新型人工生物补片作为主动脉瓣替代材料的可行性.pdf

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1、协 和 医 学 杂 志 Vol畅 6 No畅4M271 基金项目： 北京协和医院中青年基金 （- - ） 论著 新型人工生物补片作为主动脉瓣替代材料的可行性 刘剑州， 刘兴荣， 张超纪， 马国涛， 李晓凤， 苗齐 中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院心外科， 北京 通信作者： 苗齐电话： - ， - ： 【摘要】 目的探讨胶原膜与碱性成纤维细胞生长因子 （ ， ） 特异结合的人工生物补片 作为主动脉瓣膜替代材料的可行性。 方法健康杂种家犬 只随机分为对照组和实验组， 每组 只， 静脉全麻、 腹主动 脉阻断下分别使用仅浸泡磷酸盐缓冲液的胶原膜材料或特异结合 的胶原膜材料作为人工瓣膜行腹主动脉

2、腔内移植。 于术后 个月利用超声心动图对人工瓣膜的功能进行评价， 于术后 个月取材观察人工瓣膜状况。 结果术后 个月超声 心动图检测人工瓣膜的功能在对照组和实验组之间无差别， 术后 个月对照组及实验组犬腹主动脉腔内的人工瓣膜均降 解。 结论胶原膜与 特异结合的人工生物补片在体内的降解速率较快， 目前尚不能作为主动脉瓣膜良好的替代 材料。 【关键词】 人工生物补片； 心脏瓣膜病； 碱性成纤维细胞生长因子； 胶原膜 【中图分类号】 【文献标志码】 【文章编号】 - （）- - DOI： 畅 畅 畅 - 畅 畅 畅 Feasibility of New Artificial Biologic Pat

3、ch as Aortic Valve Replacement - ， - ， - ， - ， - ， ， ， ， ， ： ： - ， - ： 【Abstract】 Objective - （） Methods （ n ） - （ ） （ ） - ， ， Results Conclu- sion - in vivo 【Key words】 ； ； ； Med J PUMCH， ，（）： 协 和 医 学 杂 志 M272 July， 2015 心脏瓣膜病是由于炎症、 黏液样变性、 退行性改 变、 先天性畸形、 缺血性坏死、 创伤等原因引起的单 个或多个瓣膜 （包括瓣叶、 瓣环、 腱索或者乳头肌）

4、的功能或结构异常， 导致瓣膜狭窄和 （或） 关闭不 全。 心室和主、 肺动脉根部严重扩张也可产生相应房 室瓣和半月瓣的相对性关闭不全。 瓣膜置换手术是其 治疗的主要方法。 目前临床上应用的人工瓣膜有机械 瓣膜和生物瓣膜两种， 均可以有效改善血流动力学， 但都存在一些缺陷 - ： 机械瓣膜需终身抗凝， 易致 出血、 血栓栓塞及感染等； 生物瓣膜主要来源于异种 心包组织 （猪心包、 牛心包）， 而这些心包组织通常 通过脱细胞处理以去除异物反应， 经戊二醛处理的脱 细胞过程使心包组织的胶原纤维交联到一起从而增加 组织强度， 延缓其降解速率， 但是该过程亦引起钙化 反应并退行性变， 长期使用会发生增厚

5、、 卷曲等病理 改变， 年后需再次手术。 利用人工生物补片作为新型的生物瓣膜材料越 来越受到关注。 本研究组在前期实验中寻找到的七 肽片段 “” （- ， ） 能够特异性结合型胶原 - ， 将这段肽段偶联到碱 性成纤维细胞生长因子 （ ， ） 上， 形成一种融合蛋白 - ， 其能与 型胶原构成的胶原膜特异结合而构建一种新型人 工生物补片。 本研究将特异结合了 的胶原膜移植于动物 模型犬的主动脉腔内， 观察其组织相容性、 生物功能 及钙化程度， 探讨此种人工生物补片作为主动脉瓣膜 替代材料的可行性， 从而为临床寻求一种应用于瓣膜 外科领域的新型抗衰败及良好组织相容性的人工生物 瓣膜材料提供可能。

