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CN113599576A - 一种可降解气管外支架及其制备方法 - Google Patents

一种可降解气管外支架及其制备方法 Download PDF

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CN113599576A
CN113599576A CN202110986536.5A CN202110986536A CN113599576A CN 113599576 A CN113599576 A CN 113599576A CN 202110986536 A CN202110986536 A CN 202110986536A CN 113599576 A CN113599576 A CN 113599576A
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tracheal stent
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李乐
雷勇
陈卫平
辜英杰
胡军
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Guangzhou Bohui Medical Technology Co ltd
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Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种可降解气管外支架及其制备方法，通过将左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮进行熔融共混后，采用3D打印机打印，之后进行外膜包裹，灭菌，得到气管外支架。将左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和增强剂按照特定比例进行熔融沉积3D打印得到气管支架初产品，并对得到的气管支架初产品进行多巴胺外膜包裹，最终制备得到气管外支架，所述气管外支架具有较好的降解性能，且在经过降解之后依旧能够保持较好的机械强度，降解后的溶液也能够保持在适合人体的pH值范围，有效提高了气管外支架的生物相容性，避免因气管外支架降解产生的酸性产物堆积而引起非炎性反应、组织反应等不良反应的发生。

Description

一种可降解气管外支架及其制备方法
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种可降解气管外支架及其制备方法。
背景技术
先天性畸形、肿瘤、损伤、感染等容易引起气管的坏死或者管腔的狭窄，在这种情况下，对病变气管的治疗往往刻不容缓。根据病变部位长度的不同，主要分为两种治疗方式，当其长度小于成人总长度的1/2或幼儿的1/3，气管切除并端端吻合为治疗的金标准，反之则需要进行气管移植。而气管移植的成功率较低，容易出现气管软化、感染、肉芽增生等并发症，有的甚至需要二次手术，因此气管替代物的选择十分重要。除了一般支架需要具备的无毒、无免疫原性、利于细胞定植等特性之外，气管支架仍需具备良好的气密性以维持其气体输送的作用，同时需要足够的力学性能以防止管腔塌陷。目前可降解气管支架距最终普遍应用于临床尚需要做诸多工作，如何进一步提高材料的力学性能及生物相容性等问题成为目前急需解决的问题。
专利文献CN108327241A公开了一种可控抗菌气管支架的制造方法，通过配置抗菌溶液和生物相容可降解基质材料、确定可降解抗菌层的几何参数和抗菌成分浓度、计算打印路径和打印参数、打印、固化的步骤制备得到的气管支架，在机体内可随着可降解基质材料的逐渐降解逐渐释放出抗菌成分，通过控制抗菌成分浓度和抗菌层的几何参数控制抗菌成分的释放速率、浓度、抗菌时间等，使得置入后的气管支架实现可控的抗菌效果，但其气管支架具有的降解性差且不可控。
专利文献CN106267341A一种可组织诱导生物医用材料，由可降解医用聚氨酯、聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸和胶原组成，其中聚羟基脂肪酸酯包括：PHA、PHB、PHBV、PHBHHx、P3HB4HB中的一种；聚乳酸包括：聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种；胶原包括：1、Ⅱ、Ⅵ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ胶原等各种体内胶原中的一种或两种以上，各成分的比例是根据体内不同组织的植入部位对材料性能、降解产物以及PH值的要求来调整，以便更好的为临床服务，但其气管支架具有的降解性差且不可控。
发明内容
