新型生物可降解腔静脉滤器的设计研究
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2015妊 2月 首都医科大学学报 Journal of Capital Medical University Feb.2015 Vo1.36 No.1 第36卷 第1期 [doi:10.3969/j.issn,1006-7795.2015.01.006] ・血管外科专题・ 新型生物可降解腔静脉滤器的设计研究 赵辉张福先 李海磊 张欢 (首都医科大学附属北京世纪坛医院血管外科,北京100038) 【摘要】 目的为了弥补目前临床应用中腔静脉滤器的缺陷,本研究设计了一款新型生物可降解型腔静脉滤器,在肺栓塞危险 期度过后,滤器可缓慢的降解、吸收,避免了二次取出手术。方法该款滤器由手工制作,分为上下2部分:上方是由6条聚糖乳 酸缝线组成的圆锥形过滤结构;下方是聚己内酯支架,支架展开后实现滤器在腔静脉的中央型固定。在超声引导下,将滤器植入 到10只犬体内。术后6周手术取出滤器,下腔静脉和肺组织行病理学检查,观察滤器的降解情况、下腔静脉壁的改变以及滤器 的降解产物是否导致医源性肺栓塞。结果本研究手工制作了生物可降解滤器,并成功的植入到10只杂交犬的下腔静脉。术 后所有犬均正常存活,未发生异常生命体征及伤口感染,有1例犬出现双下肢肿胀。①滤器移位:所有滤器不同程度的向头端移 位。有1例犬的植入滤器移位至右房室孔,剩余的9例,滤器移位小于2 cm,仍位于肾静脉以下。②标本肉眼所见:所有的可降 解支架被下腔静脉内皮细胞覆盖,肉眼未见明显的变化。滤器植入处下腔静脉壁增厚,但未出现明显狭窄。8例犬可见可吸收 缝线完全降解,1例犬出现可吸收缝线被下腔静脉壁包裹,管腔内可见增生的纤维结缔组织和少量炎性细胞浸润,导致约70%的 管腔阻塞。③标本HE染色:9例犬下腔静脉均存在炎性反应,中膜和内膜增厚,肺组织切片未见到降解产物所致的肺动脉栓塞 和肺动脉壁的炎性反应。结论生物相容性和可降解性。 本研究成功设计了一款生物可降解腔静脉滤器,并通过动物体内实验证实这款滤器具有良好的 【关键词】腔静脉滤器;生物可降解;深静脉血栓形成;肺栓塞 【中图分类号】 R 543.6 Design of a new bi0degradable vena cava filter Zhao Hui,Zhang Fuxian ,Li Hailei,Zhang huan (Department ofVascular Surgery,Beijing Sh ̄itan Hospital,Capital Medical e ,Beijing 100038,China) 【Abstract】 Objective To design a new biodegradable vena cava filter which could degrade and be absorbed slowly when the risk of pulmonary embolism(PE)has passed.Methods The filters were handmade,and consisted of two parts:the cone was constructed of six polyglycolic acid polymer strands anchored to a handmade absorbable stent.Central inferior vena cava fixation were accomplished by the bsorbablae stent which was made of polycaprolactone.The filters were inserted to the inferior vena cava of ten dogs under ultrasound guidance.The filters were operatively retrieved at 6 weeks after implantation.The inferior vena cava were subsequently analyzed using light microscopy.The lungs were also removed to observe any pulmonary embolism caused by the degradation products of the biodegradable filter.Results Biodegradable vena cava filters were successfully made and implanted in 10 adult dogs.None of the 10 dogs had abnormal vitla sinsg except one dog had lower extremity swelling.①Migration:All the filters miratged cephalad.One filter migrated into the right atrioventricular oriifce,the other 9 filters migrated cephalad approximately<2 em and remained below the renal vein ostia.②Naked—eye observation:In 8 of the 9 remaining ifhers,the absorbable strands had completely dissolved.One specimen had evidence of incorporated residual strands within the caval wall on gross examination,resulting in 70%stenosis of ifernior vena cava.All of the biodegradable stents were embedded into the caval wal1.The eaval wall became thick at the level of iflter placement without signiifcant lumen narrowing.