5-16、可降解金属血管支架材料体外高通量筛选及仿真评价平台的建立与应用

Establishment and application of high-throughput screening and simulation evaluation platform for degradable metal vascular stent materials in vitro

赵安莎，尚腾达，王进

西南交通大学

摘要：新一代的生物可降解血管支架成为目前支架产品设计的主流方向，研究者期望支架完成血管重塑行为后能彻底降解从而保证血管组织的正常愈合，最终有效避免晚期血栓等不良病变反应的发生。其中生物可降解金属支架由于其优良的支撑性能的优势而成为可降解支架研究中的重要方向，但可降解金属支架在研发中也出现了许多新问题。可降解金属支架在服役过程中由于其可降解特性，材料与环境会持续产生复杂的交互作用。这也形成了可降解金属支架评价的难点：评价周期长；降解产物成分复杂；界面反应环境稳定性差；功能性要求高。传统评价方法已经难以适用于可降解金属材料的体外降解性能和生物相容评价。因此，发展出更为完善的体外评价方式来模拟更近似体内结果，为临床实验提供更具真实性的参考依据，已成为目前可降解金属材料发展中亟需解决的关键问题之一。我们针对生物可降解金属血管支架的研发需要，提出了采用微流控技术模拟血管内特殊的流体、细胞分布、化学环境等微环境建立具有高效、准确的可降解金属血管支架材料研究的高通量快速筛选平台，从材料降解行为、药物涂层释放行为及细胞反应行为三个方面对大量备选可降解材料、涂层及药物进行筛选，并建立相应数据库及筛选标准。目前，我们已初步搭建了微流控芯片平台，对血管组织细胞与支架材料界面环境进行模拟，研究了镁合金的动态降解行为以及药物释放对细胞的影响，结果显示微流控芯片能够有效模拟镁合金血管支架材料动态降解行为，血管支架降解与模拟体液流速正相关，且动态降解行为与其传统的静态降解评价方式的降解周期、降解速率以及降解产物浓度等结果呈现不一样的趋势。药物释放对细胞的作用效果也截然不同，相同的载药样品在静态环境中表现出抑制细胞生长，呈现药物毒性；而在动态环境中表现出促进细胞生长，达到正常药效。最后，我们通过动物实验证明我们设计的评价方法更接近生理环境中的结果。另外，还利用可模拟血管流速的微流控芯片研究了内皮祖细胞的趋化行为。我们设计了6种微流控芯片来模拟天然血管微环境，以研究内皮祖细胞在内膜修复中的行为。基质细胞衍生因子SDF-1扩散的仿真结果显示其可以在小通道中形成浓度梯度，且梯度的变化差沿液体在主通道中流动的方向逐渐变小。内皮祖细胞可沿SDF-1在芯片中形成的浓度梯度，向高浓度SDF-1处迁移趋化。总之，我们的多项结果验证了我们所设计的评价方法相比传统的体外评价方法更加接近体内结果，在对多种体内环境因素与材料的相互作用进行模拟、评价后，我们将建立相应数据库资料完善该平台的高通量筛选功能，为新材料的研发提供实用高效、系统全面的评价平台，促进新一代生物可降解血管支架的研发与发展。

关键词：血管支架材料；体外评价；高通量； 微流控技术

通讯作者：王进，电话：13060012829 ，Email: wangjin@swjtu.edu.cn

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.516