气管支架及采用该气管支架的组织工程气管及其应用

摘要

本发明提供一种气管支架及采用该气管支架的组织工程气管及其应用。所述气管支架包括多个间隔设置的支撑环，相邻所述支撑环之间设置有中空的网状的支撑件。本发明的优点在于，本发明的气管支架具备良好支撑能力，可在两周内形成较好的软骨(使用染色手段鉴定)，可直接用于移植，而现有技术中报道的支架一般需要至少两个月的时间才可以进行移植；并且现有技术中的气管支架先是体外培养，然后动物皮下预移植，然后再取出进行移植，而本发明气管支架在两周内形成较好的软骨即可进行移植，不需要进行动物皮下预移植。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种气管支架及采用该气管支架的组织工程气管及其应用。

背景技术

临床上气管畸形在先天性心脏病(先心病)患儿中的发病率较高，文献报道可占到先心病患儿的12.9％左右。而我国先心病发病率约为0.7～0.8％，每年新增患儿约15万人。在我们上海儿童医学中心心脏中心，每年有很多先心病患儿合并气管畸形。气管畸形中最常见的是气管狭窄，心血管畸形使气管受压、软化是其原因之一。婴幼儿气管狭窄的治疗仍然是临床难题，目前仅有我们心脏中心对先心病伴气管狭窄的患儿同时行一期手术矫治，但预后欠佳，近期病死率达20％左右。

针对气管狭窄，目前临床外科主要的手术方式为端端吻合术及滑片吻合术(Slide法)。端端吻合术即切除狭窄段后直接吻合，主要针对长度不超过1.5cm的短段气管狭窄，而对超过1.5cm的长段狭窄效果不理想，这类病例多采用滑片吻合术(Slide法)，即将狭窄段气管切断后，上端剪开前壁，下端剪开后壁，扩张后对位缝合[6]。我们科徐志伟教授率先在国内开展了大量这方面的手术，积累了非常丰富的经验。这两种手术方式术后容易导致吻合口破裂，漏气，肉芽增生等并发症发生，这些并发症一旦发生严重影响治疗效果。并且，对许多均匀的、长段气管狭窄患儿，因为没有合适的气管修复材料而无法采用Slide法进行修补，不得不放弃外科手术这唯一的希望，预后极差，成为全球医学界治疗的难点、争议的焦点和研究的热点。因此，寻找新的气管修复材料，成为解决复杂的长段先天性气管狭窄伴先心病问题的关键。

近年来，组织工程由化学家R.Langer及外科医师J.P.Vacanti共同提出后取得了迅猛的发展，随着组织工程的出现和发展，利用组织工程学的方法构建具有生长活性的组织工程气管成为了研究热点。尤为可贵的是最近几年利用组织工程方法构建的血管，气管，软骨等均有临床应用的尝试，已有极少数临床应用的报道，但仍存在很多问题。气管是一种由透明软骨、上皮组织、结缔组织等构成的复杂器官，其中软骨环起支撑作用，上皮组织起清洁及防御功能。鉴于气管的这种解剖和生理特点，构建具备完整结构与功能的长段组织工程气管仍面临严峻的挑战，成功率极低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种气管支架及采用该气管支架的组织工程气管及应用，所述气管支架能够具备良好支撑能力，可在两周内形成较好的软骨，可直接用于移植。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种气管支架，包括多个间隔设置的支撑环，相邻所述支撑环之间设置有中空的网状的支撑件。

进一步，位于所述气管支架两端的支撑环的厚度大于其他所述支撑环的厚度。

进一步，所述支撑环具有一开口，形成C型支撑环。

进一步，所述支撑环由多层子环重叠而成。

进一步，每一子环之间设置有支撑层。

进一步，每一子环呈网状结构。

进一步，所述支撑件的内径范围为3mm-15mm，所述支撑件的外径范围为3～19mm。

进一步，所述支撑环的厚度范围为1～2.5mm，所述支撑环的宽度范围为1～5mm，相邻两支撑环之间的距离为2～3mm。

进一步，所述支撑件及支撑环采用可降解生物医用材料制成。

本发明还提供一种组织工程气管，包括上述的气管支架。

为了实现上述目的，本发明还提供了上述气管支架及组织工程气管在制备人工气管中的应用。

本发明的优点在于，本发明的气管支架具备良好支撑能力，可在两周内形成较好的软骨(使用染色手段鉴定)，可直接用于移植，而现有技术中报道的支架一般需要至少两个月的时间才可以进行移植；并且现有技术中的气管支架先是体外培养，然后动物皮下预移植，然后再取出进行移植，而本发明气管支架在两周内形成较好的软骨即可进行移植，不需要进行动物皮下预移植。

附图说明

图1是本发明气管支架的结构示意图；

图2是本发明气管支架的支撑环的截面示意图；

图3A～图3C是软骨细胞在所述气管支架上生长的实物图；

图4A～4C是组织工程气管裸鼠皮下移植成熟的示意图；

图5A及图5B是HE染色的图片；

图5C是甲苯胺蓝染色的图片；

图5D是番红O染色的图片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的气管支架及采用该气管支架的组织工程气管及其应用的具体实施方式做详细说明。所述附图仅是本发明气管支架的结构的示意图，并不是所述气管支架的实际结构图。