本发明旨在提供一种可降解气管外支架及其制备方法，通过在原料组分中加入增强剂和细菌纤维素共同制备得到的气管外支架经过降解之后依旧能够具有较强的力学性能，且在经过降解之后能够使降解溶液保持在适合人体的pH值范围，进一步增强气管外支架的生物相容性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可降解气管外支架，将左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮进行熔融共混后，采用3D打印机打印，之后进行外膜包裹，灭菌，即得气管外支架。
优选地，所述左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮的质量比为(30～70)：(10～20)：(2～8)。
优选地，所述共混过程中还加入增强剂，所述增强剂为甲壳素/壳聚糖复合物。
优选地，所述甲壳素/壳聚糖复合物的质量为左旋聚乳酸的质量的5.0～20.0％。
优选地，所述外膜包裹步骤中所用的原料组分包括聚多巴胺。
优选地，所述聚多巴胺与左旋聚乳酸的质量比为1：(2～6)。
另外，本发明还提供一种所述的气管外支架的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取配方量的左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和甲壳素/壳聚糖复合物进行熔融混合，得共混物；
S2、将步骤S1得到的共混物多级拉伸挤出，进行制粒，得到塑料粒，并进行工艺熔融沉积3D打印，得到气管外支架初产品；
S3、取配方量的聚多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，然后将步骤S2得到的气管外支架初产品放入溶液中，静置，之后用超纯水冲洗样品，并进行灭菌干燥，即得。
进一步地，所述步骤S3中的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH值为8.0～8.5。
进一步地，所述步骤S3中的静置时间为1～2h。
本发明选用的原料组分中，由于左旋聚乳酸和外消旋聚乳酸中含有大量的羟基和羧基等活性基团，甲壳素/壳聚糖复合物中含有羟基、氨基，两者可通过氢键、酯键、离子键等多种形式结合，显著增强制备得到的气管支架的机械强度，同时通过在气管支架外部包裹一层聚多巴胺膜，有效提高气管外支架的亲水性能，聚多巴胺与其他原料组分间的相互作用能够形成一层紧密的结构，进一步增强气管支架的机械性能和降解性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明选用左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮等组分并在得到的气管支架初产品进行外膜包裹，通过各原料组分间的相互作用形成优良的支架结构，使得制备得到的气管外支架具有优良的可控降解性能以及力学性能，在机体内能够实现气管支架可控降解的效果。
(2)本发明中增强剂的加入能够有效地维持气管支架经过降解后溶液的pH值在7.0以上，避免了因酸性产物堆积而引起非炎性反应、组织反应等不良反应，增强了制备得到的气管外支架的生物相容性，使其在机体内不易产生气管软化、感染、肉芽增生等并发症，进一步提高了使用的安全性。
(3)本发明中将所有的原料组分通过熔融沉积的方式更好地促进原料组分间的相互结合，有利于增强制备得到的气管外支架的机械强度性能以及降解性能，更好地适应人体环境。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1、一种可降解气管外支架及其制备方法
组成：左旋聚乳酸70.0％、外消旋聚乳酸10.0％、聚对二氧环己酮2.0％、甲壳素/壳聚糖复合物4.0％和聚多巴胺14.0％。
制备方法：S1、称取配方量的左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和甲壳素/壳聚糖复合物进行熔融混合，得共混物；
S2、将步骤S1得到的共混物多级拉伸挤出，进行制粒，得到塑料粒，并进行工艺熔融沉积3D打印，得到气管外支架初产品；
S3、取配方量的聚多巴胺溶解于pH值为8.0的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，然后将步骤S2得到的气管外支架初产品放入溶液中，静置1h，之后用超纯水冲洗样品，并进行灭菌干燥，即得。
实施例2、一种可降解气管外支架及其制备方法
组成：左旋聚乳酸50.0％、外消旋聚乳酸15.0％、聚对二氧环己酮6.0％、甲壳素/壳聚糖复合物6％和聚多巴胺23.0％。
制备方法：S1、称取配方量的左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和甲壳素/壳聚糖复合物进行熔融混合，得共混物；
S2、将步骤S1得到的共混物多级拉伸挤出，进行制粒，得到塑料粒，并进行工艺熔融沉积3D打印，得到气管外支架初产品；
S3、取配方量的聚多巴胺溶解于pH值为8.3的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，然后将步骤S2得到的气管外支架初产品放入溶液中，静置1.5h，之后用超纯水冲洗样品，并进行灭菌干燥，即得。
实施例3、一种可降解气管外支架及其制备方法
