使用静电纺丝与球囊可扩张裸金属支架制备小口径支架移植物

摘要

在本方案中，我们介绍了一种通过将球囊可扩张支架夹在两层电纺纳米纤维聚氨酯之间来制备小口径支架移植物的方法。

摘要

支架移植物广泛用于治疗多种疾病，如主动脉病变、动脉瘤、冠状动脉介入手术引起的栓塞以及血管穿孔。这类支架移植物通常通过在支架表面覆盖聚合物膜制备而成。理想的支架移植物应具备生物相容性支架，并由具有多孔性、抗血栓性及生物相容性的聚合物膜包覆，该膜可模拟细胞外基质，从而促进损伤部位的愈合。本实验方案的目标是通过在球囊可扩张支架外部包覆两层静电纺丝聚氨酯纳米纤维，制备小口径支架移植物。研究表明，静电纺丝聚氨酯能够模拟天然细胞外基质，促进内皮化，从而有助于组织修复。在缓慢旋转的芯模上进行聚氨酯纳米纤维的静电纺丝，使我们能够精确控制纳米纤维膜的厚度，这对于获得小口径球囊可扩张支架移植物至关重要。通过对支架移植物进行压握和扩张的机械性能验证表明，该纳米纤维聚氨酯膜具有足够的柔韧性，可在保持通畅的同时完成压握与扩张，且无撕裂或分层迹象。此外，采用本方案所述方法制备的支架移植物可使用标准尺寸的引导导管，通过冠状动脉介入手术进行植入。

引言

冠状动脉介入手术由于斑块和血管壁的破坏，会导致显著的血管壁损伤。这可能引发再狭窄、静脉移植物远端栓塞以及冠状动脉管腔不连续^1-4。为避免这些并发症，一种有前景的策略是在血管成形术部位覆盖血管表面，从而潜在地抑制再狭窄、减轻管腔不连续带来的风险，并防止远端栓塞。以往的研究已将裸金属支架与支架移植物进行比较，结果显示支架移植物具有更优的疗效⁵。研究人员已采用多种材料制造用于覆盖支架的膜，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）和硅胶等合成材料，以及自体血管组织来制造覆膜支架^6-9。用于覆盖支架的理想移植物材料应具备抗血栓性、不可生物降解性，并能在无过度增殖和炎症反应的情况下与宿主组织整合¹⁰。此外，用于覆盖支架的移植物材料还应促进支架移植物的愈合过程。

支架移植物广泛用于治疗主动脉缩窄、颈动脉假性动脉瘤、动静脉瘘、退化的静脉移植物以及大型至巨大颅内动脉瘤。然而，小口径支架移植物的发展受限于其保持低剖面和高柔韧性的能力，而低剖面和高柔性有助于支架移植物的输送与释放^11-14。聚氨酯（PU）是一种具有优良机械强度的弹性聚合物，这一特性有利于实现低剖面和良好的柔韧性^15,16。除了良好的输送性能外，支架移植物还应促进快速愈合和内皮化。研究表明，聚氨酯覆膜支架移植物具有更优的生物相容性，并可增强内皮化过程¹⁷

