一種由微米纖維構成的具有大孔結構的人工血管及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種由微米纖維構成的具有大孔結構的人工血管及其制備方法與應用，是通過紡絲過程中針對性調控加工參數(提高溶液濃度和流速等)獲得具有大孔結構的人工血管。該人工血管具有良好力學性能和生物相容性，可以用于修復替代病損的天然血管。其具有的大孔結構有利于細胞向材料內部的遷移和組織再生重構，從而能夠維持血管長期通暢，降低血管再狹窄的發生。
【專利說明】一種由微米纖維構成的具有大孔結構的人工血管及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種由微米纖維構成的具有大孔結構的靜電紡絲材料的加工技術方法，還涉及由此方法制備的人工血管及其在病損血管替代和修復再生中的應用。
【背景技術】
[0002]由于動脈粥樣硬化引起的心血管和外周血管疾病已成為威脅人類健康的重要殺手之一。在我國，每年因創傷和疾病造成的血管缺損和功能性障礙患者人數位居世界之首。而且，隨著我國人民生活水平的提高、飲食結構的變化和人口結構的老齡化，心血管和外周血管疾病的發生還有繼續上升的趨勢。
[0003]自體血管是最為理想的移植供體，雖然自體靜脈已經用于臨床，但供體血管來源相對匱乏，很多患者沒有合適的靜脈可供移植，而異體和異種血管由于易產生免疫排斥反應，臨床應用也受到限制。因此，人工血管研究受到了日益廣泛的重視。早期的人工血管是采用不可降解的合成高分子材料制成，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET，Dacron? )，聚氨酯(PU)和膨體聚四氟乙烯(ePTFE)等，臨床實踐證明這類材料在大口徑血管移植術中獲得了一定的成功。但該類惰性材料的血液相容性較差，作為小口徑血管(內徑小于6毫米)，在高張力、低血流的特殊狀態下移植后失敗率很高，主要表現為血栓形成、血管再狹窄和阻塞。
[0004]采用可降解聚合物制備小口徑人工血管是目前解決這一問題的有效策略，其能夠在體內募集自體細胞，實現血管組織再生與重構，最終人工血管被機體降解吸收，從而替代病損的血管。靜電紡絲技術是目前制備小口徑人工血管的主要加工方法，但傳統的電紡絲材料往往由納米或亞微米尺度的纖維構成，制備過程中纖維密集沉積，導致材料內部孔隙較小，不利于細胞遷移和組織再生。長期移植后，存在內膜增生、血管再狹窄的風險。

【發明內容】

[0005]本發明的第一部分，提供了一種由微米纖維構成、具有大孔結構的電紡絲材料的制備方法；具體方法包括，將可降解聚合物溶解在一定組成和配比的溶劑中，配制成質量/體積分數為10% -30%濃度的溶液，待溶解完全后，將溶液裝入注射器中，利用電紡絲儀進行加工，通過調節電壓、流速、接收距離參數來調控材料的纖維直徑、孔徑和孔隙，通過調控電紡時間來調控多孔纖維膜厚度，從而制備具有大孔結構的電紡絲微米纖維(1-15微米)膜材料；
[0006]本發明所用溶劑包括二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲醇、乙醇、丙酮、三氟乙醇、六氟異丙醇中的一種或幾種的混合物；
[0007] 本發明所用可降解聚合物包括聚己內酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚(丙交酯-己內酯)共聚物(PLCL)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚對二氧六環己酮(PDS)中的一種或幾種的混合物；[0008]本發明電紡高壓電場的電壓為5-20千伏，微量注射器控制流速為1-10毫升/小時，接收距離為10-30厘米。
[0009]本發明的第二部分，提供了一種具有大孔結構的人工血管及其制備方法；具體采用方法一的電紡絲溶液和加工方法，利用直徑0.5-6毫米的圓柱狀接收器進行靜電紡絲加工，通過調節電壓、流速、接收距離參數來調控材料的纖維直徑、孔徑和孔隙，通過控制電紡時間來調控血管壁厚度，從而獲得一種由微米纖維構成的具有大孔結構的電紡絲人工血管，其中微米纖維直徑為1-15微米。
[0010]本發明的第三部分，提供了利用具有大孔結構的電紡絲人工血管原位移植以替代病損血管的方法；具體方法采用方法二所制備的人工血管，利用原位移植技術替換部分病損血管，包括下肢動脈、冠狀動脈、腹主動脈、頸動脈；原位移植采用端端吻合術，采用9-0尼龍縫合線進行吻合；術后定期觀察；處死前利用數字減影血管造影(DSA)確定血管的通暢率，取材后通過體式顯微鏡整體觀察血管內外表面形態；利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察材料表面；采用免疫組織化學染色、免疫熒光染色觀察血管再生與重構的過程。
[0011]本發明專利與現有技術相比，突出的優點在于操作簡單易行，材料一次制備，無需后處理和加工，因此制造成本低，制備的血管材料具有良好的力學強度、韌性和順應性；適合手術縫合操作；材料安全無毒，具有良好的生物相容性，無免疫原性；材料植入體內后能保持長期通暢，不易形成血栓、動脈瘤和血管再狹窄；材料具有的纖維結構和孔結構特別有利于細胞向材料內部遷移，從而促進血管再生與重構。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:具有大孔結構的聚己內酯(PCL)電紡絲微米纖維膜材料的制備
