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快消息!专访北京天坛医院刘爱华教授:国内首创,国际领先,脑血管支架有望突破“完全降解”技术瓶颈

时间:2022-09-01 18:03:53

图片来源@视觉中国


(资料图)

文 | 动脉橙果局

颅内动脉狭窄是造成缺血性脑卒中的一个重要原因。在我国,颅内动脉狭窄的发生率已经高达13.2%,是威胁中国人脑血管健康的重要疾病之一。

目前,支架置入术是治疗颅内动脉狭窄的有效手段之一,但大多数脑血管支架都是由传统合金材料制成,并不能实现降解。

因此,支架植入后将永久留置体内,极有可能引发血管慢性炎症、血管愈合延迟、支架内血栓形成等症状。患者需要终生服用抗血小板药来减少并发症机率,这自然会给患者造成巨大的心理负担,也会给医疗资源带来压力。

据统计,中国每年心脑血管支架耗材总值约400亿,其中80%以上脑血管支架都只能依赖进口,这极大地限制了我国医疗在颅内缺血性疾病方面的发展。

种种迹象都显示出了一个问题——我国亟需推进可降解脑血管支架的研究。

基于22年对脑血管疾病的临床研究经验,来自北京天坛医院的刘爱华教授和他的团队观察到了这一医疗痛点,并开始着手研究可降解的脑血管支架。经过6年的时间,终于研发出了“可降解锌合金头颈部支架”(后简称可降解脑血管支架)。

刘爱华教授告诉动脉橙果局:“这款可降解的脑血管支架可以说是首创,不但支撑性好,降解速度也快,在脑血管领域有极大的应用空间。”

那么“可降解锌合金头颈部支架”究竟是怎么实现降解的呢?刘爱华教授及其团队在这6年里又做了哪些努力呢?带着这些问题,动脉橙果局与刘爱华教授进行了一次深度对话。

耗时6年,终寻“可降解”理想材料

在讨论可降解支架之前,我们得先搞清楚一个问题:“可降解”=“可吸收”吗?

对于外行人来说,这两种说法似乎没什么区别,最终结局都是支架不靠外力介入取出,自己在血管里消失不见。

但其实不然,刘爱华教授谈道:“‘可吸收’绝不能和‘可降解’画上等号。因为‘可吸收’一般都是使用高分子材料,通过血液流动将支架一点一点剥离带走。这样的方式,虽然解决了支架无法取出体内而引起的血管类疾病,但又埋下了新的隐患。毕竟被血液剥离带走并不是完全的消失,极有可能会在其他地方形成堆积,引发其他血管疾病。而我们要做的‘可降解’,是通过细胞将支架完全吞噬消失,从根本上解决支架隐患。”

这样听来,实现“可降解”似乎找到能被细胞吞噬的材料就能够实现了。

但这过程并不简单。为了找到满足“降解要求”的材料,刘爱华教授花了整整6年时间。

最开始,刘爱华教授尝试了聚乳酸材料,这也就是我们所说的高分子材料。

但在试验后,刘爱华教授发现,聚乳酸材料的力学性能不足,无法形成较好的支撑,和血管的贴合程度也有待进一步优化,但最重要的还是安全性无法得到保证。就像前文说到的,聚乳酸材料会被血液分解冲走,极大可能在血管中形成堵塞,压迫血管空间,造成不必要的并发症,给患者的健康带来风险隐患。

因此,刘爱华教授决定放弃市场大火的高分子材料,另辟蹊径。

既然金属支架的力学性能能够达标,那就从金属方向下功夫。刘爱华教授的第二种材料便选择了镁合金材料。

镁合金材料既能满足支撑力,同时也能实现细胞吞噬降解,几乎是完美的材料了。但镁合金的降解速度过快,6-12个月便完全降解了。这样短的降解时间,并不能保证血管完全恢复,因此,这一材料也被弃用。

之后刘爱华教授还尝试了铁合金材料,但又因降解时间过长被弃用。

同材料的力学支撑性和降解周期

每一次失败都给了刘爱华教授经验与启发。最终,通过材料基因组学的筛选,他敲定了锌合金作为支架材料。

因为锌合金材料力学性能远大于生物可降解血管支架材料,和骨科植入材料的要求。并且体内、外研究都能证明锌合金无毒,且有良好的生物相容性。总而言之,无论在支撑性还是降解速度上,锌合金都最贴合的理想材料。

刘爱华教授向动脉橙果局介绍道:“从我们的实验结果可以看到,锌合金材料在半年后开始逐渐降解,大概两到三年就能实现90%—95%的降解,保证了我们血管的支撑性,是做脑血管支架非常好的材料。这一发现在全球我们都是领先的,因此,我们有信心将它做好,改写中国脑血管支架的现状!”

