移過程，導致整個腐蝕過程加劇，包括局部腐蝕、均勻腐蝕、點蝕和侵蝕。流體剪切應力提高了平均的均勻腐蝕速率、局部腐蝕的覆蓋率和腐蝕深度、以及增加了局部腐蝕區(qū)域內部腐蝕產(chǎn)物的去除率。這些結果與電化學測試的均勻腐蝕產(chǎn)物層阻抗、局部腐蝕阻抗以及極化阻抗呈現(xiàn)了一致的相關性。就鎂合金血管支架而論，在流體剪切力為0.056 Pa條件下的腐

4、蝕前后體積損失率是0 Pa條件下的兩倍。流體運動方向對腐蝕行為有明顯的影響，面對流向一側的腐蝕產(chǎn)物層易從支架筋上剝落。
　　為了認知鎂在血管重塑內皮化前后階段相關的降解行為，本文建立了一個豬主動脈生物反應器模型來研究流體對流和擴散引起的鎂的生物降解行為。結果顯示管腔表面流體的對流嚴重加劇了鎂的腐蝕，因其增加了鎂的質量轉移、流體剪切應力、脈動舒張和收縮應力。同時，本文進一步建立了體內鼠動脈模型研究，研究鎂的生物降解行為。結果顯示無論

5、是管壁還是管腔內的鎂絲的降解速率都低于體外模型鎂絲的降解速率。管壁內鎂絲的降解略快于管腔內的鎂絲，同時引起的鈣化的富集。
　　考慮到鎂基支架的腐蝕和生物相容性的控制，本文設計將表面溶蝕型的聚三亞甲基碳酸酯(PTMC)涂覆在鎂合金表面，也對它的動態(tài)降解行為、電化學腐蝕、生物相容性和組織相容性進行了研究。在動態(tài)降解實驗中，PTMC涂層有效地保護了鎂合金，減慢其腐蝕速率。經(jīng)PTMC涂層改性的鎂合金的自腐蝕電流密度分別低于參照樣未改性鎂合

6、金三個數(shù)量級和聚己內酯(PCL)改性的鎂合金一個數(shù)量級。體外靜態(tài)和動態(tài)的血液實驗表明相較于對照樣附著在PTMC涂層表面的有極少量的血小板粘附和激活，更少的紅細胞，更低的溶血率。PTMC改性的鎂合金植入到小鼠皮下16個星期后，剩余的PTMC涂層厚度約為其原始厚度的55％，且其均勻平坦的表面證明了是表面侵蝕降解行為;與之形成對比的是，PCL涂層對照組表現(xiàn)出了非均勻的體降解行為。體內試驗52周后，與對照組相比，PTMC涂層鎂合金的體積減少量更