组成：左旋聚乳酸46.0％、外消旋聚乳酸20.0％、聚对二氧环己酮8.0％、甲壳素/壳聚糖复合物6.0％和聚多巴胺20.0％。
制备方法：S1、称取配方量的左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和甲壳素/壳聚糖复合物进行熔融混合，得共混物；
S2、将步骤S1得到的共混物多级拉伸挤出，进行制粒，得到塑料粒，并进行工艺熔融沉积3D打印，得到气管外支架初产品；
S3、取配方量的聚多巴胺溶解于pH值为8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，然后将步骤S2得到的气管外支架初产品放入溶液中，静置2h，之后用超纯水冲洗样品，并进行灭菌干燥，即得。
对比例1
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：不含有甲壳素/壳聚糖复合物和聚对二氧环己酮。
制备方法同实施例2。
对比例2
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：不含有甲壳素/壳聚糖复合物。
制备方法同实施例2。
对比例3
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：对气管支架初产品不进行聚多巴胺外膜包裹。
组成同实施例2，制备方法参照实施例2。
试验例一、急性全身毒性试验
一、实验样品
实施例1～3制备得到气管外支架
二、实验方法
实验动物：健康昆明系小鼠，体重18～25g，雌雄随机，分为4组，每组5只，共20只。
浸提介质(ml)：根据GB/T16886要求，细胞毒性试验所需的材料浸提液按浸提介质(ml)：试样质量(g)10：2制成，浸提介质为生理盐水。浸提条件为121℃、1h。冷却后用0.22μm的微孔滤器过滤除杂质。
按0.05ml/g剂量由实验动物尾静脉缓慢注入各种受试材料的浸提液。阴性对照采用同批号0.9％生理盐水，注射后24h、48h、72h称量体重变化，观察实验动物注射后一般状态、毒性表现及死亡情况。材料毒性程度根据中毒症状分为无毒、轻度毒性、中度毒性、重度毒性和死亡。(如表1)
表1气管支架急性全身毒性程度评价表
Figure BDA0003230863120000051
三、实验结果
表2不同时间点体重测量情况
Figure BDA0003230863120000052
从表中的数据可以得知，所有试验小鼠均存活，活动和进食良好，大、小便均正常，精神状态好，无呼吸困难、腹部刺激症状、运动减少、眼睑下垂、腹泻等毒性反应。三天连续观察动物，测量鼠体重均有不同程度的增加。各时间点体重与对照组比较未见明显差异。由此表明本发明实施例1～3制备得到的气管外支架材料安全无毒性。
试验例二、溶血试验
一、实验样品
实施例1～3制备得到的气管外支架。
二、实验方法
溶血实验所需的材料浸提液按浸提介质(ml)：试样质量(g)10：2制成，浸提介质为生理盐水。浸提条件为121℃、1h。冷却后用0.22μm的微孔滤器过滤除杂质。
取兔血20ml，加入2％草酸钾1ml制成新鲜抗凝血，按新鲜抗凝血：生理盐水4：5的比例制成稀释兔血备用；取制成的浸提液10ml加入15ml离心管。阴性对照组取生理盐水10ml，阳性对照组采用蒸馏水10ml。每组设定平行样本5个。每试管加稀释兔血0.2ml，轻轻混匀，在37℃恒温水浴箱中继续保温60min，所有试管均经750g离心10min，取上清在541nm波长测其吸光度值，并计算溶血率(％)。
溶血率(％)＝(实验组吸光度—阴性组吸光度)/(阳性组吸光度—阴性组吸光度)×100％
三、实验结果
表3支气管试验溶血计算结果
Figure BDA0003230863120000061
从表3中的数据可以得知，本发明实施例1～3选用的气管外支架材料测得的溶血率分别为1.71％、1.19％和1.88％均小于5％，因此可以证明本发明选用的原料组分所具有的溶血率符合生物材料应用标准。
试验例三、力学性能测试
一、实验样品
实施例1～3、对比例1～3制备得到的气管外支架。
二、实验方法
取各样品置于圆形玻璃培养皿中，加入配置好的降解液浸没样品，然后一并放入培养箱中于37±1℃下静置，分别于第0、4、8、12、24、32周进行取样，用蒸馏水冲洗干净，于12h内完成弯曲强度测试。在Hounsfield H10K-5力学性能试验机(法国)上，将材料置于自制夹具上，采用三点弯曲试验，试验跨距为15mm，加载速度为2mm/min，测试时温度为25℃，得到最大屈服力p(N)，根据下列公式计算弯曲强度(Sb)：
Sb＝3pl/2bh2，其中l为跨距，b、h为板块材料的宽度和厚度(mm)
三、试验结果
气管外支架在体外降解过程中弯曲强度的变化情况如表4所示。
表4气管外支架在体外降解过程中弯曲强度的变化情况
Figure BDA0003230863120000071
注：—表示板已经断裂或一触即断
