CN101361988B - 一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法 - Google Patents
一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其步骤是:A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为7-8,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;将胶原溶解于醋酸溶液,制成胶原溶液;B、浸涂:将血管支架或心脏瓣膜浸没于肝素/生长因子溶液中,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;依次重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤1-60次;最后再次进行以上肝素/生长因子浸涂步骤,即得。该方法制得的血管支架或心脏瓣膜具有良好生物相容性,制备成本低。
Description
所属技术领域
本发明涉及血管支架和心脏瓣膜材料表面的生物化改性方法。
背景技术
心血管疾病发病率呈逐年上升的趋势,动脉粥样硬化引起管腔狭窄或阻塞是造成缺血性心脏病(冠心病)的主要原因;心脏瓣膜性疾病等是由于先天性或后天性的原因造成的心脏瓣膜病变引起心脏血流障碍为主的病变。
最新研究证明,内皮细胞对于血管功能发挥非常重要:1)完整的内皮细胞层会分泌一氧化氮等分子抑制平滑肌的过度增殖,损伤的内皮细胞层分泌机制失调,导致平滑肌的过度增殖进而导致血管内狭窄的发生;2)完整的内皮细胞层会分泌抗血小板物质,抑制凝血的发生,损伤的内皮细胞层分泌机制失调,且内皮细胞层损伤部位将促进血小板的黏附,进而引起凝血的发生。由此血管支架和心脏瓣膜材料植入体内后,其表面如果能快速实现内皮细胞覆盖,将降低凝血和血管内狭窄的发生。
血管支架置入术对治疗冠心病临床效果令人满意,但支架植入后凝血问题和再狭窄问题都影响治疗的长期效果。随着对机理认识的深入,在表面涂敷有药物涂层的支架得到快速的发展,尤其是涂敷抑制细胞增殖的药物如雷帕霉素、紫杉醇的支架取得了较好的效果。但仍存在一些问题:随着药物涂层支架植入时间的延长,药物抑制平滑肌细胞的增殖(再狭窄发生的主要原因)的同时,也抑制了内皮细胞的增殖,支架表面无法形成完整的内皮细胞层,支架表面抗凝血功能差;并且最终药物释放殆尽而具有抗凝效果和抑制平滑肌细胞增殖的完整的内皮细胞层仍没有形成,此后的血管支架内发生再狭窄的可能性显著增高。
目前我国每年由于瓣膜病变严重而需要实施人造心脏瓣膜替换手术的病人,大约20万例,这些病人多数为青壮年,如不能及时手术换瓣,将对社会造成不可估量的损失。目前常用的人工心脏瓣膜分为机械瓣膜和生物瓣膜两大类。前者采用金属材料制成的,因其较好的耐久性而被大量应用,但使用机械瓣的患者术后须长期服用抗凝药物如华法令,防止血栓。生物瓣由于老化问题,可能需要在术后一定年后再次进行手术替换。如果能使机械瓣膜表面形成一层完整的内皮细胞层,将使凝血的可能性大大降低,即可以减少或不再服用抗凝药物,同时也几乎不需更换瓣膜,大大降低病人的治疗费用。
发明内容
本发明的目的就是提出一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,该方法制得的血管支架或心脏瓣膜表面具有良好生物相容性,制备成本低。
本发明实现以上发明目的,所采用的技术方案是,一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为7-8,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;将胶原溶解于0.2mol/L的醋酸溶液,制成胶原溶液;
B、浸涂:将血管支架或心脏瓣膜浸没于肝素/生长因子溶液中5-20min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液5-20min,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤1-60次;最后再次进行以上肝素/生长因子浸涂步骤,即得,制成品在低温条件下保存。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
