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几种血管支架材料的性能优缺点

嘉峪检测网        2021-03-02 23:42

选择合适的支架材料是决定血管支架性能优劣的关键因素之一。目前有很多符合植入人体要求的生物材料可应用于血管支架的制作,主要有金属、合金和高分子材料等。理想支架材料应具有以下标准:①物理性能稳定,有一定的力学机械性能,长期使用无劳损;②具有良好的生物相容性;③不会导致过敏反应,无致癌和致畸性;④制作、消毒、操作和保存方便,且价格便宜。

 

1. 不可降解血管支架

 

不可降解血管支架包括316L不锈钢、镍钛合金、Co-Cr合金等不能够在人体内自行降解的血管支架。它们具有良好的可塑性和几何稳定性,机械强度高,送达病变部位后可以更好地起到支撑血管的作用。

 

1.1  316L不锈钢血管支架

 

316L不锈钢因具有良好的机械性能和抗腐蚀性(C含量<0.030wt%),而成为制备金属支架材料的首选材料。它具有较高的强度与硬度,热处理后表面呈现马氏体结构,使材料硬化,从而支架具有较高的支撑强度和硬度。然而316L不锈钢的铁磁性质(纯Fe含量<60-65wt%)和低密度限制了其在临床上的应用,不具有核磁共振(MRI)兼容性,荧光可见性非常弱。同时316L不锈钢金属裸支架还存在生物相容性的问题,其Ni、Cr、Mo的质量百分含量分别为12%、17%和2.5%[1]。316L不锈钢制备的植入体会产生Ni离子溶出,使人们发生过敏反应,尤其是316L不锈钢制备的血管支架溶出的Ni、Cr和Mo可能引发局部的免疫反应和炎症反应,而这些不良反应又导致了血管内膜增生和血管支架内再狭窄的发生[2]。

 

1.2  Pt-Ir合金血管支架

 

Pt-Ir合金的Pt、Ir含量分别为90%和10%,此合金制成的裸金属血管支架已经在动物模拟实验中取得成功[3, 4]。此种支架显示出极好的辐射不透过性[3],甚至可以使用核磁共振成像(MRI)来获得支架内部的三维形貌,和316L不锈钢相比,它所产生的磁共振伪影要少得多[5]。金属Ir的存在可以使Pt-Ir合金用来制作放射性血管支架。总的来说Pt-Ir合金显示出极强的抗腐蚀性,可以减少血栓形成和内膜增生,但是其机械性能比较差,支架回缩率高达16%[3, 4],同时关于Pt-Ir合金生物相容性和血液相容性的文献报道也较少。

 

1.3 Ta金属血管支架

 

Ta具有极强的抗腐蚀性,表面有一层极其稳定的氧化膜层,可以阻止支架金属基体和所吸附的生物物质间产生电子交换。它已经被用作316L不锈钢的膜层材料来增加316L不锈钢血管支架的生物相容性[6]。由于Ta的密度较大,因此其荧光可见性好,并且Ta具有非铁磁性,核磁共振成像时不会产生伪影现象[7]。虽然Ta的生物相容性和荧光可见性很好,但是Ta金属制血管支架并没有被广泛使用,主要是因为其机械性能较差,屈服强度(138Mpa)和拉伸强度(207MPa)较接近[8],血管支架展开时容易破裂。所以施加给支架使其展开的力不能太大,但力太小又容易产生回缩现象。

 

1.4 Ti金属血管支架

 

由于具有极好的生物相容性,Ti金属常被广泛应用于整形和牙齿矫正等生物领域,其表面可以形成一层稳定的氧化膜,从而使Ti金属具有很好的抗腐蚀性[9]。但是Ti金属并没有被用来制作血管支架,因为Ti的拉伸强度太低,很容易产生拉伸断裂,正是由于Ti的机械性能差,使得工业纯Ti金属不能被用来制备血管支架。

 

1.5 Co-Cr合金血管支架

 

Co-Cr合金在牙科和整形外科领域里已经使用了几十年了[10],只是最近几年被用作血管支架的制备材料。由于具有较高的弹性模量,Co-Cr合金的径向强度很好。血管支架制作工艺中,支架的厚度是一个关键参数,Co-Cr合金可以用来制作超薄血管支架,这一优点使其越来越受到人们关注[11]。

 

2 、可降解血管支架

 

