外周动脉疾病(PAD)是世界上最常见的疾病之一。其中，慢性肢体缺血是一种严重的外周动脉疾病，缺乏合适的支架严重限制了介入治疗的潜力。目前，冠状动脉支架取得了很大进展，但外周支架的研究却很少，主要原因是外周支架需要既长又可生物降解，因此需要核心技术的突破。

虽然长而可生物降解的支架（LBS）是治疗PAD的必需品，但LBS的研发(R&D)面临三个关键问题：如何维持早期支架降解直至血管重塑、如何实现均匀涂层以及如何评估其植入后的安全性和有效性（图1）。针对这些问题，来自复旦大学丁建东/中国人民解放军总医院郭伟/先健科技（深圳）有限公司张德元等人报告了一种采用金属-聚合物复合技术的长度可达118毫米且可生物降解的支架(LBS)用于治疗膝下动脉疾病。为了在超声喷涂过程中在长支架上获得均匀的涂层，作者采用了磁悬浮技术。在兔腹主动脉/髂动脉中研究了支架的体内降解情况，并在犬膝下动脉中评估了其临床前安全性。在膝下动脉进行了支架的首次人体植入，13个月的随访证明了长可生物降解支架在临床应用中的可行性。

相关研究成果以“Maglev-fabricated long and biodegradable stent for interventional treatment of peripheral vessels”为题于2024年9月10日发表在《Nature Communications》上。    

图1 简述下肢动脉硬化闭塞症经皮腔内介入治疗的现状、开发可降解长支架的动机和困难、基于金属-聚合物复合材料的长可降解支架（LBS）的设计原理以及LBS在体内和体外的主要试验。          

1.通过磁悬浮技术在长支架上实现均匀的PLA涂层

纯铁比锌和镁具有更高的强度、延展性和成形性，这使得铁支架具有更薄的支柱和更精致的图案。为了进一步提高铁的抗拉强度而不牺牲其生物性能，作者尝试在铁基体中添加微量氮。铁管的抗拉强度随着氮含量的增加而增加，因此使用通过氮化强化铁原料作为支架原材料。

聚合物涂层的均匀性对于金属-聚合物复合材料支架至关重要，这对于LBS尤其重要但又很困难。长支架需要具有柔韧性，以匹配弯曲的血管并避免对血管壁造成额外的机械刺激。为了提高长支架上涂层的均匀性和完整性，该技术必须是非接触式的，并且与固定支架末端兼容。   

图2 传统无限制模式喷涂与磁悬浮喷涂模式的喷涂工艺及结果对比

为此，该研究创新性的引入磁悬浮技术后实现了这一目标。如图2所示，将非接触式磁铁施加到自由端，然后稳定原本漂浮的支架，如补充视频S1右侧所示。图2中涂层厚度的测量证实了引入柱状磁体后长支架表面所得PLA涂层的均匀性。

2.确认LBS在Hank溶液中的体外降解情况以及在小动物体内的降解情况

铁作为心血管支架的生物可降解材料最重要的瓶颈是其在体内降解缓慢。通过氮化处理，可以显著降低LBS中的铁含量，而较少的铁用量可能是支架降解时间较短的部分原因。因此作者进一步引入了锌层，利用活性更高的锌来延缓铁的早期降解。在37°C的Hank溶液中进行体外降解，并在兔子模型中进行体内降解（图3）。结果表明，Fe-Zn-PLA LBS 既能早期支持降解，又能及时降解。在兔子模型中，LBS在植入后24个月内大部分降解，在前2个月内保持完整，Zn缓冲层在约3个月内完全降解。70%的雷帕霉素在前三个月释放，其余部分随后随PLA降解缓慢释放。    

图3B展示了球囊输送系统中的LBS。当球囊充气时，支架的图案可以均匀扩张。横截面的SEM图像也证实了LBS的均匀扩张和涂层均匀性，LBS的支柱厚度为70 μm（包括金属骨架和聚合物涂层）。图3C展示了在兔主动脉中LBS的典型微CT图像和组织学观察。支架支柱在1个月时保持清晰完整，然后在12个月时支柱变得模糊并部分降解，并且在24个月时大部分支架降解。降解过程中未观察到支架塌陷，表明支架置入时间足以进行血管重塑。组织病理学图像显示了24个月时兔腹主动脉的切面。未发现明显的新生内膜增生或支架置入血管的显著炎症反应。

图3 LBS在兔腹主动脉/髂动脉模型中的体内降解    

3.确认LBS的体内和体外生物相容性

接着，作者按照国际标准组织(ISO)的规定进行了一系列体外生物相容性测试，包括Ames测试、小鼠淋巴瘤基因突变测试、微核测试、溶血测试-直接接触、溶血测试-提取、补体活化测试、部分凝血活酶时间和细胞毒性测试，所有测试均证实我们的LBS符合ISO对植入式医疗器械的生物相容性要求。

作者还在犬模型的1个月和6个月随访中对LBS支架和Xience支架进行了组织学评估。体外和体内评估相结合表明金属-聚合物复合材料LBS具有良好的生物相容性。与医疗器械生物相容性间接相关的另一个问题是灭菌过程中的物理化学稳定性。用于测试的所有LBS均经过环氧乙烷(EO)灭菌。尽管据报道EO灭菌会影响聚合物的分子量(MW)，但可以通过优化灭菌参数（例如降低温度、减少灭菌时间、降低EO灭菌浓度和暴露时间）来减轻这种影响。因此，在实验条件下，PLA的MW变化不大。为了进一步评估灭菌对PLA涂层中封装药物的潜在影响，作者还量化了EO灭菌前后的药物含量。然后根据支架中剩余药物的量与支架中添加药物的量来确定药物回收率。经计算LBS在环氧乙烷灭菌前药物回收率为96.8%，在环氧乙烷灭菌后药物回收率也高达96.9%。