③Hematoxylin and eosin(HE)staining:Intense inflammatory response with sinigifcant thickened intima and media was seen on HE staining.There was no evidence of pulmonary embolism or inflammatory response caused by degradation products of the absorbable strands.Conclusion We had designed a biodegradable inferior vena cava filter successfully,the biodegradability and biocompability had been proven through in vivo studies. 【Key words】 vena cava iflter;biodegradable;deep venous thrombosis;pulmonary embolism 基金项目:国家自然科学基金(81041011);中国铁路总公司科技研究开发计划(2013Z003一D)。This studywas supposed byNationalNatural Science Foundation of China(81041011);Science and Technology Research and Development Plan of China Railway Corporation(2013Z003一D). Corresponding author,E-mail:fuxian@263.net 网络出版时间:2015一O1—29 20:45网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detailfl1.3662.R.20150129.2045.022.html 32 首都医科大学学报 第36卷 为49 000。2003年,全世界滤器应用总量为140 000 整体脱落造成医源性肺栓塞。同时本研究还通过合 个。而2007年仅美国就用了213 000个,年增长率 成共聚物的方法控制滤器的降解时间。比如PLA的 为16% 。 降解时间为6~12个月,用PLA和PCL制成的共聚 腔静脉滤器按植入后体内的存留时间分为永久 物降解时间可以控制在6—24个月,而且材料的物理 性滤器和非永久性滤器。而根据功能的可变性,非永 性质也中和了两种单体的优势:PLA机械强度大,但 久性滤器又分为临时性滤器和可变化滤器。可变化 柔韧性差,PCL机械强度稍差,但柔韧性好,且有形状 滤器又包括可回收滤器与可转化滤器。在临床上应 记忆功能,因此两者的聚合物可以有较好的机械强度 用较多的为永久性滤器与可回收滤器。 伴随腔静脉滤器在临床上的广泛应用,各种滤器 的缺陷逐渐显现:永久性腔静脉滤器已在临床应用超 过40年,它一旦植入人体后就不能再被取出。尽管 永久性腔静脉滤器减少了肺栓塞的发生,但也带来了 下腔静脉血栓、VTE复发、静脉回流障碍等远期合并 症l l;临时陛滤器植入后必须取出,滤器相关的合并 症如滤器内血栓、滤器移位及感染的发生率较 高 1 ;可回收滤器可以作为永久性滤器留在体内, 也可以取出,但可回收滤器通常需要在限制时间内 (2—4周)取出,回收率低且常有回收失败的报道 ; 可转换滤器植入后可以改变结构失去其过滤功能,以 减少滤器本身对血流动力学的影响,但滤器的一部分 或者全部仍留在下腔静脉,仍可能发生下腔静脉血栓 合并症。 而本研究设计的生物可降解腔静脉滤器(biode— gradable vena cave filter,BVCF)则可以避免目前各种 滤器的缺陷。该款滤器全部采用可降解聚合物为原 料,植人体内后逐步降解,既避免了永久性滤器的远 期合并症(复发性DVT,下腔静脉血栓),又不需要二 次手术取出,避免了非永久性滤器的缺陷。通过动物 体内实验,本研究进一步验证了这款BVCF的可行 性、安全性和生物相容性。 在本研究设计这款滤器选择聚合物材料时,考虑 到其既要具备较好的机械强度和可压缩性能,又要满 足降解时间的要求。因为如果降解太快,不能在VTE 的高风险期提供有效的保护,起不到拦截血栓的作 用;如果降解太慢,出现滤器相关的合并症的可能性 增加。本研究查阅文献 卜 发现肺栓塞发生的时间 是创伤后术后14~18 d内。所以本研究设计的滤器, 滤过部分采用的90%乙交酯和10%L.丙交酯共聚物 降解时间为56—70 d;支架部分采用的PCL在体内2 年后开始降解。因此该款滤器可以在VTE高危期提 供重要的保护,预防致死性肺栓塞的发生。由于滤过 部分先于支架部分降解,这样滤器在降解过程中不会 和柔韧性。 另一个问题是如果植入的可降解滤器拦截到血 栓,滤器降解后血栓可能发生移位导致肺栓塞的发 生。为了解决拦截到的血栓在滤器降解过程中脱落 的问题,本研究采用控制滤器的降解时间,加上抗凝 和溶栓治疗,部分血栓可以溶解。 此外,这些高分子可降解材料在血管内是逐步裂 解成碎片还是逐渐溶解的?降解产物对肺组织有什 么影响?如果通过未闭的卵圆孔进入脑组织,又会对 脑组织有什么样的影响?在研究中未发现肺栓塞的 证据,也未见降解产物导致的炎性反应。然而,选择 性的肺病理切片不能充分证明所有的肺组织都是正 常的,由于实验条件和经费的限制,本研究没有结合 CTA进一步评价有无肺栓塞的情况。该实验目前只 是短期的随访,过滤部分已经降解,但支架部分尚未 降解。BVCF在体内的降解时间、降解过程的动态变 化以及完全降解后对机体的影响是后续研究的重点。 滤器移位是潜在的导致死亡的合并症。由于该 装置是由手工制作,没有限制移位的倒钩,可降解材 料制成的支架径向支撑力不足以保证滤器紧密地贴 附于下腔静脉,这导致滤器发生移位。可以通过合成 聚合物的方法,改变可降解材料的物理性质,增强可 降解支架的径向支撑力;同时采用激光雕刻的方法优 化支架的制作过程,降低滤器移位可能性的发生。 下腔静脉壁可以见到严重的炎性反应,这与 Thors等n刮的研究结果一致。下一步可以对可降解 材料进行肝素或者溶栓药物涂层,期待可以降低炎性 程度以及减少血栓形成的风险。 4参考文献: [1]张福先.腔静脉滤器植入并发症的防治策略[J].中国实 用外科杂志,2010,30(12):1023—1025. 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