CN107007887A - 一种交联人工生物瓣膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种交联人工生物瓣膜及其制备方法，所述制备方法包括步骤：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定，得到交联人工生物瓣膜；其中，所述特定化学官能团为羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基。本发明所述交联人工生物瓣膜的制备方法，能够增强瓣膜的理化性能和生物相容性，提高瓣膜的使用寿命，同时使瓣膜在干燥的状态下仍然能够保持柔韧的性质，从而降低了瓣膜的生产、运输成本，简化了瓣膜的使用流程。

Description

一种交联人工生物瓣膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种交联人工生物瓣膜及其制备方法。
背景技术
随着经济发展和人口老龄化，老年型钙化性主动脉瓣疾病(CAVD)的发病率呈现上升趋势，成为仅次于冠心病和高血压的心血管疾病。我国一项回顾性非随机研究分析提示50岁以上的中老年患者主动脉瓣钙化(AVC)的发病率达49.38％。随着人口的老龄化，钙化性主动脉瓣狭窄(CAS)的发病率增加，即将成为我国瓣膜病的首要病因。
使用人工瓣膜进行主动脉瓣植换(AVR)是处理各种类型的主动脉瓣病变的金标准。经导管主动脉生物瓣置入(TAVR，或称TAVI)术在世界范围内的应用趋势日益增多。这可能是因为与传统外科AVR的高风险相比，该技术有减少死亡率和发病率的潜力。经导管主动脉瓣膜植入术作为一种创伤较小，风险较低的治疗方法给重度主动脉瓣狭窄患者，特别是不能开胸手术的患者，带来了新的希望。随着介入人工心脏生物瓣的广泛使用，如何提高其使用寿命，降低生物瓣膜的衰坏是我们面临的重要难题。
现有生物瓣膜基本上都是采用单独的戊二醛溶液进行交联，在一定条件下达到使用范围的力学性能和耐久性，并拥有良好的生物相容性，然后将生物瓣膜缝制于一种记忆金属支架上，随后保存在一定浓度戊二醛保存液中。在进行心脏瓣膜置换手术之前，要将瓣膜运输至医院手术室，对瓣膜进行清洗，随后通过输送器装置将瓣膜输送至病人心脏中。在上述瓣膜的制作、缝制、运输和使用过程中，瓣膜必须保存在特定的保存液中并保证瓣膜是湿的状态。
国内外现有的交联后的生物瓣膜在制作、缝制、运输和使用过程中，必须保存在特定的保存液中并保证瓣膜是湿的状态，使得瓣膜在制备过程中需要额外的条件以至于制备过程繁琐，在运输过程中必须瓣膜与输送器分开，瓣膜需术前装载、装载时须清洗掉瓣膜上残留的保存液，易损失引起钙化而失活和增加感染细菌的风险，同时限制其临床应用推广。增加了生物瓣膜保存、运输以及使用的成本。而且生物瓣膜经过戊二醛交联后，瓣膜上常常会残留未配对的来自戊二醛的醛基和瓣膜蛋白质组织上的羧基，醛基和羧基易与钙离子结合，导致生物瓣中存在钙化位点，这是引起生物瓣钙化的一个重要原因。同时因湿膜装载，瓣膜压缩尺寸无法进一步减小，减小了病人适应范围，限制瓣膜置入路径，增加了血管并发症。
随着TAVR临床经验的逐渐积累，其并发症逐渐减少，适应证有逐渐向更年轻的患者、中低危患者扩展的趋势。目前所有商业化的经导管主动脉瓣膜在应用过程中，潜在问题逐渐凸显，主要包括如下：
1.瓣膜耐久性不够，无法满足瓣膜病人年轻化趋势；
2.瓣膜压缩尺寸无法进一步减小，减小了病人适应范围，限制瓣膜置入路径，增加了血管并发症；
3.瓣膜需术前装载、易钙化而失活、耐久性差和制造储运条件苛刻等缺陷限制其临床应用推广；
4.现有的人工生物瓣的生物相容性仍然不足；人工生物瓣的生物相容性是影响瓣膜使用寿命的一个重要原因，消除瓣膜的免疫原性能够增强宿主内皮细胞爬覆功能，降低瓣周漏发生机率。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种交联人工生物瓣膜及其制备方法，旨在解决现有的人工生物瓣膜耐久性不够，瓣膜压缩尺寸无法进一步减小，瓣膜需术前装载，易钙化而失活，制造储运条件苛刻以及生物相容性差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种交联人工生物瓣膜的制备方法，包括步骤：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定，得到交联人工生物瓣膜；其中，所述特定化学官能团为羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，所述含特定化学官能团的聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚二元醇、甲壳素、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚氨酯、聚硅氧烷中的至少一种。