生物可完全降解房間隔缺損封堵器的研制及動物實驗研究.pdf

1、研究背景：房間隔缺損(Atrial Septal Defect，ASD)是最常見的先天性心臟缺損之一。近年來，Amplatzer及國產(chǎn)鎳鈦合金房間隔缺損封堵器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于ASD的介入治療。由于創(chuàng)傷輕微、手術(shù)安全、近中期療效確切，對于具有適應(yīng)癥的患者已經(jīng)是首選治療方案。但并發(fā)癥的發(fā)生仍然不可忽視，包括房室傳導(dǎo)阻滯、血栓形成、瓣膜損傷、殘余分流、溶血、致心律失常、鎳過敏等，而且金屬封堵器永久存留心臟的安全性、封堵器對兒童不斷生長發(fā)育的心

2、臟的影響尚缺乏長期的隨訪資料。ASD封堵器植入體內(nèi)后，缺損周圍的組織向內(nèi)生長并完成內(nèi)皮化，封堵器的作用在于為心臟的自身修復(fù)提供一座臨時“橋梁”，其作用存在時間窗，“歷史使命”完成后，無需在體內(nèi)永久存留。因此，尋求生物可降解材料制作封堵器是廣大醫(yī)學(xué)材料專家和介入治療專家重點突破的方向，也是目前介入治療領(lǐng)域的一個熱點。
　　 目前，生物可降解材料已在臨床廣泛用于緩釋藥物載體、手術(shù)縫合線、骨折內(nèi)固定等方面，也有部分采用生物可降解材料制

3、作心臟缺損封堵器的報道(BioSTAR封堵裝置)，但這種封堵器仍保留了傳統(tǒng)封堵器的不銹鋼框架，并不能被完全降解。若能使用生物可降解材料制作ASD封堵器(包括骨架和膜性結(jié)構(gòu))，封堵器在完成“橋梁”作用后可被機(jī)體吸收，降解成對人體無害的小分子，使缺損完全由自身組織修復(fù)，將不存在留置金屬于體內(nèi)的問題，無遠(yuǎn)期并發(fā)癥之憂。
　　 為此，我們與相關(guān)廠家合作，篩選出可以制作封堵器的生物可降解材料，成功研制出生物可完全降解ASD封堵器。本實驗擬

4、對該封堵器的性能做出評價，并將其經(jīng)匹配的輸送系統(tǒng)應(yīng)用于經(jīng)導(dǎo)管制作的犬ASD動物模型，以評價其臨床應(yīng)用的可行性、安全性、可降解特性和生物相容性。整個實驗可分為兩部分，現(xiàn)概述如下：
　　 第一部分生物可完全降解ASD封堵器的研制及性能評價
　　 目的：設(shè)計和制作生物可完全降解ASD封堵器，并對封堵器的相關(guān)性能進(jìn)行評價，以獲得能經(jīng)導(dǎo)管植入體內(nèi)的生物可完全降解ASD封堵器，用于下一步經(jīng)導(dǎo)管閉合ASD模型的動物實驗。
　　

5、 方法：篩選出可降解高分子聚合材料聚對二氧環(huán)己酮(polydioxanone，PDO)絲、聚左旋乳酸(Poly-L-lactic acid，PLA)無紡布和聚乙醇酸(Polyglycolic acid，PGA)縫線，并選擇可以在X線下顯影的金屬鉭顆粒作為封堵器顯影標(biāo)志，制作生物可完全降解ASD封堵器。體外測試封堵器的壓縮變形率、彈性恢復(fù)性能、左側(cè)盤片支撐力、右側(cè)環(huán)狀襻抗拉能力。將PDO絲、PLA無紡布、鉭顆粒用PGA縫線編成ASD封堵器

6、盤片，大小與ASD封堵器左側(cè)盤片相近。將其植入SD大鼠背部脊柱一側(cè)肌肉內(nèi)，術(shù)后喂養(yǎng)，擇期處死SD大鼠，在植入部位取材，行肉眼觀察和HE染色觀察。主要觀察PDO和PLA降解情況、周圍組織炎癥反應(yīng)、毒性反應(yīng)等。將封堵器置于37℃磷酸鹽緩沖液(Phosphate buffered salin，PBS)模擬的人體內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行體外降解試驗，歷時12周，觀察封堵器外觀改變、左側(cè)盤片支撐力下降情況和質(zhì)量衰減情況。制作匹配的輸送系統(tǒng)并在犬離體心臟標(biāo)本上

