具有纤溶活性的多功能血液接触材料表面

摘要

血液接触材料的植入所引起的血栓形成是导致其功能丧失的主要原因之一。一直以来，研究者们致力于设计出一种能够长期使用并具有良好生物相容性的血液接触材料。随着对生物材料表面改性的深入研究，研究者通过制备“生物惰性”和“生物活性”表面这两种策略来改善材料的血液相容性，并对这两种策略进行了较为深入的探索。“生物惰性”和“生物活性”两种策略的共同使用往往能够更大程度地改善材料的血液相容性，但截至目前，我们仍然无法获得一个真正意义上的血液相容性材料表面。对于心血管植入材料，不仅需要抑制血栓在材料表面的形成，还需要解决由平滑肌细胞增殖所造成的内膜增生的问题。通过合理设计，构建具有多种生物功能的抗血栓表面有望成为解决该问题的一个有效途径。
　　本研究主要内容包括：⑴将亲水性单体甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯（OEGMA）与乙烯基赖氨酸单体（LysMA），通过一步接枝共聚的方法引入到乙烯基功能化的聚氨酯（PU）表面（PU-POL），在保持表面原有纤溶活性的基础上，通过共价键结合的方式引入了硒代胱胺生物活性分子，所制备的PU-POL-Se表面能够在7天内稳定催化亚硝基谷胱甘肽（GSNO）释放NO（平均速率0.61×10-10 mol cm-2 min-1），与健康的内皮细胞层释放NO的速率（0.5×10-10~4.0×10-10 mol cm-2 min-1）相近。通过将纤溶功能和NO释放功能相结合，材料表面不仅能够溶解初生血栓、抑制血小板的黏附，还能够通过抑制平滑肌细胞的黏附以降低内膜增生的发生率。⑵将亲水性单体甲基丙烯酸-2-羟乙酯（HEMA）及甲基丙烯酸金刚烷甲醇酯单体（AdaMA）通过一步接枝共聚的方法引入到乙烯基功能化的PU表面（PU-PHA），然后通过共价键结合的方式固定生物活性分子硒代胱胺赋予改性表面催化释放 NO的功能，所合成的 PU-PHA-Se表面具有排斥非特异性蛋白质吸附、抑制人脐静脉平滑肌细胞（HUVSMCs）黏附及增殖以及血小板黏附及激活的功能。更为重要的是，该表面还可通过主客体相互作用进一步结合不同功能的生物活性分子。通过主客体相互作用将ε-赖氨酸修饰的CD（CD-L）固定至PU-PHA-Se表面后，得到的PU-PHA-Se/CD-L表面具有较好的纤溶活性，能够在25 min内溶解初生血栓。这种策略通过主客体相互作用引入纤溶功能，有效避免了材料表面ε-赖氨酸组分的损失，Plg在 PU-PHA-Se/CD-L表面的吸附量（165 ng/cm2）远高于PU-POL-Se表面的吸附量（60 ng/cm2）。而通过主客体相互作用将磺酸修饰的CD（CD-S）固定至PU-PHA-Se表面后，得到的PU-PHA-Se/CD-S表面还具有优异的抗凝血能力、抑制HUVSMCs的黏附及增殖和促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）黏附及增殖的能力。上述工作为多功能材料表面的构建提供了新的方法，解决了不同生物分子同时改性材料表面所遇到的分子之间竞争作用及无法控制数量比例的问题。⑶将HEMA、LysMA及AdaMA单体通过一步接枝共聚的方法引入乙烯基功能化的PU表面，再将CD-S通过主客体相互作用固定至PU-PHLA表面，所制备的PU-PHLA/CD-S表面能够于血浆中选择性吸附Plg（吸附量为200 ng/cm2），表现出较好的抗凝血性能（相较于PU表面的PRT时间延长14 min）和纤溶活性。该策略在促进材料表面内皮化（HUVECs在材料表面48 h的生长数量相较于PU表面提高130％）的同时抑制平滑肌细胞在材料表面的黏附及增殖（诱导HUVSMCs在材料表面的皱缩型表达），并且能够抑制血小板在材料表面的黏附，构建了一种兼具抗凝血、纤溶活性、促进内皮化及抑制平滑肌细胞增殖的材料表面。⑷通过层层组装法（Layer-by-layer assembly，LBL）将对苯乙烯磺酸钠（SS）与AdaMA的共聚物（P(SS-co-Ada)）和壳聚糖共同改性模型基材金表面，最后通过主客体相互作用将CD-L固定至材料表面，所得到的 Au-LBL/CD-L表面不仅具有优异的抗凝血性能和纤溶活性，还对血管细胞的生长具有选择性（HUVECs在材料表面生长48 h后的活性相较于Au表面提高90%， HUVSMCs在材料表面生长48 h的活性相较于Au表面下降59%），并表现出一定的杀菌功能（使大肠杆菌表面皱缩死亡）。该法具有普适性强、操作简单及反应条件温和等优点，不仅适用模型基材，还可进一步应用于多种生物医用材料表面。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 血液接触材料概论

1.2 材料表面血栓的形成

1.3 抗血栓材料研究现状

1.4 多种功能分子共同改性制备多功能抗血栓表面

1.5 课题的提出

第2章 具有纤溶活性及原位催化释放一氧化氮功能的聚氨酯材料表面

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 通过分步固定策略制备具有催化释放一氧化氮及类肝素或纤溶功能的多功能表面

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 具有纤溶活性、促进内皮细胞生长及抑制平滑肌细胞黏附的多功能聚氨酯材料表面

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 利用层层组装和主客体相互作用制备具有纤溶活性、血管细胞选择性及抗菌活性的多功能表面

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

参考文献

博士论文工作期间科研成果与奖励

致谢