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东南大学赵远锦:含微流控电纺多层涂层的仿生血管支架可预防支架内再狭窄

学术动态    2022-07-20 15:18

DOI: 10.1002/adhm.202200965

 

支架内再狭窄(ISR)严重影响了血管介入治疗的长期预后,给患者带来了巨大的医疗负担。为了有效预防ISR,研究人员一直致力于开发具有预期特征和特性的功能性血管支架。在此,本研究提出了一种含微流控静电纺丝技术制备涂层的多功能仿生血管支架。通过一种易于操作的分步喷涂法在316L不锈钢支架上形成生物相容性、载药甲基丙烯酸明胶-聚乙二醇二丙烯酸酯(GelMA-PEGDA)和聚己内酯(PCL)复合纳米纤维。得益于在制备过程中添加了聚多巴胺(PDA),载药复合纳米纤维可以很好地粘附在支架和血管壁上。此外,由于接触管腔的支架内纤维层含有肝素-血管内皮生长因子(Hep-VEGF),因而起到了抗凝作用,可促进内皮细胞(ECs)的生长,而外层与血管壁接触,缓慢释放雷帕霉素,可抑制平滑肌增殖。通过将构建的多功能仿生血管支架植入兔颈动脉,证明了其良好的抗血栓形成和支架内再狭窄效果,这表明该支架在血管介入和其他生物医学领域具有潜在的应用价值。

 

图1.支架制造过程和功能假设的示意图。(a)采用静电纺丝技术制备了双层纳米纤维膜覆盖的仿生血管支架。(b)模拟过程示意图。与裸金属支架(BMS)相比,仿生血管支架上的纳米纤维膜依次降解,分别防止急性血栓形成和长期内膜增生。

 

图2.支架表面纤维和双层结构的表征。(a)5种膜的应力-应变曲线;(b)雷达图用于评估每组膜的关键力学性能,包括杨氏模量(A)、断裂强度(B)、断裂应变(C)、韧性(D)和弹性范围(E);(c)扩张后的支架(i,ii)。支架表面复合纤维的SEM图像(i',ii',i'',ii'')。比例尺在(i,ii)中为6mm,在(i',ii')中为400μm,在(i'',ii'')中为10μm;(d)荧光显微镜显示清晰均匀的双层结构。示意图显示在i-iii中。比例尺在(i'-iii')中为1mm,在(i''-ii'')中为200μm。

 

图3.支架的血液相容性。(a)血小板粘附到SS、内层和外层的伪彩色SEM显微照片。比例尺为20μm;(b)溶血试验照片。NC=阴性对照,PC=阳性对照,SS=316L不锈钢,I-B=内空白膜,I-D=内载药膜,O-B=外空白膜,O-D=外载药膜,DIW=去离子水;(c)血小板粘附的定量分析。数据显示为平均值±SD(n=5)并通过单因素方差分析进行统计评估。*p<0.05,**p<0.01;(d)溶血率分析,均低于5%。

 

图4.支架的细胞增殖和迁移:HUASMCs(a)和HUVECs(b)的划痕试验。比例尺为20μm;HUASMCs(c)和HUVECs(d)的划痕迁移数据量化;(e)使用CCK8测定法测量细胞活力。数据显示为平均值±SD(n=3),并通过单因素方差分析进行统计评估。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

 

图5.DNS的体外药物释放。(a)纳米纤维膜第0天、第7天和第30天的降解情况(SEM)。比例尺为10μm;(b)30天内的累积药物释放率及拟合曲线;(c)24小时内的累积药物释放率,大致符合一般曲线。

 

图6.支架植入后的内皮修复和再狭窄。(a)通过SEM观察1个月和3个月的内皮覆盖情况:(i-vi)血管壁内侧,显示支架轮廓;(i'-vi')椭圆形和长梭形内皮细胞。(i-vi)中的比例尺为400μm,(i'-vi')中的比例尺为20μm;(b)每组的硬组织切片(H-E染色)。(i-vi)中的比例尺为1mm,(i'-vi')中的比例尺为300μm。(c)内膜与中膜比(I/M比)、新内膜面积和面积狭窄的定量分析。数据显示为平均值±SD(n=3),并通过单因素方差分析进行统计评估。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。