验证猪小肠黏膜下层用于覆膜支架的可行性。
以Z型镍钛合金丝支架为金属支架材料，猪小肠黏膜下层为生物覆膜材料，制备生物覆膜支架。参考通过血管内动脉瘤修复术将小肠黏膜下层覆膜支架植入人体过程中以及植入后人体自身活动时对覆膜支架的力学要求，设计了支架的体外植入、体外脉动压和体外弯折实验，并根据实验后支架管腔的通畅性、覆膜有无破洞裂缝、金属支架有无断裂等指标来评价小肠黏膜下层用于覆膜支架的可行性。
除体外弯折实验中8号样品出现缝合处覆膜破裂外，其他样品均能保持覆膜完整及管腔通畅，且在体外植入实验以及体外脉动压实验中均表现出良好的回弹贴壁性能，无覆膜破裂、缝线脱落及支架断裂等危险问题发生。
小肠黏膜下层能满足覆膜支架的耐用性要求，适应覆膜支架植入、弯曲、血液脉动等工况，可作为覆膜支架的覆膜材料。
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血管内动脉瘤修复术较传统的主动脉修复手术对于腹主动脉瘤的治疗具有创伤小、死亡率和发病率低等优点[1]。覆膜支架主要由缝合线通过一定的缝合方式将覆膜材料缝合于金属支架上制成，因此覆膜和支架的材料以及支架的结构设计对覆膜支架的性能有着十分重要的影响。
目前，已有学者通过颈动脉瘤及胸腹动脉瘤的动物活体实验证实了与人工合成高分子膜材料相比，生物膜能在很大程度上减小覆膜支架植入后炎症反应严重、再狭窄、钙化等问题的发生[2,3,4,5]。同时，有研究结果表明，覆膜支架的径向支撑力直接关系到临床治疗中内漏和滑移等并发症的发生[6,7]。临床研究结果显示，支架的柔韧性对于覆膜支架植入后的耐久性也有重要影响[8]。由于腹主动脉瘤形态大、瘤壁厚、血流量大且流速较快，故对覆膜的力学性能要求更高，为此必须选取合适的生物膜及支架作为原材料，并验证其生物力学性能是否满足腹主动脉的血液动力学要求。
本研究选取猪小肠黏膜下层作为生物覆膜的原材料。猪小肠黏膜下层属于异种生物材料，经脱细胞处理后仍含有纤维粘连蛋白、糖胺聚糖和生长因子等生物活性成分。纤维粘连蛋白和糖胺聚糖在细胞与细胞、细胞与细胞外机制黏附中发挥着重要作用，小肠黏膜下层中还含有多种促进细胞增殖和组织再生的生长因子[9]。小肠黏膜下层组织已在皮肤、膀胱黏膜、骨、血管补片等的组织工程构建研究中显示出良好的生物相容性[4,10,11,12]。此外，刘生和等[13]进行了小肠黏膜的体内植入、爆破压、溶血率、细胞毒性等实验，得出小肠黏膜下层满足用作覆膜的生物相容性要求。
本课题组前期已通过有限元分析得出了Z型镍钛合金丝支架在径向支撑力、弯矩及弯折截面变形程度等方面均具有优势[14]，且镍钛合金材料能提高覆膜支架的弯曲性能、动态特性及增加径向强度，是覆膜支架的常用材料之一[15]，因此本研究选取Z型镍钛合金丝支架作为支架材料进行研究。
本研究拟以Z型镍钛合金丝支架为金属支架材料，猪小肠黏膜下层为生物覆膜材料，制备生物覆膜支架，对其进行体外实验，以验证其耐用性，并探讨猪小肠黏膜下层用于覆膜支架的可行性。通过细分生物覆膜支架的使用过程，参考覆膜支架系统注册标准YY/T 0663.1-2014《心血管植入物-血管内器械-第一部分：血管内假体》[16]以及部分国内外支架体外实验文献[17,18,19]等，设计了3项体外实验，即生物覆膜支架的体外植入、体外脉动压和体外弯折实验，以此来验证生物覆膜是否能满足覆膜支架的要求，并通过观察支架内腔是否通畅、有无内漏现象、覆膜有无破洞裂缝、金属支架有无断裂、缝线有无脱落等指标来判定生物覆膜支架样品的可用性，以此提出可行性分析。
腹主动脉瘤硅胶模型（山东潍坊如意器具厂），5 L烧杯（国药集团化学试剂有限公司）。WY600-2J电子蠕动泵（兰格恒流泵有限公司）。
取4 h内宰杀的新鲜猪空肠，采用机械剥除法成功剥离出小肠黏膜下层，再通过化学-酶处理对小肠黏膜下层进行脱细胞脱脂等处理[20]，最后冷冻干燥保存。根据设计好的Z型支架模型，对金属镍钛合金丝进行高温处理使之成型。以Z型镍钛合金丝支架为金属支架材料，猪小肠黏膜下层为生物覆膜材料，按文献[13]制备生物覆膜支架。