生长因子在PH值为7-8的肝素溶液中具有良好的活性,而形成高活性的肝素/生长因子溶液,浸没于其中的支架或瓣膜将在其表面浸涂一层带负电荷的肝素/生长因子,再将其浸没于胶原溶液,由于胶原带正电荷,将通过电荷作用结合在带负电的肝素/生长因子层上,又形成一层带正电的胶原涂层。然后又在正电荷的胶原涂层上浸涂带负电的肝素/生长因子涂层,通过交替反复浸涂即可得到1个以上的肝素/生长因子和胶原双层复合结构。其优点是既使得涂层结合牢固,厚度可达到1500nm,又使得涂层复合结构同时具备抗凝血的肝素、促内皮化的胶原,还有诱导外周血中的CD34或CD133阳性细胞(干细胞的一种)向内皮细胞定向分化的生长因子,从而使得本发明制得的支架或瓣膜表面一方面同时具备优异的抗凝血和促内皮化的功能;另一方面涂层多层浸涂,功能性物质含量多,支架植入体内后能在平滑肌细胞未过度增殖前实现快速内皮化,发挥机体自身的血管调节功能,有效抑制凝血和再狭窄的发生;瓣膜植入体内后表面则能快速内皮化,保证长期抗凝血功能的实现。实验证实,本发明改性后的瓣膜表面肝素以1-3μg/(cm2×天)平稳释放,3个月后表面仍然含有肝素。总之,本发明改性后的支架和瓣膜表面具有优异的生物相容性。
上述的胶原溶液的浓度为0.5-5mg/ml,肝素溶液的肝素浓度为0.5-25mg/ml,肝素溶液中的内皮细胞生长因子浓度为5-50ng/ml。这样的浓度范围,其浸涂效果好,各物质结合量适中、结合牢固。
上述B步的浸涂中最后2次肝素/生长因子浸涂操作,所使用的肝素溶液还添加CD34抗体或CD133抗体,CD34抗体或CD133抗体的加入量与肝素溶液的体积比为1∶20-1∶200。
由于血液中的CD34或CD133抗体阳性细胞具有分化成内皮细胞的潜力而且增殖活性远高于内皮细胞(属于终末分化细胞),有效促进血管内皮层损伤后的修复。因此本专利在肝素溶液中添加选定量的CD34抗体或CD133抗体,使CD34抗体或CD133抗体结合在血管支架或心脏瓣膜的表面涂层中,使CD34或CD133阳性细胞更易集中在植入部位发挥作用,能进一步增强促内皮化功能。实验证明,本发明制得的血管支架或心脏瓣膜表面涂层对CD34阳性或CD133阳性细胞的黏附量增加50%-150%。
上述的血管支架或心脏瓣膜在进行B步的浸涂前,先将其浸没于60-80℃的0.5-5mol/L的强碱溶液中3-24小时进行活化;取出,去离子水超声清洗后再浸没于0.1mg/ml-10mg/ml的多聚赖氨酸溶液中,浸泡1-12小时,取出去离子水清洗,氮气吹干后,再进行B步的浸涂。
这样通过血管支架或心脏瓣膜浸涂前在强碱溶液中的活化处理实现支架或心脏瓣膜表面带有更多的负电荷,并通过吸附带大量正电荷的聚赖氨酸实现了表面所带电荷的放大,使B步的浸涂中第一次结合的带负电的肝素/生长因子的量增加5%-20%。
上述B步的浸涂在冰水浴中进行,即将盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。浸涂步骤在冰水域中进行实现了对各成分活性的保护。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明方法浸涂表面涂层(改性)后的心脏瓣膜在体外流动腔模拟血流条件下,表面黏附血小板的扫描电子显微镜照片。
图2为未改性的心脏瓣膜在体外流动腔模拟血流条件下,表面黏附血小板的扫描电子显微镜照片。
图3为本发明方法改性后的血管支架表面在体外静态条件下,表面细胞黏附的光学显微镜图片。
图4为未改性的血管支架在体外静态条件下,表面细胞黏附的光学显微镜图片。
具体实施方式
实施例1
一种具有良好生物相容性的血管支架表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为7,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;本例肝素/生长因子溶液中的肝素浓度为0.5mg/ml、内皮细胞生长因子浓度为5ng/ml。
将胶原溶解于0.2mo l/L的醋酸溶液,制成胶原溶液,胶原溶液的浓度为0.5mg/ml。
在进行以下B步的浸涂前,先将血管支架浸没于60℃的0.5mol/L的强碱溶液中3小时进行活化;取出,去离子水超声清洗后再浸没于0.1mg/ml的多聚赖氨酸溶液中,浸泡1小时,取出去离子水清洗,氮气吹干后,再进行B步的浸涂。