方案

1. 在心轴收集器上进行聚氨酯的静电纺丝

1. 准备静电纺丝用芯轴
   1. 在烘箱中，将约 8 ml 生物相容性、食品级、水溶性支撑材料置于量筒（直径约 9 mm，深度约 110 mm）内，于 155 °C 加热熔化。
   2. 将直径3 mm、长100 mm的不锈钢芯轴浸入，以在芯轴表面获得一层支撑材料涂层。浸入前，将芯轴置于155 °C的烘箱中加热约15分钟，以提高芯轴表面温度，有助于熔融的支撑材料润湿表面。
   3. 让浸入的芯轴冷却至约 140 °C，同时熔融的支撑材料固化，在芯轴表面形成均匀的薄层。冷却过程中，将芯轴垂直悬挂，使重力作用下多余的支撑材料滴落。该涂层有助于将制备完成的支架移植物从芯轴上轻松取下。
2. 静电纺丝系统心轴收集器的设置（如图1所示）
   1. 将实验室混合器水平放置，并在通风橱内将其另一端连接一根塑料杆，用于固定不锈钢搅拌棒。
   2. 通过将芯轴末端浸入水中，溶解芯轴尖端的支撑材料，以适配芯轴末端的塑料支撑杆。在芯轴的自由端支撑住塑料支撑杆，以协助芯轴收集器均匀旋转。
   3. 使用塑料支撑杆上的紧定螺钉固定不锈钢芯轴，以防止在电纺丝过程中发生滑动。
   4. 通过将U形接地线连接到不锈钢芯轴上，使芯轴收集器接地。使用橡胶O形圈将接地线固定在芯轴的两侧。
   ....

结果

我们的静电纺丝装置（图1）已成功制备出高质量的聚氨酯纳米纤维（图2）。支架移植物通过以下步骤制备：首先在芯模上静电纺丝一层内层聚氨酯，然后将裸金属支架套在该层上，再静电纺丝第二层外层聚氨酯（图3）。聚氨酯纳米纤维的纺丝速率为50 µm/hr，最终在支架移植物上形成厚度为100 µm的内层和150 µm的外层。采用本方案进行静电纺丝可获得均匀的纳米纤维聚氨酯层（图4）。对所制备的小口径支架移植物进行压握和扩张测试，结果表明，这些器械可使用标准三折球囊顺利输送，且无非均匀压握或材料失效迹象（图5）。

讨论

我们开发了一种小口径支架移植物的制备技术，该支架移植物可通过标准经皮冠状动脉介入（PCI）手术进行植入。目前可用的支架移植物在保持低剖面和植入灵活性方面存在局限性。我们课题组在先前研究中开发的金属裸支架已被证实有助于支架植入动脉的快速愈合^24,26。其他研究团队已采用多种聚合物进行静电纺丝，其中聚氨酯已被证实具有良好的生物稳定性和生物相容性。此外，聚氨酯还具有极低的细菌黏附性^13,28。

在本研究所述的方案中，我们开发了一种植入式支架移植物，其结构为将球囊可扩张支架夹在两层静电纺丝聚氨酯之间，并进一步对这些支架移植物进行了压握和扩张性能测试。首先，我们制备了一种不锈钢支架，该支架可采用标准经皮冠状动脉介入（PCI）技术进行压握和扩张。其次，我们建立了一种静电纺丝技术，能够在旋转芯模收集器上生成高质量的聚氨酯纳米纤维。最后，我们开发了一种工艺，可将支架稳定夹在两层静电纺丝聚氨酯之间，且不发生分层。最终装置可在标准3 mm三折球囊上实现压握与扩张。我们使用标准的8或9 French导引导管，将1至2个此类支架移植物植入12头猪体内（共植入22.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
玻璃注射器	Air Tite	7.140-33	用于喷丝头的注射器
5 ml 量筒	Fisher Scientific	08-552-4G	5 ml 耐热玻璃量筒，直径约 9 mm，长 11 cm
高压电源	Bertan Accociates, Inc.	205A-30P	用于在喷丝头和收集器之间施加电压差
带转速控制的实验室搅拌器	Scilogex	SCI-84010201	可从各种实验室设备供应商处获得
聚氨酯	DSM	BioSpan SPU	生物弹性体嵌段聚氨酯
橡胶垫片	McMaster Carr	1370N11	用于静电纺丝过程中绝缘注射器
不锈钢芯轴	N/A	N/A	自制
不锈钢针头	Hamilton	91018	用作静电纺丝中的喷丝头
支撑材料	EnvisionTec	B04-HT-DEMOMAT	生物相容性水溶性材料
注射泵	Harvard Apparatus	55-3333