将腹主动脉瘤硅胶模型固定于支撑平台上，近端经硅胶软管与电子蠕动泵相连，烧杯中盛入适量纯净水，通过硅胶软管连接电子蠕动泵形成模拟血流；远端连接硅胶软管形成出水口，从而搭建起体外模拟血流循环回路。通过输送系统将生物覆膜支架复水10 min后释放于腹主动脉瘤硅胶模型内，观察覆膜支架的回弹性及其与血管模型的贴壁性。因腹主动脉的血流量参考值范围为3 000~6 000 ml/min，故通过调节电子蠕动泵的转速调整纯净水的流速为均值4 500 ml/min。在稳定运转条件下循环1 min后，使用量筒测量腹主动脉瘤模型瘤腔内渗出的液体量，经计算后渗漏量小于100 ml/（cm2·min）为合格。（图1）
根据实验标准搭建体外脉动压实验装置对生物覆膜支架进行验证。先将生物覆膜支架按1.2.2节方法植入腹主动脉瘤硅胶模型内，随后设置电磁恒温加热仪加热水箱使水温恒定于37 ℃，最后通过控制模块设置脉动次数并开启步进电机。按每分钟72次心跳计算，设置脉动次数为7.57×107次心动周期。实验完成后观察生物覆膜支架的覆膜及缝线是否存在肉眼可见的破损，用以评断支架是否符合要求。
生物覆膜支架的体外植入实验结果如表1所示，可以看出3个生物覆膜支架样品均满足植入标准，能完好地释放于腹主动脉瘤患处。图3所示为生物覆膜支架样品1完全释放后的状态，可以看出覆膜支架完全回弹，贴壁性良好。
生物覆膜支架的体外植入实验结果
生物覆膜支架的体外植入实验结果
| 支架样品编号 | 回弹性 | 贴壁性 | 平均渗透量[ml/(cm2 · min)] |
|---|---|---|---|
| 样品1 | 完全回弹 | 无弯折，贴壁性好 | 1.117 |
| 样品2 | 完全回弹 | 无弯折，贴壁性好 | 1.449 |
| 样品3 | 完全回弹 | 无弯折，贴壁性好 | 1.224 |
文献[17]显示，以聚四氟乙烯膜作为覆膜材料的覆膜支架的水渗漏量为1.344 ml/（cm2·min）。而本研究制备的生物覆膜支架的渗漏量实验结果如表2所示，3个生物覆膜支架样品的平均渗漏量为1.263 ml/（cm2·min），满足腹主动脉瘤的植入要求。
生物覆膜支架的渗漏量实验结果
生物覆膜支架的渗漏量实验结果
| 支架样品编号 | 实验编号 | 渗漏液体积(ml) | 渗漏量[ml/(cm2 · min)] | 平均渗透量[ml/(cm2 · min)] |
|---|---|---|---|---|
| 样品1 | 1 | 109.6 | 1.163 | 1.117 |
| 2 | 103.5 | 1.098 | ||
| 3 | 102.8 | 1.091 | ||
| 样品2 | 1 | 135.0 | 1.433 | 1.449 |
| 2 | 144.0 | 1.528 | ||
| 3 | 130.5 | 1.385 | ||
| 样品3 | 1 | 117.0 | 1.242 | 1.224 |
| 2 | 113.4 | 1.203 | ||
| 3 | 115.6 | 1.227 |
综上所述，本研究制备的生物覆膜支架在植入体内后均可正常回弹并贴附于血管壁上，渗透量亦满足血管内假体的植入标准。
由表3可知，3个生物覆膜支架样品在分别植入至血管壁开始贴附覆膜长入的期间内，均能满足血管支架的力学性能要求，可独自承受动脉血流带来的周期脉动作用而不发生覆膜破裂、缝线脱落及支架断裂等危险问题。
生物覆膜支架的体外脉动压实验结果
生物覆膜支架的体外脉动压实验结果
| 支架样品编号 | 覆膜状况 | 缝线及缝合口 | 支架金属丝 | 结论 |
|---|---|---|---|---|
| 样品4 | 覆膜与支架连接完好，覆膜无破裂及裂缝 | 缝合口完好，缝线无脱落 | 支架无断裂 | 符合要求 |
| 样品5 | 覆膜与支架连接完好，覆膜无破裂及裂缝 | 缝合口完好，缝线无脱落 | 支架无断裂 | 符合要求 |
| 样品6 | 覆膜与支架连接完好，覆膜无破裂及裂缝 | 缝合口完好，缝线无脱落 | 支架无断裂 | 符合要求 |
