应用新型聚合物PVDF/ACM聚合物研发完全生物可降解封堵器治疗先天性心脏病

Transcatheter intervention by nickel-titanium-alloy occluders has become one of the most common selection for congenital heart defects. However, the associated problems from the implanted occluders is still the debated deficit，for example the severe atrioventricular block, cardiac ablation. Inevitably, investigating completely biodegradable and more biocompatible occluders is necessary. Although some biodegradable materials have been tried for occluders, the study of bioabsorbable occluder complying with the clinical application has been rarely reported due to its specific molecular characteristics and manufacturing process.. We have synthesized polyvinylidene fluoride (PVDF)/acrylic rubber (ACM) blends, a biodegradable terpolymer, and tested it as a clnically, potentially good material for the occluder. The aim of this study is to produce individualized totally bioabsorbable heart occluders using 3D printing technology and polymer biodegradable materials, and then to detect the biological characteristics of the occluders from a series of in vitro and in vivo experiments.

应用封堵器介入治疗已成为先天心脏病首要的治疗选择，但目前临床应用的封堵器均存在金属异物终生存留心脏，诱发炎性反应导致严重心脏传导阻滞、心脏穿孔、需要再次开胸手术等缺陷，所以积极研发生物相容性好、可降解的封堵器迫在眉睫。由于材料自身特性和仍需依赖金属骨架的特点，虽然目前有数少学者开始本领域研究，但已试制的封堵器均由于材料限制尚无法满足临床需要。. 我们前期选择一种能够满足先天性心脏病封堵器性能要求、体内可完全降解的高分子共聚物，即PVF/AR聚合物，无需金属骨架，形状记忆开关与人体生理温度完全吻合。本课题设计利用该共聚物为原料，研发封堵器；通过系列在体、细胞学、动物实验，检测封堵器的力学和生物学性能，验证其可行性和安全性，为生物可降解封堵器的研发提供一种可行的选择。

项目背景：心脏间隔缺损是最常见的先心病，微创介入封堵是首选治疗方法。但目前临床使用的镍钛封堵器仍然存在大量弊端，其主要原因为不可降解性。所以积极研发可降解封堵器尤为迫切。.研究方法：本研究使用转矩流变仪的密炼机功能，将PBAT、CS共混制备成PBAT-CS材料，并进行材料学表征以优选出合适材料共混比例。依次进行封堵器设计、有限元分析及3D打印制备室间隔缺损封堵器（VSDO）。通过体外降解实验、细胞毒性相关实验、皮下植入动物实验的植入局部反应、全身毒性反应等对封堵器材料进行生物相容性的评价。.研究结果及内容：成功制备出新能良好的轻度亲水性、力学性能良好且有韧性的PBAT-CS10共混材料。使用solidworks三维建模软件设计出了VSDO图纸，并通过有限元分析对PBAT-CS10材料制备成VSDO进行了模拟力学分析。通过熔融沉积成型3D打印机制备出模型。对VSDO制备材料浸提液对细胞形态、细胞增殖、细胞中性红摄取率、氧化应激反应、细胞凋亡等多方面的评估，证明PBAT-CS10无明显细胞毒性。PBAT-CS10在37℃体外降解实验结果示：8周质量下降4.42%、16周下降10.94%。皮下植入动物实验可见随着时间的增加，植入局部皮下疏松结缔组织内淋巴细胞逐渐浸润，毛细血管增生逐渐增加，局灶纤维化增多，未见坏死。心肝脾肾胸腺病理切片，对照组与实验组的各个时间点均未见显著差异。血常规、凝血常规、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、白蛋白、球蛋白、肌酐、尿素氮、血钾钠氯磷的水平均与对照组无显著差异，以上均提示该材料在植入大鼠后的生物相容性良好。.科学意义及结论：本项目使用共混材料PBAT-CS10，自主设计及模拟测试材料性能，通过熔融沉积成型3D打印机成功制备了VSDO。通过体外及动物体内实验评估，制备VSDO的PBAT-CS10材料具有良好的生物相容性以及降解性，为生物可降解封堵器的研发方向提供新思路和理论基础。