3D打印生物可吸收血管支架促进血管重塑

                    栏目:学术论文 发布时间:2022-01-10

                    导读

                           生物可吸收血管支架(BRS)作为治疗动脉粥样硬化的新一代血管植入物,被设计为一种临时支架,随着时间的推移会被血管吸收。目前, BRS降解时血管的生物学和力学反应的数据尚不充分。因此,有必要对其降解的拐点、血管的生理反应过程进行研究。本研究中将3D打印聚左旋乳酸血管支架(PLS) 植入大鼠腹主动脉。PLS植入主动脉后经历了两个不同的生物反应过程:(1)在植入1个月后,PLS表面覆盖了具有良好屏障功能的新生内膜,并伴有PLS缓慢降解、血管炎症和血管内膜增生;(2)在植入6个月后PLS出现明显降解,血管炎症反应减轻,内膜增生减少,细胞外基质成分恢复到正常血管成分,表现为正性重构。这些动物体内试验结果表明,6个月是一个关键的转折点。这种两阶段降解和血管功能恢复的提出,阐明了PLS对血管修复的促进作用,并证明了PLS在促进内皮功能和血管正性重塑方面的潜力,突显了采用PLS的益处,并为未来的研究提供了一些启示。

                    动脉粥样硬化(AS)是威胁人类健康的主要心血管疾病。目前,植入药物洗脱支架(DES)通过扩张因动脉粥样硬化病变而变窄的动脉管腔是最有效的治疗方法。然而,DES植入有几个缺点,包括出现晚期支架内血栓,新生动脉粥样硬化,以及由于上述支架作为永久性异物的引入而引起的长期局部炎症反应。为了克服这些缺陷,生物可吸收支架(BRS)已经被开发出来并应用于临床治疗。

                    目前,用聚左旋乳酸(PLLA)制备的BRS支架在临床前动物研究以及一些短期和中期临床试验中均显示出良好的效果。这些研究表明,生物可吸收血管支架与药物洗脱金属支架具有相似的治疗效果,且不会在2-5年内出现不良反应。一些动物研究和临床试验已经检测了血管对BRS降解的反应。但是,支架降解的精确时间点仍未确定。因此,研究血管变化随支架生物降解的时间进程是非常重要的。

                    重庆大学生物工程学院血管植入物开发国家地方联合工程实验室的王贵学教授和尹铁英副教授团队联合北京安贞医院及北京阿迈特医疗器械有限公司,对不载药的3D打印聚左旋乳酸血管支架(PLS)在植入后的降解行为进行详细研究,如图1。本研究将PLS植入SD (Sprague Dawley)大鼠腹主动脉,评估植入后不同时间内的血管内皮功能,同时检测腹主动脉血管重构。3D打印PLS植入SD大鼠腹主动脉后新生内膜再内皮化的屏障功能迅速恢复。新生内皮在1个月时即表现出良好的屏障功能,显著高于对照裸金属支架(BMS)。免疫荧光染色也提示血管内膜紧密连接蛋白在3D打印PLS植入后表达量逐渐上调,意味着以内膜屏障功能为代表的血管内膜功能逐渐恢复。相关研究结果以论文形式(Two-stage degradation and novel functional endothelium characteristics of a 3-D printed bioresorbable scaffold 10 (2022):378–396)发表在国际著名学术期刊Bioactive Materials上(影响因子14.593)。

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                    1. 在可降解支架植入后的指定时间点应用的实验和相应时间点的重要事件

                     

                    在PLS植入SD大鼠腹主动脉1周后,发现约20%的PLLA支架杆被新生内膜覆盖。此外,植入后1个月和3个月,新生内膜覆盖率分别增加到约80%和100%。1个月、6个月和12个月后,发现内皮细胞(ECs)通常沿着血流方向呈“鹅卵石状”。此外,PLS植入物覆盖近端和远端节段的内皮细胞比BMS植入物更有序,表明内皮功能逐渐恢复。这些结果表明PLS植入物可以促进新生内膜的形成和再内皮化,见图2A。

