PGS/PCL双层血管移植体体内引导重塑重建颈动脉的实验研究

摘要

头颈部恶性肿瘤的发病率占总体恶性肿瘤发病率的6％，侵犯到颈动脉的病例也屡见不鲜，预后很差，连同肿瘤整体切除并重建被肿瘤侵犯的颈动脉，是一种比较理想的治疗手段。而重建颈动脉就需要有适合的血管移植体来替换病变的颈动脉。同样，因心血管疾病引起的冠心病及周围血管性病变的有着更高的发病率，严重影响着人类的健康和生命，还有肾衰竭患者血液透析治疗前动静脉通路的建立等等，临床上有很多疾病的治疗都迫切需要一个理想的血管移植体，它需要具备能够长期在体内履行血管的功能而不会引起相关的并发症的性能。而自体血管的来源有限等缺陷限制了它在临床上的使用。因此自从上世纪初，卡雷尔成功地吻合了人的自体血管，奠定了血管移植手术的基础以来，学者们一直都在为寻找到一个理想的血管移植体而坚持不懈地努力着。然而，到目前为止，已经商品化可以用于临床的移植体仍然主要是由PTFE和涤纶构建的人工血管，这种不能降解的移植体，永远以一个异物的形式存在于人体，所带来的并发症，当然也是驱使人们继续寻找理想血管移植体的原因。还有一些研究机构构建出的TEVG已进入临床转化阶段，但是因为存在的问题还很多，而一直停留在临床实验阶段。因而到目前为止，自体血管的移植仍然是血管移植手术的黄金标准。
　　我们在集前人研究经验的基础上，在体外构建出了PGS/PCL双层血管移植体，内层由可以快速降解的相互连通的多孔状PGS（聚癸二酸丙三醇酯）管芯构成，外覆有一层厚度大约12微米的菲薄的PCL（聚己内酯）纳米纤维鞘层。可以在常温下长期保存，能够满足临床“即用即得”的需要，同时在体内具有改建和生长的潜能。它多孔连通的结构以及快速降解的特性，能够快速动员机体募集单核细胞、SMCs、ECs，而其所具备的柔软、弹性体的力学特性促进了细胞的分化增殖以及细胞外基质的分泌，从而快速补偿材料降解而损失的力学性能。为满足早期抗血流压力的性能，辅以仅有约12μm厚的PCL纳米静电纺丝鞘层。植入体内3个月后，材料几乎完全降解，而被自体的细胞和细胞外基质所替代，形成与自体血管相似的三层结构。而残留的微量的PCL大约在18个月后也可以完全降解，但是在研究中发现，PGS/PCL血管移植体在改建过程中会呈现出管壁厚薄不均的现象，这就容易发生血管瘤甚至血管破裂。同时也发现有些新生血管管壁变硬，弹性变小；这些都可能导致移植的最终失败。而PGS材料快速降解，PCL鞘层是唯一可以影响中后期改建结果的因素。另外，与大鼠相比较，人有相对更大的血压变化和相对较慢的机体改建能力。因此，研究不同 PCL纳米纤维鞘层微观结构的PGS/PCL血管移植体在体内改建的不同表现，从而为进一步优化PGS/PCL血管移植体的结构提供依据，对于最终的临床转化来说非常重要。另外，侵犯到颈动脉的头颈部恶性肿瘤，因为没有合适的血管移植体，而常常使颌面外科医生陷入两难的境地；因此我们尝试用PGS/PCL血管移植体在大鼠体内重建颈动脉，并与临床常用的自体静脉的重建结果做以比较，研究其修复颈动脉的优势，为重建被头颈部恶性肿瘤侵犯的颈总动脉提供一个更有效的治疗手段。
　　我们将实验研究设计为三个部分，第一部分是利用盐滤沥技术和静电纺丝技术，构建出具有三种典型微观结构的PCL鞘层的PGS/PCL双层血管移植体；第二部分是将SD雄性大鼠随机分为3组，每组15只，将三组不同鞘层结构的PGS/PCL血管移植体用显微外科的缝合方法移植到大鼠腹主动脉，分别在术后3个月和12个月取材，通过组织学和生物化学等分析方法，研究鞘层微观结构和力学性能对机体改建的影响，从而为进一步优化鞘层的微观结构参数提供依据。第三部是将SD大鼠随机分为2组，第一组10只，植入PGS/PCL血管移植体，第二组6只植入大鼠的自体颈外静脉，在第12个月取材，通过组织学和生物化学等分析方法，研究 PGS/PCL血管移植体重建颈动脉的优势。
　　我们的研究结果显示，延长静电纺丝时间，显著增加了PCL纳米纤维鞘层的密度和PGS/PCL双层血管移植体的机械力学强度。另外，随着鞘层密度的改变，机体对PGS/PCL双层血管移植体的肌性改建也发生了很大的变化。本组研究中适中密度的PCL纳米纤维丝鞘层结构能够显著提高机体对移植体肌性改建的能力，使募集的平滑肌细胞持续处于一种稳定的分化状态，机体对移植体的改建持续向着一种稳定的、肌性和功能性的方向发展。另外，外膜的血管化和M2型巨噬细胞的渗入，与鞘层密度和微观结构密切相关，通过调整鞘层密度和微观结构可以调节肌性改建和组织细胞的表型。这些发现证实了对缠绕在PGS管芯外的PCL鞘层合理的设计能够启动高质量的肌性改建，从而保证了新生血管具有更强的压力承受能力，优良的缝合操作性能，以及实现在动脉血流动力学环境中的长期与自体血管相当的功能行驶，为进一步的临床转化提供依据。
　　大鼠颈动脉重建的体内实验研究表明，用PGS/PCL血管移植体重建颈动脉，与自体静脉重建颈动脉相比，具有更多的优势，突出表现在：
　　1.新生血管在体内长期的改建过程中未出现管壁过度增生、钙化；
　　2.新生血管壁中出现了大量弹性蛋白的沉积；
　　3.能够形成疏松结缔组织样的外膜结构，不与机体组织发生瘢痕粘连；
　　4.实现了血管壁外膜神经的重建。这个结果暗示了PGS/PCL双层血管移植体可以更好地实现具有收缩性和灵活性并且神经分布比较丰富的肌性颈动脉的重建，为侵犯到颈动脉的头颈部恶性肿瘤的治疗提供一个新的治疗手段。

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缩略语表

中文摘要

英文摘要

前言

文献回顾

第一部分 血管组织工程概述

第二部分 静电纺丝技术在组织工程血管中的应用

实验一 不同鞘层结构的PGS/PCL双层血管移植体的构建和性能测定

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

实验二 PCL鞘层密度影响PGS/PCL双层血管移植体的体内改建的实验研究

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

实验三 PGS/PCL双层血管移植体体内引导重塑大鼠颈总动脉的实验研究

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

小结

研究内容

结论

需要进一步开展的研究

参考文献

研究成果

致谢