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，所述戊二醛的浓度为0.1％～5％。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，所述含特定化学官能团的聚合物的浓度为10％～50％。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，交联固定的温度为25～45℃。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，交联固定的时间为1～7天。
所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其中，所述制备方法还包括：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和所述含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定后，取出在5～45℃下完全干燥。
一种交联人工生物瓣膜，其采用以上任一项所述的制备方法制成。
有益效果：本发明所述交联人工生物瓣膜的制备方法，能够增强瓣膜的理化性能和生物相容性，提高瓣膜的使用寿命，同时使瓣膜在干燥的状态下仍然能够保持柔韧的性质，从而降低了瓣膜的生产、运输成本，简化了瓣膜的使用流程。
附图说明
图1为本发明瓣膜与交联剂及所述含特定化学官能团的聚合物发生化学反应的方程式示意图(图中聚合物上的R基团表示羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基)。
具体实施方式
本发明提供一种交联人工生物瓣膜及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明创造性的将人工生物瓣膜(简称瓣膜)通过戊二醛和含特定化学官能团的聚合物混合溶液进行交联，混合溶液中所含化学官能团与瓣膜中的基团发生化学反应，瓣膜在与戊二醛发生交联的同时，也能够与聚合物中的羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基等特定化学官能团产生稳定的化学共价键，改进了瓣膜的柔顺化性能，使瓣膜在干燥状态下依然能保持良好的理化性能，解决了预装瓣的材料限制问题。
需要说明的是，本发明所述人工生物瓣膜包括但不限于猪心包瓣膜、牛心包瓣膜等动物心包瓣膜。
本发明较佳实施例的交联人工生物瓣膜的制备方法，包括步骤：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定，得到交联人工生物瓣膜；其中，所述特定化学官能团为羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基。
优选的，本发明较佳实施例中，所述制备方法还可以包括：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和所述含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定后，取出在5～45℃下完全干燥。
也即是说，本实施例中，所述交联人工生物瓣膜的制备方法可以包括两步：1.生物瓣膜的交联；2.低温干燥。本发明将经过以上所述混合溶液处理后的瓣膜取出，在低温状态下干燥，得到的完全干燥后的交联人工生物瓣膜，仍然具有良好的柔韧性和力学性能。
本发明所述戊二醛和含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液，是将戊二醛和所述含特定化学官能团的聚合物共混，成为一种新的交联剂配方，经该配方交联后的瓣膜可以进行干燥处理，且瓣膜干燥后依然是柔润的；而传统的交联瓣膜干燥后会变脆，导致无法使用。
当所述特定化学官能团为羟基时，以猪心包瓣膜为例，未交联时的猪心包膜为胶原蛋白，含有大量氨基和羧基，经过戊二醛和含特定化学官能团的聚合物共混溶液的交联，氨基与醛基，羧基与羟基反应，形成共价键，这样形成的瓣膜具有更好的柔韧性，同时在干燥状态下依然能够保持。
进一步的，在本实施例中，所述含特定化学官能团的聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚二元醇、甲壳素、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚氨酯、聚硅氧烷中的至少一种。本发明所述含特定化学官能团的聚合物溶液是对人体无毒无害的液体，并且是优良的增韧剂。
