摘要
心脑血管疾病已经成为人类的第一健康杀手，在全球每年造成约1600亿美元的经济支出及1700万人死亡，在中国约有2.3亿心脑血管疾病患者，因其具有高患病率、高致残率和高死亡率的特点，严重威胁着人们的健康情况。血管移植是目前主要的治疗手段，其在大口径血管（大于6毫米）已取得较好疗效，但在小口径血管（小于6毫米）领域，由于血栓问题、力学匹配性要求高和长期稳定性的要求，世界范围内暂无可用于移植的小口径人工血管。临床上针对小口径心脑血管疾病的治疗主要基于自体移植或支架，这一定程度上挽救了患者的生命，但不可避免地会增加患者的身心痛苦或面临再度狭窄，且约有30％的患者因健康状况或之前的自体移植手术而无法提供有效供体，当复发或者二次病变时病人的健康状况难以维持，因此开发可移植的小口径人工血管既具有迫切需求，又具有重要的现实意义。 膨体聚四氟乙烯(ePTFE)作为大口径人工血管具有良好的生物相容性和力学性能，临床上具有长期服役性和稳定性，因此聚四氟乙烯(PTFE)仍是小口径人工血管的候选材料之一。近些年，ePTFE作为小口径人工血管并结合体外诱导性多能干细胞(iPS)分化技术得到广泛关注，由于PTFE材料和iPS干细胞分化技术均已被美国食品药品监督管理局(FDA)许可，这一优势将加速ePTFE作为小口径人工血管的上市及应用。但单一功能的ePTFE并不能解决小口径血管的临床问题，诸如慢血流导致的血小板黏附、再狭窄及血栓再生等，因此，从材料、加工、改性和生物功能化等多个角度，对ePTFE进行生物全功能化修饰是必要的。本文沿“加工制备-性能优化-生物功能化”的思路对ePTFE的绿色制备、表面改性、原位功能化构建和智能调控展开了一系列研究，制备了具备长期抗凝和智能药物缓释等特点的ePTFE小口径人工血管。主要工作分为以下四个部分: 第一部分为ePTFE小口径人工血管的绿色制备及力学性能研究。为解决传统ePTFE加工过程中润滑剂的生物毒性问题，本课题开发使用了新型的绿色环保润滑剂，醇类-以乙醇为代表，作为ePTFE小口径人工血管制备的润滑剂，并与传统的油性润滑剂异构烷烃类溶剂油(Isopar G)进行性能对比。同时，设计开发出整套ePTFE制备模具，包括预成型、挤出和膨化模具，并配备有标准化口模，并配合300kN拉伸机和高低温环境箱而搭建ePTFE加工设备，可实现1.6-6mm直径的小口径人工血管的制备。基于新型润滑剂乙醇，通过工艺优化具体研究了工艺参数（膨化倍率，拉伸速度，膨化温度）对ePTFE小口径人工血管结构（节点比）、形貌（孔隙率，纤维长度）和力学性能的影响，得到与内皮细胞大小匹配的纤维结构形貌的人工血管，并将绿色ePTFE制品与传统的商业ePTFE制品进行对比。经对比发现，绿色ePTFE制品在结构和性能上完全覆盖现有商业化产品，并且具备更加优异的生物安全性。此部分工作创新性地开发出来新型的润滑剂，解决了ePTFE小口径人工血管的绿色制备问题，并详细建立了工艺参数与制品形貌结构的关系，对得到小口径范围内的定制化的人工血管提供了详尽的数据窗口库。 第二部分为ePTFE小口径人工血管促一氧化氮(NO)释放涂层制备及释放行为研究。为解决单一ePTFE人工血管低黏附能力、超疏水和易血栓生成的缺陷，进一步提高其生物相容性，本研究对ePTFE进行了功能化的表面修饰。首先，对ePTFE进行O2等离子体处理从而在表面引入-OH而提高其亲水性，而后通过多巴胺黏附而构建仿贻贝仿生涂层而提高黏附能力，将不同摩尔比的多巴胺和硒代膀胺(SeCA)涂覆在ePTFE表面，从而有效地将催化载体SeCA封装在聚多巴胺网络里。在硫亚硝基化合物(RSNO)和谷胱甘肽(GSH)的催化作用下NO得以长期释放，其释放周期达到了35天，释放量可控并维持在1.24.2μM。人脐静脉内皮细胞(HUVECs)培养的结果表明，在第10天形成了完整的内皮层。体外血小板黏附实验和体外血栓形成实验结果表明NO能够有效抑制血小板的黏附和抑制血栓的生成。 第三部分为ePTFE小口径人工血管的原位药物负载。为了优化ePTFE表面功能化修饰方法，本课题研究开发了原位药物负载方法，构建了生物功能性的ePTFE小口径人工血管。具体地，基于70％的乙醇水溶液作为加工ePTFE的润滑剂，并选择3种常用的生物功能大分子，精氨酰基糖基天冬氨酸(RGD)，肝素，SeCA，分别溶解在70％乙醇里（传统润滑剂无法实现），实现药物的原位负载，并在40℃膨化得到小口径人工血管。接触角由148°降至60°。此外，生物功能性也均得到有效表达，如促进细胞黏附，抑制血小板黏附等。据CD31的表征结果，HCAECs（人动脉内皮细胞）呈现了清晰连续的边界，能够形成相对完整的内皮层，证明了所制备的人工血管具备内皮层的体外诱导和功能再生能力。 第四部分为智能活性氧自由基(ROS)响应型ePTFE小口径人工血管的构建。ROS(H2O2)响应机制是血栓形成的引发剂在引发血栓的同时激活了溶栓药物的释放，实现原位消除血栓及智能缓释行为。为此，本课题合成了ROS响应性药物，包括药物载体水杨酸乙酯、响应单元草酰氯和mPEG链段。然后将ROS药物和聚己内酯(PCL)溶解在氯仿中，并将PCL基质封装进ePTFE材料体中，真空干燥后得到具备智能溶栓能力的ePTFE小口径人工血管。核磁共振和红外光谱仪结果表明药物和样品的成功合成、制备和负载。释放行为证明了智能的ROS响应的释放能力，血小板黏附实验和体外血栓生成实验表明这种具备ROS响应的ePTFE血管能够有效抑制血栓的生成，且促使HUVECs均匀地生长，并具有一定的内皮化能力。该结果表明，本章所制备的ePTFE小口径人工血管表现出了多样化的生物功能，并显示出巨大的临床应用前景。
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