荷兰科学家3D打印可降解、自扩张的血管支架研发进行时

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2018-03-08 23:40:30

心血管疾病是全球头号“杀手”,这类疾病也是我国总死亡原因中的首位因素。在心血管中放入介入支架是治疗冠脉狭窄疾病的常见医学治疗手段。介入支架先后经历了裸金属支架(BMS)时代和药物洗脱支架(DES)时代,2006年之后,医学界逐渐认识到药物洗脱支架所产生的支架内血栓等并发症,并且从理论上来讲,介入支架在手术后的6~9个月后就已完成血管重构,永久性的血管支撑是没有必要的。在此理论基础上,诞生了新一代可降解支架。

近几年来,全球医学界展开了可降解心血管介入支架的研究,3D打印可降解聚合物支架也是其中一项研究热点。荷兰艾恩德霍芬理工大学(Tu /e)的科研人员近日发表了一篇关于3D打印心血管支架的文章,这款支架具有可降解、自扩张的特点,作用是治疗动脉狭窄或薄弱,特别是治疗儿童的相关疾病。

在液体环境中自动扩张并逐渐降解

在3D打印聚合物支架的研究过程中,研究团队从支架的设计、力学性测试、支架的扩张方式等方面与常见的形状记忆合金-镍钛合金支架进行了比对。比较常见的心脏动脉支架放入过程是用气囊来扩张网状的镍钛合金支架,并推动动脉中斑块。过一段时间之后,支架逐渐成为血管的一部分,这是传统支架治疗能否取得成功的关键步骤。

研究团队在典型镍钛合金支架设计参数的基础上,设计了聚合物支架。并通过仿真测试,优化设计参数,直到聚合物支架达到甚至是超过镍钛合金支架的力学性能。

设计完成的聚合物支架,通过MakerBot Replicator 2X3D打印机进行打印,打印材料是 FlexiFil 丝材。这是一种由Formfutura 制造的TPC 柔性3D打印材料。3D打印聚合物支架经过了力学测试,测试数据同样与镍钛合金支架进行了比对,确保聚合物支架可以达到同样的性能。

在弯曲测试中,FlexiFil聚合物支架可适应的直径为10mm, 在液体环境中,支架表现出良好的扩张能力。

为了确保支架植入血管后可以逐渐降级,研究团队进行了加速水解实验。他们将3D打印支架放在90摄氏度的恒温水中,在经过两周体外测试后,支架的孔隙度得到加强,该结构有利于细胞的长入。

研究团队提出,未来他们将对生物相容性的高分子3D打印材料做进一步的研究,并开展TPC 柔性支架的动物实验,实现支架在体内16周即可降解的目标。

REVIEW

近几年来,全球医学界陆续推出了可降解的聚合物支架,如:Igaki-Tamai支架,Abbott BVS支架,XINSORB支架(上海微特生物技术有限公司)等,其中雅培的Abbott BVS等支架已经通过了欧洲的CE认证,可以正式在临床中应用。

目前常见的可降解支架的制造技术是采用激光设备将管状支架中的材料进行去除,从而得到一个网状的聚合物支架。在制造过工程中,大多数材料被去除掉了,对于材料成本高昂的支架来说,这种加工方式无疑会产生很高的制造成本。

除了本文介绍的荷兰艾恩德霍芬理工大学的研究成果,全球还有多家医学研究机构以及医疗器械厂商开始将3D打印技术应用在可降解聚合物支架的制造领域,如:美国西北大学使用“微观连续液面生产”3D打印技术,快速制造可降解的聚合物支架;北京阿迈特通过自主知识产权的3D打印设备制造冠动脉支架和外周血可降解聚合物支架,其产品已经进入到临床试验阶段。

3D打印技术在心血管可降解支架制造中应用的意义主要体现在两个方面,一方面增材制造工艺可以显著节省制造材料。另一方面,3D打印设备在制造复杂性产品方面的能力,给支架微观结构的设计优化带来了更大的空间。对于3D打印可降解支架在临床实际应用中的效果,以及医疗监督机构对3D打印可降解支架的医疗审批情况,3D科学谷将保持关注。