在机械扩张后的血管内安放金属支架能减少发生急性血管闭塞和再狭窄的概率,并取得了很好的临床效果,但金属支架本身具有血栓源性,可导致亚急性血栓形成,植入后易造成血管的损伤及引起体液和细胞反应,还可引起血管新生内膜增生,致使管腔再狭窄[12, 13]。另外,由于植入的金属物质永久存在,还会产生潜在的问题,远期疗效并不理想。研究表明,血管闭塞和再狭窄主要发生在最初的6个月中,因而有人研究用生物可降解物质制作血管内支架,以便在一定时间内支撑管腔,保持血管通畅,而后逐渐降解乃至消失,有效防治血管扩张后的急性闭塞和再狭窄[14]。可降解血管支架包括可降解金属(纯Fe、Mg合金)血管支架和高分子聚合物型(主要是聚酯类)血管支架,此类支架只是在一定时间内提供机械支撑,经过数月以后逐步降解消失。

 

2.1 纯Fe血管支架

 

纯Fe(纯度>99.5%)是Fe制生物可降解血管支架的主要成分,Fe拥有较高的弹性模量,因此径向强度也很好,有利于制作较薄的血管支架。纯Fe的屈服强度和拉伸强度很接近,从理论上讲,用它做成的血管支架在展开时容易产生断裂,然而纯Fe制血管支架在兔子和猪动脉中成功展开,所施加的膨胀压强分别3.5atm和10atm[15, 16]。支架的生物降解包括Fe氧化为Fe+2和Fe+3,这些离子溶解到周围的生物环境中。体外条件下,Fe+2可以减少平滑肌细胞增殖,从而抑制内膜增生[17]。降低了血栓形成和内膜增殖的发生,同时没有观察到局部毒性,在一些动物模型试验中也观察到Fe制血管支架内皮化的发生[15, 16]。

 

2.2  Mg合金血管支架

 

Mg和Mg合金早期被用来制作生物可降解骨科植入物[18]。然而在血管支架领域里,Mg和Mg合金还属于新材料[19]。纯Mg的机械性质和抗腐蚀特性不符合制作血管支架的要求,但是Mg合金符合相关要求[20]。文献中报道过的用于制作血管支架的Mg基合金有两种AE21[19]和WE43[21]。这两种合金除了含有Mg外,AE21含有2%的铝(Aluminum)和1%的稀土金属(Rare earth),WE43含有4%的钇(Yttrium)、0.6%的锆(Zirconium)和3.4%的稀土金属。但是Mg合金的弹性模量很低,制成的血管支架很容易断裂,同时X射线可以穿透Mg合金,使Mg合金血管支架不能在X射线下成像。血管内超声成像技术和核磁共振成像(MIR)技术可以用来观察Mg合金血管支架[22]。金属Mg在生理环境中可以被腐蚀产生可溶性氢氧化镁、氯化镁,并产生氢气,因此有必要研究Mg合金的在生物环境中的腐蚀产物。

可生物降解金属支架在儿童动脉中看起来有很好的应用前景,然而这些金属支架降解物类型、降解物大小和这些降解物的生物相容性仍需要进一步研究。从理论上讲,Mg金属的机械性能较差,不适合用来制作血管支架,并且这些金属的降解速率很难控制。

 

2.3 高分子聚合物型血管支架

 

高分子可降解材料的共同特点是在人体内可以自行降解为二氧化碳(CO2)和水(H2O)等小分子,并随机体的正常代谢排出体外。现在应用的医用高分子降解材料较多,主要是聚酯类物质,包括括聚乳酸(PLA)、聚L乳酸(PLLA)、聚羟基乙酸(PGLA)、聚羟基乙酸/聚乳酸共聚物(PELA)、聚己酸丙酯(PCL)、聚羟基丁酸戊酯(PHBV)和聚氧化乙烯/聚丁烯共聚物(PEO/PBTP)等。此类材料制成的血管支架可以在血管内短期被吸收,降解成无毒的产物,对人体不会产生副作用,同时支架对血管提供暂时性的支撑作用,无长期的并发症。

 

然而高分子聚合物型血管支架的支撑强度比金属支架要小得多,材料在X光下的无法显影,支架在手术中难以准确定位,同时高分子聚合物都是黏弹性材料,容易导致血栓的形成。

 

参考文献

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来源:Interspire