参见图1，本发明气管支架包括多个间隔设置的支撑环2，相邻所述支撑环2之间设置有中空的网状支撑件1，形成类似气管的结构。

所述类似气管的结构是指所述气管支架的形状与人体正常气管的形状是相同或近似。气管支架设计呈该形状能够有效衔接狭窄段气管的上下两端，充分模拟正常气管，利于气管功能恢复正常；另一方面该形状的气管支架逐步降解时，支撑件1的网状结构的间隙处则能够通过软骨细胞的增生形成与正常气管形状相同或近似的新的气管，其为气管的粘膜上皮层、粘膜下结缔组织层提供支撑，使得狭窄气管修复为正常气管。

所述支撑件1由横杆11和纵杆12交替形成网状结构，为了更加清楚直观地观察到所述气管支架的结构，在绘制所述支撑件1的结构时，减少了所述横杆11及纵杆12的数量。在本具体实施方式中，所述横杆11与所述纵杆12垂直交替，形成网状结构，在本发明其他具体实施方式中，所述横杆11与所述纵杆12倾斜交替，形成网状结构。所述支撑件1呈网状结构可为软骨细胞等生物体提供生长间隙，保证软骨细胞的生长能够形成形状稳固、力学性能好的组织工程气管。

进一步，参见图2，所述支撑环2由多层子环21重叠而成。每一子环21之间设置有支撑层22，在本具体实施方式中，所述支撑环2由三层子环21重叠而成。所述子环21的存在可进一步增加所述气管支架的韧性。优选地，参见图1，每一所述子环21呈网状结构，用于以为软骨细胞等生物体提供生长间隙。优选地，位于所述气管支架两端的支撑环2的厚度大于其他所述支撑环2的厚度，以便于在后续作为组织工程气管使用时，能顺利地与气管两端的生理软骨环进行缝合。所述支撑环2的形状可以为环型，也可以为具有开口的C型，以便更接近生理形状的软骨环，本发明对支撑环2的形状不进行限定。

进一步，为适用不同需求，可根据使用需要设置所述气管支架的尺寸，例如，所述支撑件1的内径范围为3mm-15mm，所述支撑件的外径范围为3～19mm，一般情况下，兔子的支撑件1的内径为5-6mm，外径为6-8mm，羊的支撑件1的内径为13-15mm，外径为17-19mm,将来具体临床使用中可根据患者CT数据，设计并制备合适的支撑，在临床中，儿童的支撑件1的内径大概为3mm-15mm。所述支撑环2的厚度范围为1～2.5mm，所述支撑环2的宽度范围为1～5mm，相邻两支撑环2之间的距离为2～3mm。本发明的气管支架的内外径、长度等均可以随着患者的具体情况进行改变，以适应患者气管个体化情况，所述支撑环2的具体尺寸可以根气管支架的直径和力学要求调整，以上改变均视为本发明的保护范围。

所述支撑件1及支撑环2优选使用生物可降解材料制成，因其是针对小儿，因此选用可降解的生物相容性好的生物材料，例如PCL、PLLA、PLGA等，在植入一定时间后降解并于气管支架部位形成新的气管，提供新的支撑力。

本发明气管支架可根据患者的CT等影像资料设计并采用3D打印技术制作所述气管支架，从而制备适用于该患者的气管支架，实现个性化的气管支架设计。

本发明还提供一种组织工程气管，所述组织工程气管采用上述的气管支架。在所述气管支架上种植软骨细胞后，由于所述气管支架可降解，因此，所述气管支架完全降解，全部形成软骨，而环的部位形成更厚的软骨，类似生理的软骨环。

本发明组织工程气管在临床应用中，可以直接种植软骨细胞然后移植，这样形成封闭的一段软骨，而气管上皮细胞可从两端生理气管上自行生长至所述气管支架上。

本发明所述组织工程气管的构建方法如下：

1、组织工程气管体外构建：

取兔耳廓软骨，消化后扩增软骨细胞，将上述气管支架直接放入高浓度软骨细胞培养悬液中浸泡若干时间，例如半小时，然后取出放入六孔板中添加培养液培养，每天换液，体外培养2周后准备进行动物皮下移植。

参见图3A、图3B及图3C，软骨细胞在所述气管支架上可以粘附并增殖生长，随着体外培养时间的增加，细胞分泌大量细胞外基质将所述气管支架空隙填满，从而包括住整个气管支架内外表面。

2、组织工程气管裸鼠皮下移植并成熟：

麻醉动物后，将上述体外构建好的组织工程气管移植到裸鼠皮下，使之成熟参见图4A，6周后取材观察并进行鉴定。

参见图4B及图4C，取出的组织工程气管成白色，具有弹性，支架的间隙及支架内外表面包裹有软骨组织。

3、组织工程气管鉴定：

HE染色：将切片脱蜡水化后苏木素染色5分钟，冲洗后盐酸酒精分化数秒，自来水洗返蓝30分钟,伊红染色1分钟后乙醇脱水；二甲苯透明后中性树脂封片。

番红O染色：将切片脱蜡水化后番红染色1.5小时，自来水冲洗后逐级乙醇脱水；二甲苯透明后中性树脂封片。

甲苯胺蓝染色：将切片脱蜡水化后甲苯胺蓝染色10分钟，自来水冲洗后丙酮分化，逐级乙醇脱水；二甲苯透明后中性树脂封片。

参见图5A、图5B、图5C及图5D，HE染色，甲苯胺蓝染色，番红O染色均显示围绕气管支架形成了较好的软骨组织，支架材料依然存在，还没有完全降解。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。