B、浸涂:盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。将血管支架浸没于肝素/生长因子溶液中5min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液5mi n,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子浸涂,即得,制成品在低温条件下保存。
以上B步浸涂的肝素/生长因子操作中,所使用的肝素溶液还添加有CD34抗体,CD34抗体的加入量与肝素溶液的体积比为1∶200。
实施例2
一种具有良好生物相容性的心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为8,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;肝素/生长因子溶液中的肝素浓度为25mg/ml、内皮细胞生长因子浓度为50ng/ml。
将胶原溶解于0.2mol/L的醋酸溶液,制成胶原溶液,胶原溶液的浓度为5mg/ml。
心脏瓣膜在进行以下B步的浸涂前,先将其浸没于80℃的5mol/L的强碱溶液中24小时进行活化;取出,去离子水超声清洗后再浸没于10mg/ml的多聚赖氨酸溶液中,浸泡12小时,取出去离子水清洗,氮气吹干后,再进行B步的浸涂。
B、浸涂:盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。将心脏瓣膜浸没于肝素/生长因子溶液中20min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液20min,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤60次;最后再次进行以上肝素/生长因子浸涂步骤,即得,制成品在低温条件下保存。
以上B步浸涂的最后2次肝素/生长因子浸涂操作中,所使用的肝素溶液还添加有CD133抗体,CD133抗体的加入量与肝素溶液的体积比为1∶20。
实施例3
一种具有良好生物相容性的血管支架表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为7.5,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;肝素/生长因子溶液中的肝素浓度为5mg/ml、内皮细胞生长因子浓度为10ng/ml。
将胶原溶解于0.2mol/L的醋酸溶液,制成胶原溶液,胶原溶液的浓度为1mg/ml。
血管支架在进行以下B步的浸涂前,先将其浸没于70℃的3mol/L的强碱溶液中10小时进行活化;取出,去离子水超声清洗后再浸没于2mg/ml的多聚赖氨酸溶液中,浸泡4小时,取出去离子水清洗,氮气吹干后,再进行B步的浸涂。
B、浸涂:盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。将血管支架浸没于肝素/生长因子溶液中15min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液15min,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤20次;最后再次进行以上肝素/生长因子浸涂步骤,即得,制成品在低温条件下保存。
B步浸涂的最后2次肝素/生长因子浸涂操作中,所使用的肝素溶液还添加有CD34抗体,CD34抗体的加入量与肝素溶液的体积比为1∶50。
实施例4
一种具有良好生物相容性的心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其PH值调节为7,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;肝素/生长因子溶液中的肝素浓度为15mg/ml、内皮细胞生长因子浓度为10ng/ml。
将胶原溶解于0.2mol/L的醋酸溶液,制成胶原溶液,胶原溶液的浓度为1mg/ml。
B、浸涂:盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。将心脏瓣膜浸没于肝素/生长因子溶液中15min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液15min,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤40次;最后再次进行以上肝素/生长因子浸涂步骤,即得,制成品在低温条件下保存。