全球首创,可降解血管支架在中国诞生

敲定材料只是研发可降解血管支架的第一步。在支架塑形、材料厚度以及药物涂层上,刘爱华教授又有自己的巧思。

首先是支架塑形。由于脑血管的直径非常小,比心脏血管还要细很多,因此,对支架精细度的要求就更高了。

但在支架方面锌合金的利用比较少,我们对于锌合金的塑形技术的把控并没有完全实现。因此,刘爱华教授通过通过多尺度模拟方法,摸索出了锌铜合金凝固和冷热加工成形过程的科学规律。

刘爱华教授成功探索出锌合金的规律,不但是在“可降解脑血管支架”项目中取得的重大突破,更为未来研究锌合金材料的应用与发展打下了坚实的基础。

其次,就是对支架厚度的把控。为了保证支架植入后,血管内直径不会压缩,影响血液流通,支架的厚度必须非常薄。

当然,厚度的把控可以通过工业技术实现,但工业技术无法实现0.8-0.7毫米的把控,因此还得从结构上下功夫。

刘爱华教授采用了“双S”结构设计,减少了用材面积的同时,也减少了对血管的空间占用。

“双S”结构细节

刘爱华教授告诉动脉橙果局:“‘双S’结构所构成的支架,比现有的颅内支架的支架壁都要薄,血液通过性肯定就更好了,降低了患者血管堵塞的风险。目前我们的技术能够将支架厚度保持在0.8毫米,但现阶段世界最薄能做到0.7毫米。下一步,我们也希望将支架厚度改进到0.7毫米。这是极限,也是我们的目标。”

最后,药物涂料也同样关键。在支架植入体内后,极有可能出现排异反应,因此需要在支架表面覆盖药物涂层,降低排异风险。

刘爱华教授采用了非对称涂层技术。支架有了药物涂层的包裹,在植入入体内与血管内皮接触时,就能迅速地内皮化。支架会被包缠进血管内皮,稳定性和血管支撑性都会大大提升。

这一技术的发明,不单是颅内支架可以使用,在心脏支架等领域都可以进行运用与拓展。刘爱华教授介绍道:“我们的不对称涂层药物技术的研究属于是国内首创的技术,目前已经获得了国际PCT专利授权。下一步,我们的技术就能进行到初期临床试验环节,争取给更多同行在支架研发方面带来新思路。”

三人“拾柴”火焰高

刘爱华教授作为北京天坛医院神经介入中心病区主任,在脑血管疾病领域有丰富的临床经验,并且共发表SCI科研论文136篇,可以说是在科研领域硕果累累。

但他却说:“如果只有我一个人,这项技术是不可能完成的。”

因为刘爱华教授作为临床医生,要将科研成果转化落地,且不说对市场的理解,就说对技术的把握也只能专注于自己所在的领域,关于材料以及医疗器械方面,并不能实现全领域的精通。

因此,刘爱华教授的团队中还有两大帮手:一位是北京科技大学材料学院院长王鲁宁教授,另一位是曾获2020年度国家科技进步奖的张海军教授。

这两位教授分别专攻材料学和医疗器械开发,在研究心脏支架方面有着丰富的经验。这次,刘爱华教授与他们强强联手,才研发出了“可降解脑血管支架”。

刘爱华教授说:“在国外,很多搞科研的医生是有工科背景的,因此在研发一些医疗器械时能够更准确、快速的找到适合的材料、运用领域等。但我国是将工科和医学明确分开了的。在这样的情况下,临床医生和多领域人才合作,组建团队,才能更有效弥补自己行业中的缺漏。”

的确如此,目前医工合作已经成为了我国医疗领域科研的大趋势,越来越多跨领域的人才涌现,促进着我国现代医学发展的进步。就像刘爱华教授所说:“集众人之智慧,将科研做到极致。”这是刘爱华教授的“可降解脑血管支架”的成功出路,也将是我国医疗发展的未来方向。

关键词: 北京天坛医院 高分子材料 医疗器械 极有可能 动脉狭窄

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