7、進(jìn)行體外封堵試驗，觀察體外即刻封堵效果。
　　 結(jié)果：1.可完全降解ASD封堵器的機(jī)械力學(xué)性能：①壓縮/彈性恢復(fù)性能：可完全降解ASD封堵器可順利回收入12F和14F的負(fù)載鞘管，封堵器左房面盤片的橫徑至少可被壓縮至原始尺寸的26.67％。37℃水浴中封堵器在12F輸送鞘管中留置15分鐘后推送釋放，即刻測量左右側(cè)盤片的直徑均為原來直徑的90％以上。②尾部環(huán)形襻抗拉能力：室溫下可完全降解ASD封堵器右室面環(huán)形襻能承受的最大拉力平均值

8、為47.5±4.37N。③左側(cè)盤片支撐力：可完全降解ASD封堵器左側(cè)盤片支撐力在37℃為11.68 N，25℃為12.74N，大于同樣規(guī)格的鎳鈦合金ASD封堵器左側(cè)盤片支撐力(P＜0.05)。2.可完全降解ASD封堵器的體外降解實驗：①外觀形態(tài)變化：可完全降解ASD封堵器在37℃PBS緩沖液中浸泡4-8周，顏色逐漸變淡，結(jié)構(gòu)和形狀仍保持不變，12周時PDO絲變脆變硬，絲材表面變得粗糙。②左側(cè)盤片支撐力變化：體外降解1周后左側(cè)盤片的支撐力

9、變化不明顯，2周時支撐力比初始時增強(qiáng)(為初始支撐力的108.9％)，6周時支撐力比初始時下降，為初始支撐力的82.3％。③封堵器質(zhì)量變化：最初4周質(zhì)量下降小于1％，6周后質(zhì)量下降稍快，12周時下降至初始質(zhì)量的87.8％。3.SD大鼠體內(nèi)埋植實驗：封堵器盤片植入SD大鼠背部肌肉后1-2周，組織病理檢查可見PDO絲和PLA膜碎片周圍見大量成纖維細(xì)胞及炎癥細(xì)胞浸潤。4周時炎癥細(xì)胞顯著減少，可見較多的纖維結(jié)締組織，6-8周時周圍有較豐富的膠原纖

10、維，并見較多的多核巨細(xì)胞，12周時可見PDO絲和PLA膜部分降解，周圍新生血管形成。4.犬離體心臟封堵體外實驗：12F鞘管中推送封堵器無明顯阻力，釋放后可基本恢復(fù)為雙盤狀結(jié)構(gòu)，腰部卡在房缺口，雙盤面與房間隔貼壁良好，用水流沖擊未見封堵器移位，牽拉不易脫落。位置位于卵圓窩處，不影響冠狀竇口血流，二尖瓣、三尖瓣及右上肺靜脈瓣啟閉良好，即刻封堵效果好。
　　 結(jié)論：采用可降解高分子聚合材料制作的可完全降解ASD封堵器具有良好的壓縮/彈

11、性恢復(fù)能力，能被12-14F鞘管順利收入、輸送和釋放。封堵器具有可降解特性，并能保持至少6周的有效支撐力。
　　 第二部分經(jīng)導(dǎo)管植入生物可完全降解房間隔缺損封堵器的動物實驗
　　 目的：評價可完全降解ASD封堵器應(yīng)用于經(jīng)導(dǎo)管封堵治療犬ASD動物模型的可行性、安全性、療效、生物相容性和體內(nèi)降解特性。
　　 方法：在X線引導(dǎo)下經(jīng)靜脈途徑，通過房間隔穿刺法制作犬ASD動物模型，應(yīng)用匹配的輸送系統(tǒng)將生物可降解ASD封堵器

12、封堵ASD模型，觀察輸送系統(tǒng)的可靠性和封堵即刻的成功率、并發(fā)癥；術(shù)后隨訪半年，行心電圖、超聲心動圖、X線透視觀察封堵器的近、中期療效和并發(fā)癥。不同時間點處死2-3只動物，行肉眼、HE染色、掃描電鏡觀察封堵器表面、截面和周圍組織，觀察內(nèi)皮化、炎癥反應(yīng)的程度、PDO和PLA降解情況，并觀察有無其他臟器損傷變性、栓塞等病理改變。
　　 結(jié)果：①動物模型建立：20只犬18只建立ASD模型成功，一只因心包填塞而死亡，一直因誤穿入左室而死亡

