PEI/5-FU修饰的功能性食管支架防止再狭窄研究

Palliative treatment of advanced esophageal cancer using stents is often along with the complications of stent restenosis, the problem is mainly caused by tumor cell growth, excessive proliferation of myofibroblasts and epithelial cells after inflammation. Prophase work found that dopamine can form the organic - inorganic transition layer on the surface of metal stents steadily. Thus it may covalently bind with drug molecules to form a stable functional layer, impeding/killing tumor cells, myofibroblasts and epithelial cells and inflammatory cells. Here, the basic technical principle of drug-eluting stents is referenced, using polyethyleneimine (PEI) and clinical chemotherapy drug 5 - fluorouracil (5 - FU) as impedance molecules. The surface modification of the scaffold material (such as 317 L stainless steel) can be made to construct the functional layer, which will impede/kill cells through the slow-releasing 5 - FU drugs and have the function of the impedance cell growth around a long time by PEI. The functional layer will be characterized and evaluated using FTIR, SEM, QCM-D, Western Blot, RT-PCR, in-vitro cell compatibility, inflammation inhibitory effect analysis, and the impedance/killing mechanism of PEI with 5 - FU can be explored. The study will put forward the new strategy and method for providing the PEI / 5 - FU combined modification to prevent esophageal stent restenosis, as well as provide scientific basis of functionalized modifications on lumen scaffolds for patients with tumor.

晚期食管癌患者采用的支架植入姑息疗法常出现支架内再狭窄问题，主要由肿瘤细胞、炎症引起的肌成纤维细胞与上皮细胞过度增殖所致。前期工作发现多巴胺可以在金属支架表面形成稳定的有机-无机过渡层。与药物分子共价结合，有望阻抗肿瘤细胞、肌成纤维细胞、上皮细胞、炎症细胞等。本研究利用药物洗脱支架的基本原理，采用聚乙烯亚胺（PEI）与临床化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU），在317L不锈钢表面构建具有持续阻抗/杀伤细胞的修饰层，通过表层5-FU药物的缓释阻抗/杀伤周围细胞，PEI底层长期阻抗细胞的生长。利用FTIR、SEM、QCM、Western Blot、RT-PCR、体外细胞相容性、炎症抑制作用分析等进行功能层的表征与评价，探究PEI与5-FU阻抗/杀伤多种细胞的作用机制。该研究将为PEI/5-FU联合修饰防止食管支架内再狭窄提出新的策略与方法，为带瘤患者用管腔支架材料的功能化修饰提供科学依据。

我国食管癌发病率、死亡率居世界首位，但五年生存率仅10%左右，对食管癌晚期患者采用置入支架姑息疗法可以缓解食物梗阻的症状，但肿瘤细胞、肌成纤维细胞、上皮细胞的生长与过度增殖会导致肿瘤生长和组织增生，促使再狭窄的发生，食管载药支架的非持续性阻抗是目前抗再狭窄研究尚未攻克的难题。因此，使用生物分子在支架材料表面构建稳定的阻抗底层，固定抗肿瘤药物构建细胞杀伤表层，是构建持续阻抗/杀伤细胞功能层的重要突破口。本项目主要在食管支架材料317L不锈钢表面，固定PEI分子与临床化疗药物5-FU，通过调控相对分子量、浓度等工艺参数获得了稳定的PEI阻抗底层和最大载药量的功能表层；分析了修饰层对于肿瘤细胞、肌成纤维细胞、上皮细胞与炎症细胞或相关因子的抑制作用，以及各功能分子间的相互关系与作用机制，结果发现PDA/PEI和PDA/PEI/5-FU能够有效抑制Eca109、Het-1A、L929细胞的增殖，并促进三种细胞及巨噬细胞的凋亡，其通过下调NF-κB信号通路中关键蛋白p-NF-κB与抗凋亡蛋白Bcl-2，上调促凋亡蛋白Bax的表达与激活Caspase-3的活性促进细胞的凋亡。总之，在317L不锈钢表面成功构建了持续阻抗/杀伤细胞的功能层，通过在稳定的PEI阻抗底层装载抗肿瘤药物5-FU，初期药物的释放阻抗/杀伤细胞并降低炎症、后期 PEI底层持续起到阻抗肿瘤细胞、肌成纤维细胞、上皮细胞、炎症细胞生长与增殖的作用，基本实现抑制肿瘤生长、组织增生防止支架内再狭窄的目标。该研究对保证食管持久畅通，延长病人的生存期，具有重要的研究意义和临床应用价值。