                    完整的内皮屏障保护血管内膜免受血栓形成、炎症和动脉粥样硬化的影响。支架植入1周时,伊文思蓝染色在血管内壁可见明显染色,随着时间的推移,内皮细胞从阳性转变为阴性染色,表明PLS植入后内皮屏障功能已经恢复正常。BMS中内皮细胞的伊文思蓝染色阳性率较高,表明其新生内膜屏障功能较差,其β-catenin 蛋白(内皮细胞中负责细胞粘附和细胞联接的蛋白,可反映细胞-细胞间联接的完整性)的Enface免疫荧光(小鼠单抗 VE-CAD)染色较少。这两种染色均能反映内皮细胞的屏障功能。植入1个月后,PLS支架杆周围的VE-CAD表达远高于BMS支架杆周围的VE-CAD表达。此外,研究还发现VE-CAD主要定位于动脉内皮细胞的细胞质中,而β-catenin则定位于PLS植入后的细胞膜上。PLS支架杆周围新生内膜中均可见完整的VE-CAD (红色) and β-catenin (绿色)表达,但在BMS支架杆周围的新生内膜中仅有β-catenin(绿色)表达。 进一步检测PLS植入后新生内膜中的细胞连接和血栓相关蛋白,发现相邻内皮细胞之间存在离散边界。这些结果表明,与BMS相比,PLS植入可促进内皮屏障功能的恢复,这可能确保新内膜的抗炎和抗血栓作用,见图2E,F,G。

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                    图2. PLS植入后新生内膜的再内皮化和内皮屏障功能的恢复。(A) 扫描电镜图像显示PLS和BMS植入腹主动脉后再上皮化。3个月后完成再上皮化。蓝色和绿色框分别表示支架和支架附近的近端和远端节段。黑框表示每个时间点的放大图像。红色实线圆圈表示支架杆断裂,而红色虚线圆圈表示新生内膜中鹅卵石样内皮细胞。黄色框表示无新生内膜的外露支架杆。(B) 1周和1个月时未覆盖支架杆(红色区域)。(C) C1,PLS植入后内皮覆盖的定量分析(n=3);C2,定量分析和比较PLS或BMS植入1个月、6个月和12个月后的内皮覆盖率(n=3)。(D) (E)植入PLS和BMS后1个月伊文思蓝染色、VE-CAD和β-catenin的分布和SEM(n≥ 3) ,黑色圆圈和箭头表示埃文斯蓝的沉积物。(F) 和(G),免疫荧光染色和定量分析新生内膜中细胞连接和血栓相关蛋白的荧光。

                     

                    在植入PLS或BMS后12个月时,通过光学相干断层扫描(OCT)评估植入部位近段、远段和中段腹主动脉的管腔区域。研究发现,PLS植入后血管段的管腔面积大于BMS植入后的管腔面积。

                    总之,本研究表明,BRS植入大鼠腹主动脉后的血管修复涉及两个过程,“0-6个月”(以炎症、新生内膜增生和内皮细胞屏障功能恢复为特征)和“6个月后”(以支架降解和血管正性重塑为特征),与血管损伤后的重塑过程相似。尽管血管在整个过程中经历了复杂的反应,但它们在6个月后恢复了正常状态。此外,研究结果表明,血管修复与重塑伴随着BRS的降解和内皮屏障功能恢复,并且在12个月内完成了血管正性重塑,见图3。而BMS植入后血管不能进入第二阶段重塑。

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                    3. 可降解支架降解诱导血管修复的两阶段重构过程

                    北京阿迈特公司是世界上领先的利用3D精密打印技术进行完全可吸收血管支架研发和生产的公司,公司拥有3D多轴精密打印专利技术和完全的自主知识产权。阿迈特AMsorb?冠脉支架的随机对照临床试验及阿迈特Perisorb外周支架的FIM试验均正在中国进行中。


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