从表中的数据可以得知，本发明实施例1～3制备得到的气管外支架在经过0～32周的体外降解之后仍然能够具有较高的弯曲强度，对比例1中不加入增强剂和聚对二氧环己酮，对比例2中缺少增强剂，使得对比例1与对比例2制备得到的气管外支架具有的弯曲强度差于本发明实施例1～3，且对比例1制备得到的气管支架在第32周时出现了断裂，由此可以证明本发明中增强剂与聚对二氧环己酮间的相互作用能够有效地增强制备得到的气管外支架的机械强度，使其在降解过程中保持稳定的机械强度，对比例3中由于气管外支架的制备方法与本发明实施例1～3的不同，对比例3不进行外膜包裹，导致制备得到的气管外支架在32周的降解过程中具有的弯曲强度均显著差于本发明实施例1～3，由此进一步证明了本发明中进行聚多巴胺外膜包裹可以有效地增强气管支架的结构组成，在经过降解之后依旧能够具有较好的机械性能。
试验例四、体外降解试验
一、实验样品
实施例1～3、对比例1～3制备得到的气管外支架
二、实验方法
将各样品完全浸没于5ml NaCl-NaH2PO4-Na2HPO4缓冲系的PBS溶液中(pH值＝7.4)，每支样品试管放置1块板，封口，置于37℃恒温水浴箱，100r/min速率振荡，每周定时更换PBS溶液。每周更换PBS溶液前，分别随机抽取各样品试管在PHS-3C型酸度计上测定溶液的pH值，并分别于第0、4、8、12、24、32周抽取各样品进行测试。
三、实验结果
实验结果如表5所示。
表5各样品经过不同降解时间后水解液的pH值
Figure BDA0003230863120000081
从表5的实验数据可以得知，在实验的全过程中，本发明实施例1～3气管外支架的降解pH值在第0～32周均保持在7.0以上，在前12周的时间段中降解的pH值随降解时间的增加而逐渐下降，降低的幅度较小，且在第24周后溶液的pH值逐渐回升；对比例1～2由于缺少增强剂与聚对二氧环己酮组分间的相互作用导致制备得到的气管外支架在经过降解后溶液的pH值呈下降趋势，且对比例1的气管支架从第8周开始溶液的pH值低于7.0，呈弱酸性；对比例3由于不进行聚多巴胺外膜包裹使其最终得到的气管支架经过降解之后的水溶液pH值低于7.0，从实施例1～3与对比例1～2的实验结果可以说明本发明实施例中增强剂与聚对二氧环己酮组分的加入能够维持气管支架经过降解之后溶液pH值的稳定性，且保持在适应人体的pH值范围内，使制备得到的气管支架具有良好的生物相容性，在机体内可以避免因气管外支架降解产生的酸性产物堆积而引起非炎性反应、组织反应等不良反应；对比例3由于制备方法与本发明实施例1～3的不同导致得到的气管外支架在经过不同降解时间后水解液的pH值变化较明显。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种可降解气管外支架，其特征在于，将左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮进行熔融共混后，采用3D打印机打印，之后进行外膜包裹，灭菌，即得气管外支架。
2.如权利要求1所述的可降解气管外支架，其特征在于，所述左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸和聚对二氧环己酮的质量比为(30～70)：(10～20)：(2～8)。
3.如权利要求1所述的气管外支架，其特征在于，所述共混过程中还加入增强剂，所述增强剂为甲壳素/壳聚糖复合物。
4.如权利要求3所述的气管外支架，其特征在于，所述甲壳素/壳聚糖复合物的质量为左旋聚乳酸的质量的5.0～20.0％。
5.如权利要求1所述的气管外支架，其特征在于，所述外膜包裹步骤中所用的原料组分包括聚多巴胺。
6.如权利要求5所述的气管外支架，其特征在于，所述聚多巴胺与左旋聚乳酸的质量比为1：(2～6)。
7.一种如权利要求1～6任一所述的气管外支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取配方量的左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚对二氧环己酮和甲壳素/壳聚糖复合物进行熔融混合，得共混物；
S2、将步骤S1得到的共混物多级拉伸挤出，进行制粒，得到塑料粒，并进行工艺熔融沉积3D打印，得到气管外支架初产品；
S3、取配方量的聚多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，然后将步骤S2得到的气管外支架初产品放入溶液中，静置，之后用超纯水冲洗样品，并进行灭菌干燥，即得。
8.如权利要求7所述的气管外支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH值为8.0～8.5。
9.如权利要求7所述的气管外支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的静置时间为1～2h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115252890A (zh) * 2022-07-26 2022-11-01 江西理工大学 一种铜铁氧体-MXene高分子复合抗菌气管支架及其制备方法
CN115252890B (zh) * 2022-07-26 2023-11-10 江西理工大学 一种铜铁氧体-MXene高分子复合抗菌气管支架及其制备方法

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