在本实施例中，当所述特定化学官能团为羟基时，所述含特定化学官能团的聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚二元醇或甲壳素；当所述特定化学官能团为羧基时，所述含特定化学官能团的聚合物为聚羟基乙酸或聚乳酸；当所述特定化学官能团为异氰酸酯基时，所述含特定化学官能团的聚合物为聚氨酯；当所述特定化学官能团为硅氧烷基时，所述含特定化学官能团的聚合物为聚硅氧烷。
本发明采用具有增韧效果的含特定化学官能团的聚合物，能够通过化学共价键与瓣膜表面结合，使瓣膜也具备很好的柔韧性，使瓣膜能够在干燥条件下仍然保持优良的柔韧性，从而使本发明交联方法能够应用到干燥瓣膜的制备，实现瓣膜的干燥保存。
本发明的交联固定方法，将具有柔顺作用的含特定化学官能团的聚合物通过化学共价键与瓣膜相结合，使这种聚合物覆盖在瓣膜表面，将聚合物的柔韧性赋予瓣膜，同时含特定化学官能团的聚合物也有一部分接到了瓣膜的组织内部，从而进一步增强了增韧效果。
本发明采用人工生物瓣膜经戊二醛和含羟基聚合物混合溶液进行交联。溶液中的戊二醛和含特定化学官能团的聚合物通过化学共价键与瓣膜表面结合，使瓣膜具备良好物理与化学性能的同时也具备很好的柔韧性，并且能够在干燥条件下仍然保持优良的柔韧性，实现瓣膜的干燥保存。同时该方法降低瓣膜材料厚度并具备褶皱自平复功能，组织去活化，降低了材料的免疫原性，增强了宿主内皮细胞爬覆能力，减少远期的瓣周漏的发生率，增加了生物瓣膜的使用寿命。
如图1所示，图1示出了本发明人工生物瓣膜与交联剂及所述含特定化学官能团的聚合物发生化学反应的方程式。在本发明中，戊二醛通过醛基与瓣膜中的氨基发生交联反应，增强瓣膜的物理与化学性能；所述含特定化学官能团的聚合物通过末端的特定化学官能团与瓣膜中的氨基或羟基进行化学反应，在交联作用的同时使瓣膜表面覆盖一层聚合物。聚合物的分子量较大，则单个聚合物分子在瓣膜表面覆盖的范围也较大，因此所述含特定化学官能团的聚合物很容易将自身的化学物理性能赋予人工生物瓣膜。
更具体的，如图1所示，戊二醛通过醛基与瓣膜中的氨基发生交联反应；聚合物通过末端羟基与瓣膜中羧基进行化学反应，或末端羧基与瓣膜中氨基或羟基进行化学反应，或末端异氰酸酯基与瓣膜中氨基或羟基发生反应，或末端硅氧烷基与瓣膜中氨基进行反应，在交联作用的同时使瓣膜表面覆盖一层聚合物。
进一步的，在本实施例中，所述戊二醛的浓度为0.1％～5％。例如所述戊二醛的浓度可以为0.1％、1％、2％、3％、4％或5％。
进一步的，在本实施例中，所述含特定化学官能团的聚合物的浓度为10％～50％。例如，所述含特定化学官能团的聚合物的浓度可以为10％、20％、30％、40％或50％。
进一步的，在本实施例中，交联固定的温度为25～45℃。例如，交联固定的温度可以为25℃、30℃、35℃、40℃或45℃。
进一步的，在本实施例中，交联固定的时间为1～7天。例如，交联固定的时间可以为1天、2天、3天、4天或5天。
具体实施时，本发明人工生物瓣膜的交联步骤可以为：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含特定化学官能团的聚合物混合溶液中进行交联，其中戊二醛浓度为0.1％～5％，含特定化学官能团的聚合物浓度为10％～50％，交联时间为1天～7天，同时控制温度为25～45℃，并保证瓣膜平整展开。
本发明还提供了一种交联人工生物瓣膜，其采用以上所述的交联人工生物瓣膜的制备方法制成。
通过采用本发明所述交联人工生物瓣膜的制备方法，使瓣叶更薄，更牢固，更耐久，生物相容性更好，性状更稳定。瓣叶厚度的减小使得瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，而且该方法可以应用到干燥瓣膜的制备，实现了瓣膜可预装至输送***内出厂，随时可用，无需术前安装，缩短了手术时间，降低了患者术中等待瓣膜植入期间造成的死亡风险。用该方法交联的瓣膜，无需放置于含有戊二醛的储存液中保存的可预装***，彻底解决了瓣膜耐久性问题，提高了瓣膜的生物相容性，降低了免疫原风险引起的心内膜炎发生概率，增强了宿主内皮细胞爬覆功能，降低了瓣周漏发生概率。
下面以具体实施例对本发明做详细说明：
实施例1
将猪心包瓣膜在45℃温度下，5％的戊二醛和10％的聚乙二醇、20％的聚乙烯醇混合溶液中交联浸泡2天，取出在45℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例2