[0013]溶液制備:稱取2 .5克數均分子量為80000的聚己內酯(PCL)，加入到10毫升體積比為5: I的氯仿/甲醇的混合溶劑中，室溫攪拌溶解過夜，制得濃度分數為25% (質量/體積)的PCL溶液。
[0014]紡絲加工:靜電紡絲在室溫下進行，室內相對濕度為50%。將圓柱形旋轉接收器與地線相連。將聚己內酯紡絲溶液裝入直徑約為14.9毫米的注射器中，并將高壓直流電源與注射器針頭相連。調整注射器針頭對準圓柱形接收器的中央，設置針頭與接收器的距離為22厘米，溶液流速為8毫升/小時，直流電壓為11千伏，電紡30分鐘；制備完成后將膜材料真空干燥使溶劑徹底揮發，測得多孔膜厚度為350微米。
[0015]實施例2:具有大孔結構的聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)電紡絲微米纖維膜材料的制備
[0016]溶液制備:稱取2克聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物，加入到10毫升二氯甲烷溶劑中，室溫攪拌溶解過夜，制得濃度分數為20% (質量/體積)的PLGA溶液。
[0017]紡絲加工:同實施例1
[0018]實施例3:具有大孔結構的聚己內酯人工血管的制備
[0019]溶液制備:同實施例1
[0020]紡絲加工:靜電紡絲在室溫下進行，室內相對濕度為50%。將直徑為2毫米的不銹鋼圓柱安裝到接收裝置上，并接地。將聚己內酯紡絲溶液裝入直徑約為14.9毫米的注射器中，并將高壓直流電源與注射器針頭相連。調整注射器針頭對準圓柱接收器的中央，設置針頭與接收器之間的距離為11厘米，溶液流速為8毫升/小時，直流電壓為11千伏；電紡持續8分鐘，制備完成后將管材料真空干燥使溶劑徹底揮發，測得血管壁厚度為450微米。
[0021]實施例4:大孔結構的聚己內酯人工血管體內原位移植替代部分自體血管
[0022]溶液制備:同實施例3
[0023]紡絲加工:同實施例3[0024]體內移植:采用大鼠腹主動脈移植模型，人工血管長度1.5厘米，內徑2.2毫米。采用端端吻合術，采用9-0尼龍縫合線進行吻合。術后4周和12周觀察。處死前利用數字減影血管造影(DSA)確定血管的通暢率，取材后通過體式顯微鏡整體觀察血管內外表面形態；利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察材料表面；采用免疫組織化學染色、免疫熒光染色觀察血管再生與重構的過程。結果顯示大孔結構的PCL人工血管具有良好的通暢性，大孔結構顯著促進了細胞化和組織再生進程，移植三個月后的血管已具有一定生理功能。
【權利要求】
1.一種由微米纖維構成的具有大孔結構的電紡絲材料的制備方法，其特征在于具體制備方法包括:將可降解聚合物溶解在一定組成和配比的溶劑中，配制成質量/體積分數為10% -30%濃度的溶液，待溶解完全后，將溶液裝入注射器中，利用電紡絲儀進行加工，通過調節電壓、流速、接收距離參數來調控材料的纖維直徑、孔徑和孔隙，通過調控電紡時間來調控多孔纖維膜厚度，從而制備直徑1-15微米、具有大孔結構的電紡絲微米纖維膜材料；所述可降解聚合物包括聚己內酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(丙交酯-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚(丙交酯-己內酯)共聚物(PLCL)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚對二氧六環己酮(PDS)中的一種或幾種的混合物；所述溶劑包括二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲醇、乙醇、丙酮、三氟乙醇、六氟異丙醇中的一種或幾種的混合物；所述電紡高壓電場的電壓為5-20千伏，微量注射器控制流速為1-10毫升/小時，接收距離為10-30厘米。
2.一種由微米纖維構成的具有大孔結構的人工血管及其制備方法，其特征在于采用權利要求1所述的電紡絲溶液和加工方法，利用直徑0.5-6毫米的圓柱狀接收器進行靜電紡絲加工，通過調節電壓、流速、接收距離參數來調控材料的纖維直徑、孔徑和孔隙，通過控制電紡時間來調控血管壁厚度，從而獲得一種由微米纖維構成的具有大孔結構的電紡絲人工血管，其中微米纖維直徑為1-15微米。
3.利用具有大孔結構的電紡絲人工血管原位移植以替代病損血管的方法，其特征在于采用權利要求2所述的人工血管，利用原位移植技術替換部分病損血管，包括下肢動脈、冠狀動脈、腹主動脈、頸動脈；原位移植采用端端吻合術，采用9-0尼龍縫合線進行吻合；術后定期觀察；處死前利用數字減影血管造影(DSA)確定血管的通暢率，取材后通過體式顯微鏡整體觀察血管內外表面形態；利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察材料表面；采用免疫組織化學染色、免疫突光染色觀察血管再生與重構的過程。
【文檔編號】A61L27/56GK103876859SQ201410120322
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】趙強, 王志紅, 崔云, 孔德領, 王淑芳 申請人:南開大學