13、。②經(jīng)導(dǎo)管植入生物可完全降解封堵器閉合犬ASD模型：使用自制的輸送系統(tǒng)18只犬中16只成功植入生物可降解封堵器，即刻成功率為88.9％，一例因為不熟練術(shù)中誤傷傳導(dǎo)系統(tǒng)致心跳減慢而放棄封堵，一例因為空氣栓塞而死亡。封堵過程中推送裝置前端與封堵器環(huán)形襻連接牢固，X線透視下鉭標(biāo)記顯影良好，無封堵器脫落。封堵器釋放后即刻超聲顯示15/16例(93.75％)無殘余分流，1/16例(6.25％)少量殘余分流，術(shù)中心電監(jiān)測可觀察到一過性的房性心動過速

14、和室性早搏，術(shù)后均自行恢復(fù)。③術(shù)后隨防觀察：一術(shù)后情況良好，無偏癱，無肉眼血尿，無行為異常。術(shù)后1周、2周、4周、8周、12周、24周隨訪心電圖未見傳導(dǎo)阻滯和心律失常。4周時經(jīng)胸超聲心動圖封堵器仍清晰可見，未見明顯二、三尖瓣反流，24周時超聲已經(jīng)不能辨認(rèn)封堵器。X線隨訪所有封堵器的四點鉭顆粒標(biāo)記均在位并展開。④大體解剖學(xué)觀察：術(shù)后2周、4周、8周、12周和24周各處死2-3條實驗犬，大體解剖肉眼觀封堵器均穩(wěn)定位于房間隔，術(shù)后2周時封堵器

15、雙側(cè)盤面的PDO絲清晰可見，表面被一層紅色半透明膜覆蓋，未見血栓及贅生物。術(shù)后4周和8周時封堵器盤面結(jié)構(gòu)完整，可見半透明白色膜完整覆蓋，少許地方呈紅色，邊緣與周圍的心內(nèi)膜融合，12周時盤面乳白色膜完整覆蓋，下方的PDO絲隱約可見，24周時封堵器盤面被致密的瓷白色膜覆蓋，封堵器已與房間隔溶為一體，PDO絲已經(jīng)不可辨認(rèn)。各個隨訪時間點大體解剖肺臟、肝臟、脾臟、腎臟未見異常。⑤病理組織學(xué)觀察：病理切片(HE染色)檢查顯示術(shù)后8周時周圍炎癥反應(yīng)

16、仍然存在，可見明顯的纖維結(jié)締組織增生，PDO及PLA無明顯降解。術(shù)后12周時封堵器周圍的炎癥反應(yīng)已基本消退，雙側(cè)盤面已被連續(xù)的扁平狀細(xì)胞覆蓋，CD34免疫組織化學(xué)染色證實為內(nèi)皮細(xì)胞，封堵器PDO絲出現(xiàn)崩解，但結(jié)構(gòu)仍保持完整，PDO絲與周圍組織分界清楚。24周時封堵器盤片PDO絲大部分已降解，被增生的纖維結(jié)締組織替代。⑥掃描電鏡觀察：術(shù)后8周封堵器表面基本完成內(nèi)皮化，為“疊瓦狀”內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋，12周時封堵器盤片內(nèi)皮細(xì)胞更加致密，呈“波浪狀

17、”覆蓋封堵器表面。
　　 結(jié)論：①生物可完全降解ASD封堵器及配套輸送系統(tǒng)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，輸送和釋放可行，能達(dá)到體內(nèi)支撐的力學(xué)強(qiáng)度；②應(yīng)用于犬ASD實驗動物模型，成功率高，無明顯并發(fā)癥，近中期療效確切；③生物相容性良好，無全身及局部毒性；④快速內(nèi)皮化。8周左右基本完成，12周內(nèi)皮化更加完全；⑤降解速率符合組織修復(fù)生長規(guī)律。在體內(nèi)8周內(nèi)降解緩慢，12周以后開始加速降解，24周時基本被自身組織代替。因此可應(yīng)用于ASD臨床試驗。