将猪心包瓣膜在40℃温度下，4％的戊二醛和20％的聚醚二元醇混合溶液中交联浸泡5天，取出在35℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例3
将猪心包瓣膜在35℃温度下，3％的戊二醛和30％的甲壳素混合溶液中交联浸泡3天，取出在35℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例4
将猪心包瓣膜在30℃温度下，2％的戊二醛和10％的聚羟基乙酸、20％的聚乳酸混合溶液中交联浸泡1天，取出在25℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例5
将猪心包瓣膜在35℃温度下，1％的戊二醛和40％的聚氨酯混合溶液中交联浸泡1天，取出在25℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例6
将猪心包瓣膜在25℃温度下，0.1％的戊二醛和50％的聚硅氧烷混合溶液中交联浸泡1天，取出在5℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例7
将猪心包瓣膜在25℃温度下，0.1％的戊二醛和10％的聚硅氧烷混合溶液中交联浸泡1天，取出在5℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
实施例8
将猪心包瓣膜在25℃温度下，0.1％的戊二醛和10％聚乙二醇混合溶液中交联浸泡7天，取出在5℃下完全干燥后，得到交联人工生物瓣膜；经检测发现，本实施例制备的交联人工生物瓣膜干燥后依然保持着优良的柔韧性，瓣膜压缩后的外形尺寸降低80％，且生物相容性良好，性状稳定。
综上所述，本发明提供了一种人工生物瓣膜及其制备方法，所述制备方法包括步骤：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含特定化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定，得到交联人工生物瓣膜；其中，所述特定化学官能团为羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基。本发明所述交联人工生物瓣膜的制备方法，能够增强瓣膜的理化性能和生物相容性，提高瓣膜的使用寿命，同时使瓣膜在干燥的状态下仍然能够保持柔韧的性质，从而降低了瓣膜的生产、运输成本，简化了瓣膜的使用流程。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和含化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定，得到交联人工生物瓣膜；其中，所述化学官能团为羟基、羧基、异氰酸酯基或硅氧烷基中的一种或至少一种。
2.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，所述含化学官能团的聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚二元醇、甲壳素、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚氨酯、聚硅氧烷中的一种或至少一种。
3.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，所述戊二醛的浓度为0.1％～5％。
4.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，所述含化学官能团的聚合物的浓度为10％～50％。
5.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，交联固定的温度为25～45℃。
6.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，交联固定的时间为1～7天。
7.根据权利要求1所述的交联人工生物瓣膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将人工生物瓣膜浸入戊二醛和所述含化学官能团的聚合物组成的混合溶液中，进行交联固定后，取出在5～45℃下完全干燥。
8.一种交联人工生物瓣膜，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法制成。
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