6、 材料和方法 实验动物 健康杂种家犬 只 （由北京协和医院动物实验 中心提供）， 雌雄不拘， 体重 。 所有动物 使用均得到动物伦理委员会的批准。 实验前禁食水 ， 所有实验动物术前及术后均在北京协和医院动 物实验中心饲养。 将实验动物随机分为 组， 每组 只： （） 对照组： 建模后移植的胶原膜材料只进行了 磷酸盐缓冲液 （ ， ） 浸泡， 未与目的蛋白结合； （） 实验组： 建模后移植结合了 - 蛋白的胶原膜材料。 实验方法 胶原膜预处理： 将实验用胶原膜修剪成 大小的方形， 厚度为畅 ， 经 钴照射灭菌； 将 - 配成畅 ， 加载于胶原膜片上 （总量为畅 ）， 对照组仅加载 （通过预实验

7、 测定胶原膜吸水量为 片）； 制作单叶人工瓣膜 备用。 腹主动脉阻断下行胶原膜材料腹主动脉内移植： 动物取仰卧位， 固定四肢。 右耳中静脉建立静脉通 路， 心电监护， 袖带间断监测右前肢、 右后肢血压， 犬尾监测脉搏血氧饱和度。 行气管插管建立人工通 气， 静脉通路给予丙泊酚 泵入用以麻醉维持， 给予生理盐水 头孢呋辛钠 畅 静脉滴注。 腹主动脉阻断前给予肝素 （ ）； 消毒、 铺单， 腹中线中下 开腹， 于肾动脉以下、 髂总动脉分叉 以上位置分离腹主动脉， 两端套绕丝带。 充分肝素化 后， 阻断腹主动脉。 横向切开腹主动脉， 进行人工瓣 膜移植。 腹主动脉阻断后， - 线将单叶人工 瓣膜吻合

8、于血管壁腔内侧， 模拟心脏瓣膜的形态， 关 闭主动脉切口。 排气后打结， 开放阻断钳， 检查吻合 情况， 止血， 关腹。 动物麻醉清醒、 恢复自主呼吸后 可拔除气管插管， 右侧卧位， 鼓励动物尽早立行。 术后瓣膜形态及功能评价： 在手术后 个月对动 物进行超声心动图检测， 评价植入人工瓣膜的形态及 血流动力学指标， 并于手术后 个月取出腹主动脉， 观察植入的人工瓣膜状况。 结果 利用胶原膜制备的人工瓣膜移植于腹主动脉腔内 本实验将胶原膜材料制作成单个瓣膜的形状移植 于犬腹主动脉腔内， 所有实验动物均未出现血栓形成 及死亡 （图 ）。 超声心动图对人工瓣膜的功能评价 术后 个月， 对移植了人工瓣

9、膜的犬腹主动脉进 行超声心动图检测。 对照组及实验组均可见部分植入 的人工瓣膜， 且瓣膜顺血流方向贴附于腹主动脉的管 壁， 未见狭窄及梗阻， 亦未影响血流动力学， 两组间 无显著差异 （图）。 人工瓣膜于植入的腹主动脉腔内逐渐降解 术后 个月时处死实验动物， 再次打开腹主动脉 腔， 无论是对照组还是实验组， 在手术缝合部位肉眼 均未见任何植入的人工瓣膜， 提示已降解 （图 ）。 新型人工生物补片作为主动脉瓣替代材料的可行性 Vol畅 6 No畅4M273 图 1犬腹主动脉手术模型的建立及人工瓣膜移植于腹主动脉 畅术中游离腹主动脉； 畅剪开腹主动脉， 并将功能材料缝合到其壁上； 畅腹主动脉缝合完

