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人工血管的发展历史和技术要求

嘉峪检测网        2021-01-25 11:05

对埃及木乃伊的研究表明,动脉粥样硬化和钙化在3500年前就已比较普遍,对大动脉疾病的治疗也早已开始。公元2世纪的希腊外科医生Antyllus,已尝试在当时的医疗条件下结扎四肢和头部的动脉瘤,并留下了记录;1888年5月6日,美国外科医生Rudolph Matas首次对左臂创伤性动脉瘤的患者进行了囊内缝合术(endoaneurysmorrhaphy);随后到了1950年代,多名外科医生开始尝试使用了同种异体移植物修复了胸主或腹主动脉瘤。1951年3月29日,法国巴黎的Charles Dubost首次成功地完成了第一例腹主动脉重建手术,患者是一名50岁男子,通过左胸腹切口,使用的是3周前从另一名20岁死亡女性身上取下的15cm胸主动脉,这也使他成为了主动脉动脉瘤修复手术的第一人。(该患者在术后成功存活了8年,并最终死于心肌梗塞)

 

这里不得不提的是另一名法国医生Jacques Oudot,人生更为传奇,他一直从事药学工作,直到30岁才开始考虑从事医学外科工作。1950年他和Jean Natali对20只犬进行了主动脉重建手术,发现更小的创伤性夹闭工具和更细的针头,能帮助动物更好的存活,其中一只犬最终存活了10年。1950年11月14日,他对一名51岁的主动脉闭塞、左腿溃疡迁延不愈的女性患者进行了手术,术后患者状况良好,但没有股动脉搏动;1951年5月8日,Oudot在该名患者的两个髂外动脉之间进行了异体移植物的植入,该患者最终存活到了1954年,尸检显示移植物内血栓形成。如果说上面的Dubost博士主要致力于外科手术,Oudot医生则有另一种爱好:登山,这个爱好最终要了他的命。1953年,他在开往Chamonix时撞车,脾破裂,当地外科医生慑于他的名望不敢对他手术,于是他在完成了13例主动脉重建术病例后死亡,他关于肾脏移植和主动脉弓移植等工作的成果从未发表。

 

1952年,Voorhees, Jaretski和Blakemore报告称,可使用塑料Vinyon-N管作为同种异体移植物的代替(毕竟尸体也有限~),并成功在犬主动脉中植入。虽然该材料最终并不令人满意,但这一想法得到了推广。1955年,W. Sterling Edwards报道了尼龙假体的开发,但尼龙材料的固定性欠缺,于是很快,聚四氟乙烯PTFE和涤纶假体就登场了。于是我们进入了各类材料人工移植物的年代,各类非生物可降解聚合物粉墨登场,但长期通畅率偏低和血栓一直是困扰临床的一大难题。

人工血管的发展历史和技术要求

 放置在狗腹主动脉的Vinyon N 假体

人工血管的发展历史和技术要求

图某T厂的人工血管三层结构示意图(内层是标准的杜邦无涂层机织涤纶,外层是PTFE,这两层由中央的自密封弹性膜融合在一起)

理想的移植物 -人工血管,必须具有顺应性、抗血栓形成性和对感染的抵抗力,同时具备正常血管类产品的愈合、重塑、收缩和分泌的能力。因此,考虑到当前人工血管的局限性,组织工程化的人工血管应运而生,并通常由以下三个基本因素制备:1)由胶原蛋白或可生物降解的聚合物制成的结构支架;2)血管细胞;3)滋养环境。当然还有从受试者自身产生纤维胶原管(皮下组织或腹膜腔),以及从无细胞的天然组织(例如脱细胞的小肠粘膜下层、输尿管,以及同种异体或异种动脉)构建人工血管的方法。(但话又说回来,人工血管其实不需要制作出与自然动脉完全相同的机械性能,由于重塑和修复机制的存在,人工血管能够适应血流动力学条件,从而获得相应的机械性能~~是不是和瓣膜很像)

人工血管的发展历史和技术要求

制备组织工程人工血管的方法和初期结果

观察上表,早期研究者们使用了胶原蛋白和牛主动脉细胞(牛:凭什么又是我?不是还有猪吗),以形成环状血管,加用涤纶网格来增加强度。后面日本研究者还有用过犬颈部血管平滑肌细胞SMCs的,也有用羊和人脐带细胞的,但是胶原基人工血管的机械强度差,即使采用人成纤维细胞和内皮细胞(预防血栓)制备,仍不能在生理水平上承受腔内压力。研究者们尝试使用不同的方式(物理、电磁,等等)来达到SMCs的周向排列以解决这一问题,此外粥样硬化患者的内皮细胞EC也被认为并不合适,而更换为内皮祖细胞EPC。还有一个存在问题是大的合成移植物在治疗流量大阻力低的譬如主动脉病变时具有出色的长期效果,而小直径(<6mm)的合成血管则往往受限于血栓形成和顺应性不匹配,以致临床效果不佳,这点现阶段的组织工程人工血管也未很好地解决。(这和上次那个组织工程瓣膜重塑的思路一致啊,人工血管是破裂强度、血栓和钙化,瓣膜也差不多,看来大家都在同一个点上被卡着,而且一卡就是20年~)

人工血管的发展历史和技术要求

基于胶原蛋白的人造血管制备及构造

虽已有使用组织工程人工血管用于外周临床病例的报道,也有日本人群主动脉运用的报道,但结果差强人意。组织工程学的方法多种多样,鉴于目前技术还是受限,一个大规模临床的也没有,不太好比较,就不展开了。

人工血管的发展历史和技术要求

 动物模型和临床研究中,通过支架材料对人工血管进行的分类(可见已开发和评估了各类组合~)

 

引用文献:

1.     Yuichi Marsuzaki, Kelly John, Toshihiro Shoji, et al. The evolution of tissue engineered vascular graft technologies: from preclinical trials to advancing patient care. Appl Sci(Basel). 2019 Apr; 9(7):1274.

2.     Michele Carrabba, Paolo Madeddu. Current strategies for the manufacture of small size tissue engineering vascular grafts. Front Bioeng Biotechnol. 2018; 6:41.

3.     Samand Pashneh-Tala, Sheila MacNeil, Frederik Claeyssens. The tissure-engineered vascular graft-past, present, and future. Tissue Eng Part B Rev. 2016 Feb 1; 22(1): 68-100.

4.     Gareth Morris-Stiff, Samuel Ogunbiyi, Richard K. Winter, et al. Aortic replacement in aorto-occlusive disease: an pbservational study. BMC Surg. 2008; 8: 19.

5.     John D. Kakisis, Christos D. Liapis, Christopher Breuer, et al. Artificial blood vessel: the holy grail of peripheral vascular surgery. Journal of Vascular Surgery. Volume 41, Issue 2, February 2005. 

6.     Steven G. Friedman. The 50th anniversary of abdominal aortic reconstruction. Historical Review. April 01, 2001. 

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来源:MiHeart