磷脂酰胆碱修饰的壳聚糖用于制备雌激素药物洗脱支架涂层材料的研究

Cardiovascular diseases, such as coronary artery occlusion, is a major disease that affecting human health globally. Clinically, drug eluting stents are widely used for the treatment of restenosis after angioplasty in patients with incorporating drugs that inhibit the proliferation of smooth muscle cells. Commonly used coating materials for drug-eluting stents are generally functional polymers that their surface properties are readily modified. In addition, pharmaceutical agents having estrogenic activities were also considered as directly promoting vasodilatation and enhancing endothelial healing. Many studies suggest that these beneficial effects of estrogen on the cardiovascular system are primarily due to the binding of estrogen receptors on the cell membrane, resulting in non-genomic effects. However, when estrogen binds to nuclear estrogen receptors and hereby induces genomic effects, there is a high risk of triggering cancer. Therefore, in this study, we used ethinylestradiol to conjugate to polymer as to develop a novel coating materials, which can specifically estrogen non-genomic effect, in order to exert its protective effect in the cardiovascular system safely, After a series of physical chemistry characterizations and cell studies, we demonstrated that this coating material stimulates the production of nitric oxide, an important molecule in the protection of cardiovascular system. Above preliminary experiments showed that the estrogen based stent coating materials may play a major role in the cardiovascular regeneration medicine.

心脑血管疾病，如冠状动脉阻塞等，是影响人类健康的重大疾病。在临床上，药物洗脱支架通过携带抑制平滑肌细胞增殖的药物，广泛用于病人血管成形术后再狭窄的治疗。药物洗脱支架常用的涂层材料通常为易改变其表面特性的功能性聚合物。另外，具有雌激素活性的药物，也具有直接促进血管舒张，并增强内皮愈合等活性。文献表明，雌激素主要是通过结合细胞膜表面的雌激素受体，从而产生的非基因组效应来实现该保护作用。然而，当雌激素结合细胞核内的雌激素核受体从而产生基因组效应时，有会诱导癌症的风险。因此在本方案中，我们以炔雌醇为前体，精心设计了一种可以让雌激素特异性产生非基因组效应的聚合物涂层递送系统，从而安全地发挥其在心血管系统中保护作用，经过一系列物理化学表征测试和细胞研究，我们证明了该新型材料可以刺激内皮细胞心血管保护的明星分子一氧化氮的产生。以上前期实验表明，该雌激素药物支架涂层材料将会在心血管再生医学中发挥重大作用。

心血管疾病的发病率和雌激素的表达水平有着直接相关性。例如，雌激素的缺乏会导致绝经后女性产生一系列代谢综合征，如骨质疏松及心肌梗塞等，而如果适当补充雌二醇，或将其制备药物洗脱支架，从而产生血管舒张作用并保护心血管系统。但过度补充雌激素又会显著导致子宫癌及乳腺癌发生的风险。因此精准设计基于雌激素的涂层材料是一个亟待解决的课题。本研究课题主要通过改善涂层的血液相容性，来设计新型雌激素药物支架涂层材料，来解决裸金属支架（如不锈钢支架）容易发生再内皮化的问题。壳聚糖由于其独特的凝胶/薄膜形成能力，被认为是作为支架的药物涂层的很好的材料。然而亲水性壳聚糖基质可能会因水合作用而溶胀并急剧变形，因此改性壳聚糖以改善其物理性质和功能性方面十分关键。本课题在对壳聚糖-雌激素药物材料改性的过程中，比较了两性离子基团磷脂胆碱和磺基甜菜碱这两种体内长期稳定性的生物相容性材料，并最终选定了磷脂胆碱作为制备雌激素药物洗脱支架壳聚糖涂层材料的改性材料，构建了磷脂胆碱修饰的壳聚糖-雌激素复合物 (CH-PC-E2)。进而通过QCM的蛋白吸附证明，CH-PC-E2修饰可以改善不锈钢316LSS的血液相容性，并且可以和雌激素受体相互作用。通过内皮细胞培养实验，首先证实了CH-PC-E2膜可以增强内皮细胞黏附和增殖，并且显著增加一氧化氮的合成。体内支架植入实验也证实了CH-PC-E2涂层的不锈钢支架明显改善了内皮化再狭窄现象。另外随着冠状动脉支架置入，也可能继而造成严重的心肌损伤并导致疤痕形成和心力衰竭，而干细胞疗法是一种针对受损心脏组织心肌再生的有前途的治疗方式。因此我们选用间充质干细胞作为模型，评估了基于CH-PC-E2对于体外培养的MSC分化成的心肌细胞的影响。CH-PC-E2上的MSC细胞数量显著增多，并且MSC分化后的心肌细胞再生水平显著提高。综上以上结果表明，CH-PC-E2涂层材料可以显着改善支架表面生物相容性，尤其是可以促进内皮层再生，因此是具有临床潜力的支持心血管修复及再生的生物材料。