镁合金是血管支架应用的理想材料，药物洗脱涂层可以优化镁基底的腐蚀形貌，降低再狭窄的发生率。本课题将不同分子量的聚三亚甲基碳酸酯 (PTMC)搭载抗增殖药物紫杉醇（PTX）作为药物洗脱涂层应用于镁合金表面。PTMC涂层以均匀的层蚀机制降解，为镁基体提供了长期保护，同时表现出了稳定持续的药物释放能力以及良好的生物相容性。

01、研究内容简介

永久性金属支架是心血管介入治疗中最有效的治疗选择之一。然而，它们在血管中的永久存在会导致持续身体刺激、无法重塑血管、血栓形成、未来成像或冠状动脉手术选择的不利等问题。可生物降解支架可以克服这些缺点，为血管提供足够但临时的支撑。镁及其合金表现出适当的机械支撑和在人体中安全降解的能力，因此是可生物降解支架应用的有希望的候选者。

镁合金在生理环境中的快速降解和由此产生的力学强度快速衰减会导致合金在完成血管重塑之前失去其机械完整性，限制了其临床应用。因此，许多工作致力于通过表面涂层改性提高镁合金的耐腐蚀性，包括金属氧化物涂层、氟化物涂层、磷酸钙涂层和聚合物涂层。由于聚合物涂层可以作为药物储库并且可以用生物分子进一步功能化，因此相较于其他支架涂层材料具有额外的优势。聚 (乳酸-共-乙醇酸) (PLGA)、聚 (L-丙交酯) 酸 (PLLA) 和聚己内酯 (PCL)等材料已广泛用于永久性金属基药物洗脱支架。然而，当它们应用于镁合金表面时存在一些无法克服的缺点。它们的酸性降解产物和整体降解行为可能会加速镁基体的降解速率，降低耐蚀性。此外，镁基体降解引起的氢气快速析出可能会导致涂层下形成气穴，进而引起聚合物碎片从支架上剥离，对临床使用造成不良后果。

PTMC是一种降解产物为中性，以表面侵蚀降解为特征的高分子聚合物，可以最大限度地减少血液的渗透，从而有利于降解过程中涂层与基材之间的界面结合。有研究证实，由于表面侵蚀行为，PTMC 可以显着降低镁基材的腐蚀。当与含磺基甜菜碱的聚合物 PSB 结合使用时，杂化聚合物层 (PTMC–NHCO–PSB) 可抑制血小板沉积和平滑肌细胞的粘附。因此，具有中性降解产物和表面侵蚀降解行为的PTMC有望减缓镁基材的腐蚀并显示出良好的细胞相容性。

本研究致力于开发不产生酸性降解产物并适用于血液接触支架的可降解聚合物涂层。在此，我们报告了一种具有表面侵蚀行为的PTMC涂层，以改善镁基体的腐蚀性能。通过氟化物和硅烷预处理提高镁基体的耐腐蚀性和聚合物涂层的附着强度，对比不同分子量的 PTMC 涂层对镁合金降解行为、细胞相容性和血液相容性的影响。此外，传统的抗增殖药物紫杉醇被掺入到PTMC涂层中，通过测定其对平滑肌细胞增殖的影响评价了其药物释放行为和生物活性。

Fig. 1 Surface morphologies of PTMC coated magnesium alloys (a) and (b) the cross-sectional morphology of (a), (c) FTIR spectra and (d) the bonding strength of PTMC coatings.

实验结果表明，PTMC涂层均匀包裹基体，厚度约为 5μm，经等离子体和硅烷预处理后涂层具有更好的结合力，结合强度较对照组提高了 21.5% (图1)。与PLGA涂层相比，PTMC 涂层样品的阳极极化电流与析氢速率显著降低。腐蚀20d后，PLGA涂层表面形成超过 300 μm的腐蚀坑，HF预 处理和 PTMC5 涂层表面也可见明显的腐蚀坑，形成直径约100 μm的腐蚀坑，而PTMC35 涂层即使经过 20d的腐蚀，能为基体提供持续的保护，并在第 20d时保持涂层完整（如图2）。为了表征PTMC涂层的表面侵蚀降解行为，在含有脂肪酶的Hank’s溶液中进行加速降解实验。随着浸泡时间延长，PTMC 涂层外表面变得粗糙并且涂层厚度均匀变薄。随着涂层的侵蚀，没有观察到涂层的脱落和镁基体的腐蚀(图3a-d)。药物释放曲线表明PTMC涂层样品在前期表现为PTX的突然释放，此后，药物释放持续缓慢，20d内累积释放百分比约为30%。而PLGA 涂层样品前期释放缓慢，随后出现药物的加速释放，20d内累积药物释放量达到 60%以上(图3e)。

Fig. 2 Potentiodynamic polarization plots of PTMC and PLGA coated samples and the calculated electrochemical parameters are presented in the inset table (a); hydrogen evolution behaviors (b) and corrosion morphologies (c) of PTMC and PLGA coated samples.

Fig. 3 The surface erosion of PTMC coating: cross-sectional morphologies of PTMC35 coated samples after (a) 0 h, (b) 48 h, (c) 96 h, and (d) 144 h corrosion; drug release profiles of PTMC and PLGA coated samples with paclitaxel (e).

生物相容性实验表明，PTMC涂层具有较好的血液相容性和细胞相容性。如图4， PTMC 涂层仅见少量血小板粘附，且呈现未激发的圆形，溶血率低于5%。间接和直接细胞实验结果表明，PTMC35涂层对HUVSMC细胞无毒性，PTX释放后能够有效抑制HUVSMC粘附和增殖（图5）。

Fig. 4 (a) Representative morphologies of adherent platelets on the surface of PTMC and PLGA coated samples, (b) the number of platelets assembled on different coating surfaces and (c) hemolysis percentage.

Fig. 5 (a) Cell viability, (b) quantitative analysis and (c) morphologies of HAVSMCs on the surface of PTMC and PLGA coated samples with or without the paclitaxel releasement. *P < 0.05 and **P < 0.01.

Fig. 6 Schematic illustration of the erosion models and drug release for (a) PLGA coated and (b) PTMC35 coated samples.

综上所述，我们在镁合金上开发了不同分子量的PTMC涂层，并研究了其作为药物洗脱涂层应用于支架的可行性。高分子量PTMC35涂层能为基体提供了持久的保护。同时PTMC涂层表现出表面侵蚀降解行为，比整体降解PLGA涂层更稳定和持续地释放紫杉醇，有效抑制HUVSMC的增殖。进一步，PTMC涂层良好的血液相容性符合临床使用要求(<5%)。PTMC35涂层具有表面侵蚀、药物释放稳定、生物相容性好等特点，有望作为镁基支架药物洗脱涂层的候选材料。