阳离子胶原水凝胶涂层主动脉覆膜分支支架系统介导TIMP2/3基因转染并抑制主动脉瘤进展的作用机制研究

Thoracic endovascular aortic aneurysm repair (TEVAR) can’t be routinely performed to treat thoracic aortic aneurysm involving the aortic arch vessel branches with the consideration of potential life-threatening complications including cerebral infarction due to supra-arch vessel branches obstruction and late endoleak or stent-graft migration due to aneurysm neck expansion resulted from aneurysm progression. In order to solve these problems, we proposed to develop a genetically engineered biodegradable cationized gelatin hydrogel (CGH)-coated polyester unibody branched stent graft to facilitate TIMP2/3 plasmid DNA delivery into a swine thoracic aorta aneurysm model. The unibody branches design can adapt to the anatomical configuration of thracic aneurysm involving supra-arch vessel branches. And the sequential aneurysm neck-targeted gene transfection and expression of TIMP2/3 are expected to prevent aneurysm neck expansion due to aneurysm progression which may lead to endoleak and late stent graft migration by inhibiting the proteolysis of MMPs and the migration and proliferation of smooth muscle cells. Various molecular biology methods will be used to study the mechanisms of these effects.

本课题针对累及主动脉弓上血管分支的胸主动脉瘤较难实施腔内修复术（TEVAR）及术后动脉瘤颈向动脉瘤进展扩张导致的持续性内漏和支架移位等问题，提出以生物可降解阳离子胶原水凝胶（CGH）涂层的一体式覆膜分支支架为载体，承载pCAGGS-TIMP2/3-myc质粒DNA，置入胸主动脉后，在对主动脉瘤进行适形地机械性隔绝的同时，通过承载的质粒DNA在主动脉壁局部的靶向高效转染与表达，合成基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP2/3）。一方面抑制金属蛋白酶（MMPs）的蛋白水解作用，另一方面抑制瘤颈部内膜平滑肌细胞的增殖和迁移，防止动脉瘤颈向动脉瘤进展导致的瘤颈扩张、支架移位，从而提高TEVAR的中远期疗效。本研究将介入治疗、材料工程学与基因治疗相结合，对CGH承载的质粒DNA的降解释放进行调控，并对基因转染进行定性与定量评估，从基因及分子水平探讨该种覆膜血管内支架抑制胸主动脉瘤进展的作用机制。

主动脉瘤是对人类健康危害性极大，死亡率甚高的全球性常见病。本研究提出以生物可降解阳离子胶原水凝胶（CGH）涂层的一体式覆膜分支支架为载体，承载pCAGGS-TIMP2/3-myc质粒DNA，置入胸主动脉后，在对主动脉瘤进行适形地机械性隔绝的同时，通过承载的质粒DNA在主动脉壁局部的靶向高效转染与表达，合成基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP2/3），来解决累及主动脉弓上血管分支的胸主动脉瘤较难实施腔内修复术（TEVAR）及术后动脉瘤颈向动脉瘤进展扩张导致的持续性内漏和支架移位等问题。首先，课题组通过体外实验观察不同浓度的TIMP2/3因子对兔平滑肌细胞生物学行为实验的影响，结果发现：10ng/ml TIMP-2，10ng/ml、30ng/ml 及100ng/ml TIMP-3 可显著性抑制平滑肌细胞迁移，同时30ng/ml 的TIMP-3 可显著性抑制平滑肌细胞凋亡；其次，根据实验要求成功构建pCAGGS-TIMP2/3-myc 和TIMP2/3-shRNA质粒DNA并承载于阳离子胶原水凝胶涂层，研究了它们的降解与释放动力学及降解速率的调控；再次，设计了一体式主动脉覆膜分支支架及其输送系统设计，应用物理、化学方法将生物可降解阳离子胶原水凝胶稳固地涂覆于覆膜血管内支架，并通过主动脉外周浸润弹力蛋白酶溶液的方法成功的诱导出五指山小型猪胸主动脉瘤模型，证实了新构建的主动脉瘤模型具有良好的稳定性和持久性，适用于在体基因转染研究。植入覆膜支架后，将主动脉瘤模型进行影像学、组织形态学等方面研究，并验证pCAGGS-TIMP2/3-myc 和TIMP2/3-shRNA质粒DNA的高转染效率。最后，通过体内、外实验研究验证了阳离子胶原水凝胶涂层承载pCAGGS-TIMP2/3-myc覆膜分支血管内支架及其对照TIMP2/3-shRNA 覆膜分支血管内支架置入猪胸主动脉瘤模型后促进主动脉瘤愈合或瘤颈部发展的作用机制。该研究结果为累及主动脉弓上血管分支的胸主动脉瘤机械性腔内修复术的同时进行基因治疗提供理论依据。