以下实验结果,证明本发明方法制得的血管支架或心脏瓣膜表面具有良好生物相容性:
实验一体外流动腔模拟血流条件下心脏瓣膜表面抗凝血的能力。
心脏瓣膜放在平板流动腔中,50ml富血小板血浆灌注入流动腔***,调节流动腔内的液体流速,使剪切力大小约为1.0Pa,类似小动脉的剪切力。平板流动腔在在CO2孵箱(37℃,5%CO2)孵育4小时后取出扫描电子显微镜观察。图1为本发明改性后的心脏瓣膜表面黏附血小板的扫描电子显微镜照片,图2为未改性的心脏瓣膜表面黏附血小板的扫描电子显微镜照片。图1、图2可见本发明改性后的心脏瓣膜表面黏附血小板数量显著减少,血液相容性显著提高。血管支架进行同样的实验,其结果相同。
实验二体外静态条件下捕获内皮祖细胞,诱导材料表面内皮化实验。
图3、图4是体外静态条件下捕获内皮祖细胞的实验结果,体外细胞培养实验显示,在加入5×104cells/ml CD34阳性细胞培养1天时,图3为改性后血管支架表面细胞黏附光学显微镜图片,图4为未改性的血管支架表面细胞黏附光学显微镜图片。图3、图4可见本发明改性后的血管支架黏附的CD34阳性细胞数量显著增多,细胞相容性显著改善。心脏瓣膜进行同样的实验,其结果相同。
实验三体外流动腔模拟血流条件下改性后的血管支架或心脏瓣膜表面涂层中肝素的释放结果。
将本发明改性后的血管支架或心脏瓣膜置于体外循环装置中,加入0.9%的NaCl溶液,流速模拟体内动脉环境,保持温度为37±0.5℃,分别在1、3、5、7、9、11天换液,并取出5ml液体通过比色法定量肝素的释放保持在1-3μg/(cm2×天),并且在一个月后,表面仍然含有肝素。可见,本发明改性后的血管支架及心脏瓣膜表面涂层中的肝素具有长期缓释功能。
Claims (5)
1.一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其步骤是:
A、涂层溶液的配制将肝素溶解于去离子水,并将其pH值调节为7-8,并加入内皮细胞生长因子,制得肝素/生长因子溶液;将胶原溶解于0.2mol/L的醋酸溶液,制成胶原溶液;
B、浸涂:将血管支架或心脏瓣膜浸没于肝素/生长因子溶液中5-20min,在其表面上浸涂一层肝素/生长因子,取出后去离子水清洗、氮气吹干;再将其浸没于胶原溶液5-20min,浸涂一层胶原,取出后去离子水清洗、氮气吹干;重复以上肝素/生长因子和胶原浸涂步骤1-60次;最后再次进行以上的肝素/生长因子浸涂步骤,即得;制成品在低温条件下保存。
2.根据权利要求1所述的一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其特征在于:所述的胶原溶液的浓度为0.5-5mg/ml,肝素/生长因子溶液中的肝素浓度为0.5-25mg/ml、内皮细胞生长因子浓度为5-50ng/ml。
3.根据权利要求2所述的一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其特征在于:所述的B步浸涂的最后2次肝素/生长因子浸涂操作中,所使用的肝素溶液还添加CD34或CD133抗体溶液,该抗体溶液的加入量与肝素/生长因子溶液的体积比为1∶20-1∶200。
4.根据权利要求1所述的一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其特征在于:所述的血管支架或心脏瓣膜在进行B步的浸涂前,先将其浸没于60-80℃的0.5-5mol/L的强碱溶液中3-24小时进行活化;取出,去离子水超声清洗后再浸没于0.1mg/ml-10mg/ml的多聚赖氨酸溶液中,浸泡1-12小时,取出去离子水清洗,氮气吹干后,再进行B步的浸涂。
5.根据权利要求1所述的一种具有生物相容性的血管支架或心脏瓣膜表面涂层的制备方法,其特征在于:所述B步的浸涂在冰水浴中进行,即将盛有肝素溶液和胶原溶液的容器放置于混有冰块和水的容器中。
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Granted publication date: 20111221 Termination date: 20160912 |