覆膜支架释放于腹主动脉瘤患处之后将形成新的血流通道，从而减小血压对动脉瘤壁的作用。在患者弯腰、侧身等日常行为活动中，覆膜支架也将随患者身体发生弯曲变形。在多次弯折过程中，覆膜及缝线有无破损、能否在支架弯折变形下保持支架管腔的通畅性将是评判覆膜支架是否符合使用要求的基本标准。
由表4可知，在生物覆膜支架的体外弯折实验（图4A）中，除样品8在实验过程中发生了微小的覆膜破损，其余样品弯曲时均管腔通畅，覆膜/缝线无明显破损，满足覆膜支架弯曲的要求。
生物覆膜支架的体外弯折实验结果
生物覆膜支架的体外弯折实验结果
| 支架样品编号 | 管腔变形 | 覆膜/缝线破损 | 结论 |
|---|---|---|---|
| 样品7 | 弯曲时管腔通畅 | 无肉眼可见破损 | 符合要求 |
| 样品8 | 弯曲时管腔通畅 | 覆膜微小破损 | 不符合要求 |
| 样品9 | 弯曲时管腔通畅 | 无肉眼可见破损 | 符合要求 |
图4B所示为生物覆膜支架样品8覆膜破损处的放大图，其破损处为覆膜缝合处与支架Z字形弯折角的接触部位。覆膜支架在弯折过程中，不可避免地会在支架与覆膜之间产生摩擦，同时弯曲部位的径向支撑力增强，使得覆膜材料与金属支架之间的应力增强，加之该部位的覆膜材料与金属支架的固定是用缝线穿透来实现的，因此该部位的韧性强度较其他部位而言有所降低，这在很大程度上会引起覆膜破损。同时，在进行覆膜支架缝制时，缝线的强度、缝合方式以及缝针在覆膜材料上穿透形成的孔径大小等也是造成覆膜破裂的潜在原因。由此可知，覆膜支架的制作工艺对覆膜支架的强度有着十分重要的影响。生物覆膜支架样品8的覆膜破裂部位与Kleinstreuer等[1]报道的覆膜支架应力分析结果中的覆膜应力集中处相吻合，并在Wanhainen等[21]的研究结果中得到了相似论证。
为验证小肠黏膜下层应用于覆膜支架的可行性及生物覆膜支架的耐用性，分别对生物覆膜支架进行了体外植入实验、体外脉动压实验和体外弯折实验。结果显示，除体外弯折实验中样品8外，其余样品均能保持覆膜完整及管腔通畅，且在体外植入实验以及体外脉动压实验中均表现良好，基本满足覆膜支架使用的力学性能要求。弯折实验中，样品8在覆膜缝合处与支架Z字形弯折角的接触部位发生了覆膜破损，这与覆膜支架的制作工艺密不可分。覆膜在保持湿润状态时具有较好的韧性，而在缝制过程中覆膜处于干燥状态，不可避免会降低小肠黏膜下层膜材料的韧性。同时，覆膜支架的缝制方式也对整体支架有着重要影响。在进行覆膜缝制时，应尽量选用小孔径缝针，以减少对覆膜材料的损伤；缝线不能过细，以避免对覆膜材料产生不可忽略的应力；在此基础上选取针孔密度合适的缝制方式，保证覆膜缝合完好的同时尽量减小缝线对覆膜造成的影响。在本研究中当缝针孔径为0.05 cm，缝线直径为0.02 cm，且针孔间距为0.30~0.40 cm时，效果较好。
综上所述，在体外实验中，以小肠黏膜下层为覆膜制作的覆膜支架具有良好的贴壁性，能在脉动的血液作用下保持完整性。因此，选择小肠黏膜下层的生物覆膜支架可满足覆膜支架在植入体内后紧密而牢固地贴附于血管壁上，在动脉瘤腔内建立新的血管腔，达到腔内隔绝的要求，并能在血液的脉动压下保持其耐用性，实现覆膜支架的长期治疗。
本研究的不足之处在于由于样品制备难度大，用于体外实验的生物覆膜支架样品数量较少，且自行搭建的体外实验平台的稳定性和精确性难以完美，故本研究结果可为生物覆膜支架的研究提供参考，但若需进一步探究生物覆膜支架的各项生物力学性能，仍需采用高精度体外实验设备进行多样本实验。
本研究通过对生物覆膜支架进行体外植入、体外脉动压和体外弯折实验，验证了具有良好生物相容性的小肠黏膜下层具备作为覆膜的力学特性，可满足覆膜支架的力学要求，使生物覆膜支架能满足人体腹主动脉的血液动力学要求，并达到覆膜支架的耐用性要求。小肠黏膜下层作为生物覆膜材料，以其优良的生物相容性而具有广阔的研究前景，同时本研究搭建的实验装置也可为其他学者探究其他生物覆膜的特性提供实验平台。
无
