新型原位自修复组织工程带瓣管道的制备及体内/外性能研究

To solve the problems such as thrombosis, immunogenicity and size limitation in traditional heterogenous valved conduits, this project proposes the concept of in situ tissue engineering to construct the self-repairing tissue-engineered valved conduits, and their performances in all aspects and the tissue regeneration mechanism are investigated. First, we will synthesize a family of surface-degraded amino acid-based poly (ester urea urethane) (AA-PEUU) and clarify its biocompatibility and biodegradation behaviors before constructing the novel valved conduits with molding, stitching and weaving methods to get specific structures and biological functions. In vitro flow culture and subcutaneous implantation in rats were used to induce cellular infiltration and extracellular matrix secretion. In addition, bioactive factors such as peptide/antibody will be used to modify the valve surfaces to improve the biological activity. In situ implantation in ovine pulmonary artery will be conducted to study the influences of the implants structure and degradation behavior on cell regeneration, tissue remodeling and self-repairing capacity, besides its mechanism will be preliminarily explored. Finally, a series of “ready-to-use” self-repairing tissue-engineered valved conduits with excellent overall performance and clinical application potential will be obtained, providing new therapeutic method for children with congenital heart disease.

为解决传统异种带瓣管道所存在的血栓形成、免疫原性、尺寸限制等诸多问题，本项目拟采用“原位组织工程”思路构建自修复组织工程带瓣管道，并对各项性能及组织再生机制进行研究。首先合成一系列遵循“表面降解”机理的氨基酸基聚氨酯化合物（AA-PEUU），在明确其生物相容性及降解行为的基础上，利用模具法、缝合法和编织法制备具有特殊结构和生物功能的新型带瓣管道；通过生物反应器体外流动培养和大鼠皮下埋植的方法诱导细胞浸润并分泌胞外基质（ECM），进而脱细胞制备富ECM带瓣管道，采用多肽/抗体等活性因子修饰瓣膜表面以提高生物活性；最后利用绵羊模型肺动脉原位植入针对性地考察带瓣管道结构和降解行为对细胞再生、组织重塑和自我修复能力等方面的影响，并对其作用机制进行初步探索。最终优化出一系列综合性能优异、避免异种瓣膜免疫原性问题、具有临床应用价值的“即用型”原位自修复组织工程带瓣管道，为小儿先心病的治疗提供新思路。

近年来，经导管主动脉瓣置换术（TAVR）的迅速发展为心脏瓣膜病的治疗带来了重大突破。TAVR因其微创、风险低的优势，吸引了全球范围内的众多科研机构的研究热潮。最近的PARTNER 3临床研究表明，TAVR的临床效果不劣于外科主动脉瓣置换术。然而，TAVR研发技术壁垒极高，由于TAVR普遍使用戊二醛交联的牛/猪心包等生物来源的瓣膜材料，导致TAVR存在器械耐久性差、寿命仅有10~15年、易钙化等问题，限制了其临床推广。研发耐久性更好、抗钙化、力学性能优异的生物瓣膜材料及交联工艺已成为当前介入瓣膜研究的技术热点与难点。本项目主要研究内容包括：1.生物瓣膜的交联处理技术的优化研究。分别采用多酚类交联剂姜黄素、海藻酸盐和环氧壳聚糖对脱细胞牛心包进行交联，大大降低了传统戊二醛交联瓣膜毒性的同时，取得了更优的耐久性和抗钙化性能。2.筛选新型生物源材料如鱼鳔等制备心脏瓣膜材料，实验结果已证实其在Wistar大鼠皮下埋植模型及大鼠腹主动脉血管原位置换模型中，抗钙化效果均优于同样交联方法处理的牛心包材料，能显著减少组织钙化、炎症及血栓，降低生物毒性，预计将大大延长使用寿命，克服目前市场上传统生物心脏瓣膜材料钙化严重、使用寿命短等缺陷，具有很好的临床应用前景。3.静电纺丝法制备PLCL/SF组织工程心血管修复膜材料，探索了各组份比例在对生物相容性和抗钙化性能的影响，其中PLCL/SF比例在80/20抗钙化性能最优、细胞浸润和M2表型更高，证实了此膜材料作为组织工程瓣膜具有很好的应用潜力。4.构建了一种模拟生理流体环境、且可便捷、高效反映心血管植入物钙化特性的体外测试模型，为心血管植入物的快速研发提供新的评价手段。通过本项目的实施，从改进交联技术、开发新材料、开创评价手段等角度为介入组织工程瓣膜领域提供了重要改良技术，并获得了几种有望临床转化的人工瓣膜材料。