4.选择犬作为获取BTK支架的大型动物模型的合理性及LBS的可操作性和安全性的确认

FDA建议使用迷你猪冠状动脉模型和兔髂动脉模型进行生物可吸收冠状动脉支架的临床前动物研究，并积累了大量的历史数据。然而，这些动物没有适合模拟人类膝下动脉的血管。在此，作者选择犬BTK血管模型来接入外周血管支架。将LBS以及金标准介入支架Xience植入左、右后腿的胫后动脉。在支架植入后立即以及预期的血管造影随访时间窗进行光学相干断层扫描(OCT)测量。根据图4，在检查的时间点未观察到支架不连续或塌陷。在LBS组中，支柱后面的阴影在6个月后变得模糊，表明支架支柱腐蚀；相反，Xience支架中的支柱没有随时间发生变化。在植入后的前三个月，支架的回缩与Xience类似。随后，支架开始显著降解，导致6个月时LBS的回缩明显高于Xience支架。在这项犬研究中，主要从管腔面积狭窄百分比来评估BTK动脉对LBS的组织学反应，该百分比与回缩率无关。管腔面积狭窄百分比的计算值如图4所示，在所有检查时间点（1个月、3个月和6个月）中，LBS和Xience之间均无显著差异。 

图4 犬模型胫后动脉管腔内的OCT图像

5.首次在人体中评估LBS及其后续研究

首次人体试验检查的研究对象是一名八十多岁的男性，临床评估诊断为下肢动脉硬化，Rutherford 3级，表示严重的间歇性跛行。为了改善功能障碍并提高患者的生活质量，首先进行了经皮腔内血管成形术。血管造影评估显示左腿胫腓动脉干(TPT)和腓动脉(PA)闭塞；只有胫后动脉(PTA)保持通畅。随后，在患者知情同意和伦理委员会批准后，实施BTK介入治疗。    

图5 在一名80岁男性患者的BTK动脉中通过FIM植入LBS。

图6显示了其他诊断数据，包括术前计算机断层扫描（CT）和超声检查。CT显示膝下疾病，P3（腘动脉，从膝关节间隙中心到胫前动脉起源）和PTA通畅，而PA和TPT可视化不佳。根据超声检查评估，P3节段通畅，术前流速为29.3 cm / s，但TPT阻塞，流速几乎为零。为了实现至少一条直接流向足部的血流，他的TPT应该重新通畅。介入治疗后，闭塞的TPT植入支架，导致血流从0.0 cm / s显着增加到大约98.4 cm / s，展示了LBS有效的管腔维持。13个月的长期随访证实了支架的持久功能和持续的动脉通畅性（Rutherford 0级）。    

图6 LBS的FIM植入的临床CT和超声图像

第二例为69岁男性，Rutherford 5级，溃疡不愈合，局部坏疽，少量组织缺损。根据术前血管成形术，患者TPT通畅，PTA弥漫性狭窄，PA闭塞（图7）。在导丝辅助下穿过PTA病变和PA病变，使用φ2× 80 mm球囊进行PTA；随后，将LBS（φ2.75 × 78 mm）策略性地定位在PTA病变部位，并使用标称充气压力成功扩张。为了进行比较，PA中的长段闭塞性病变用φ2.5 × 170 mm球囊扩张治疗。血管成形术后影像学显示PTA和PA完全通畅，与干预后症状立即缓解（Rutherford 2级）相关。本例患者随访6个月血管造影显示PTA病变狭窄率为30%，PA病变狭窄率为80%。    

图7 第二例LBS植入术前、术后及6个月随访血管造影

病例三也是一名69岁的男性，但Rutherford分类为3级，有严重跛行。患者在其PA中植入了LBS（φ2.75 × 58 mm）。6个月的随访显示PA病变通畅，LBS支架置入良好。总的来说，第二名患者（有轻度跛行）的Rutherford分类从5级改善为2级，第三名患者（无症状）的Rutherford分类从3级改善为0级。综合起来，本文介绍的所有案例都验证了LBS技术的可操作性、安全性和潜在有效性。目前处于临床试验阶段，未来临床团队将报告来自多中心试验的综合统计数据。

综上所述，本文报道了一种长生物降解支架的核心技术。70 µm支柱厚度的LBS基于金属聚合物复合材料，主要由氮化铁和PLA组成。研究发现，PLA 涂层并不能保护铁免于降解，反而会加速其降解。受磁悬浮列车的启发，采用这种远程控制技术，实现了PLA溶液到长支架的稳定均匀的超声波喷雾。此外，本研究基于体外试验、兔子和犬体内实验以及FIM临床研究证明了LBS应用于BTK病变的可行性。这三个临床病例涵盖了所有主要的BTK动脉，即TPT、PTA和PA。此外，LBS临床植入是可降解长支架首次应用于介入治疗，不仅用于膝下动脉疾病，还用于其他类似支架的医疗治疗。因此，本研究从生物材料的基础研究到BTK动脉的FIM植入，为开发各种长而可降解的医疗器械提供了新的见解。    

文章来源：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-52288-4