10、毕 图 2超声心动图检测犬腹主动脉腔内植入的人工瓣膜形态 畅血管纵切面， 虚线以下示部分人工瓣膜； 畅血管横切面， 箭头示部分人工瓣膜 图 3植入 个月后的犬腹主动脉中未见人工瓣膜， 提示其 在腔内已降解 畅腹主动脉外观图； 畅腹主动脉切开后剖面图 讨论 作为 家族主要成员之一的 是一种来源 于中胚层及神经外胚层的细胞因子， 具有多种生物活 性， 在促血管生成、 创伤愈合和组织损伤修复过程中 作用巨大 - ： 能够改善细胞生长的微环境， 促 进弹性纤维和胶原蛋白的合成； 能够促进成纤维细胞 的生长发育， 不断以新的细胞取代老化细胞； 刺激肉 芽组织的形成和促进肉芽组织的上皮化， 缩短创伤愈 合

11、时间以及减少瘢痕组织形成； 还可调节胶原降解及 更新， 减缓组织退行性变。 但 为重组蛋白， 使 用时易降解， 半衰期短， 并且其生物活性发挥具有剂 量依赖性。 传统的将生长因子结合到生物材料上的常 用方法是将因子简单地吸附在材料上， 这种方法存在 着很大不足： 在材料移植到体内后， 由于体液的浸润 和流动往往造成生长因子的扩散， 不仅扩散的细胞因 子会给机体带来潜在的风险， 而且材料上因子浓度的 降低会导致修复效果有限。 等 发现 结合 于可降解的高分子物质构成一种缓释系统应用于肝细 胞移植时， 可显著提高支架材料的血管化率并促进肝 细胞的趋化生长。 另一研究显示， 与多孔藻酸 盐及聚羟基乙

12、酸微粒形成缓释微球可控制 的释 放频率， 并且释放后的 依然具有良好的生物学 活性， 体外可以刺激心肌母细胞的增殖， 体内可加速 移植材料的血管化 。 本研究合作单位在前期的实 验中寻找到一小段七肽片段 “” 能够特异性 结合 型胶原， 将这段肽段偶联到血管内皮生长因子 （ ， ） 上， 构建了 一种融合蛋白 - 。 这种融合蛋白同时在体内 和体外都可以发挥正常的生物学活性， 与胶原膜能特 异性结合， 以持续释放的方式发挥作用， 并能有效改 协 和 医 学 杂 志 M274 July， 2015 善心肌损伤后的心功能 - 。 本研究在此基础上将构 建成功的 - 与胶原膜特异性结合作为一种新 型

13、的人工生物瓣膜材料移植于犬腹主动脉腔内。 本研究结果显示， 人工生物瓣膜移植于犬腹主动 脉腔内术后 个月行超声心电图检查时可见各组瓣膜 均顺血流方向贴附于腹主动脉的管壁， 未见狭窄及梗 阻， 未影响血液动力学； 术后 个月行各组实验动物 取材显示腹主动脉腔内手术缝合部位未见任何植入的 人工瓣膜组织， 说明已完全降解。 由此表明， - 功能胶原膜材料在体内降解速率较快， 目前尚 不能作为主动脉瓣膜良好的替代材料。 本研究选取犬 腹主动脉作为人工瓣膜的移植区， 其血流动力学与心 脏瓣膜区的血流动力学存在一定的差异， 对人工瓣膜 的降解是否具有影响还有待进一步的实验验证。 另 外， 如何平衡胶原材料在体内的降解速率与组织再生 及钙化反应的关系亦是今后探索主动脉瓣膜替代材料 的关键。 参考文献 ， ， ， - - ， ， ： - ， ， ， - - ， ， ： - ， ， ， - ： ， - ？ ， ， ： - ， ， ， - - - ， ， ： - ， ， ， - - - ， ， ： - ， ， ， - - - - ， ， ： - ， ， ， - ， ， ： - ， ， ， ， ， ： - ， ， - - ， ， ： - ， ， ， - - ， ， ： - ， ， ， - - ， ， ： - （收稿日期： - - ）