可降解JDBM支架与镍钛合金支架植入兔腹主动脉术后的对比研究

(1. 复旦大学附属华山医院血管外科，上海 200040； 2. 上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240；3. 复旦大学附属浦东医院，上海 201399)

【摘要】目的对比生物可降解镁合金支架JDBM与镍钛合金支架置入健康新西兰大白兔腹主动脉后的安全性和有效性。方法采用生物可降解镁合金血管支架(JDBM组)和镍钛合金支架(BMS组)植入24只新西兰大白兔的腹主动脉内，分别在植入后第14天、30天和60天行DSA、血管弹性和血液学检查。结果 JDBM组和BMS组在各观察终点均未出现动物死亡，无血管急性血栓、夹层、穿孔、支架移位或支架内狭窄等情况。在术后14d，JDBM组较BMS组血小板计数[(451.3±47.4)×109/L vs (347.8±62.5)×109/L,P<0.05]和血清NO含量[(109.7±19.5)μmol/L vs (82.2±23.2)μmol/L，P<0.05]有一过性升高，术后30d后恢复至术前水平。JDBM组支架处的血管弹性从术后即时(D0)至术后60d(D60)呈好转趋势，而BMS组支架处血管弹性始终劣于JDBM组。结论可降解镁合金血管支架JDBM在围手术期安全有效，具有良好的组织相容性，未增加支架内血栓形成和再狭窄的发生，并能改善植入段血管弹性。

【关键词】可降解支架；镁合金；血管成形术；腹主动脉；兔

支架成形术已成为外科治疗动脉硬化闭塞类疾病的主要方法。从金属裸支架(bare metal stent， BMS)到目前广泛应用的药物洗脱支架(drug-eluting stent， DES)，术后血管弹性回缩和内膜增生等问题都得到了有效控制，但由于存在DES所载的抗增殖药物引起的内皮化延迟以及支架长期留存于血管壁内导致的慢性炎症刺激等因素，仍可发生支架内急性血栓形成和中远期狭窄[1-2]。生物可降解血管支架的出现使上述问题有望得到解决，其机制是支架在一定时间内保持径向支撑力克服血管的弹性回缩，并在完成该使命后以无害形式降解排出体外，避免因长期慢性炎症刺激导致晚期再狭窄或血栓形成[3]。本研究对比了BMS支架和一种由上海交大自主研发的镁合金JDBM(Jiao Da Bio-Magnesium Series， JDBM)生物可降解支架植入新西兰大白兔腹主动脉后60d内的安全性和有效性。

1 材料与方法

本实验采用健康新西兰大白兔24只(上海甲干生物科技有限公司)，雌雄不限，体质量2.4～3.4kg，平均体质量(2.98±0.27)kg，5～6个月月龄，随机分为镁合金支架组(JDBM组)和镍钛合金支架组(BMS组)，每组12只。实验支架由上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心提供，该中心开发的血管支架用Mg-Nd-Zn-Zr专利镁合金JDBM，化学成分(质量分数，%)分别为： Nd 3.13，Zn 0.16，Zr 0.41，Fe 0.003，Ni 0.001，Si 0.003，Mn 0.001，Mg余量。JDBM镁合金生物可降解支架已在一系列体内外研究中证明其优异的力学性能和生物相容性[4-7]。植入前均经过激光切割、电化学抛光和灭菌处理，尺寸为3.0mm×12.0mm(图1)，利用径向支撑力测试仪测试经电化学抛光后支架的径向支撑力[8]，当支架被球囊扩张到内径为3.5mm又经过径向支撑力测试仪压缩到支架的初始外径3.0mm 时，其对应的强度为91～99kPa。

手术前3d予阿斯匹林10mg/kg及氯吡格雷10mg/kg口服至观察终点，术前1日禁食。以舒泰50(Zoletil，法国维克公司，批号5VC7)经耳缘静脉注射，剂量为 5mg/kg，给药体积0.1ml/kg。术中经右腹股沟行右股动脉切开，Seldinger法穿刺置入4F动脉鞘(COOK，美国)，注入3mg普通肝素(425U)，经鞘管行腹主动脉至双髂动脉造影，在DSA路径图(road map)状态下置入0.014″导丝(ASAHI，日本)，直至胸腹主动脉交界处，沿导丝引入球囊扩张支架，透视下根据路径图和球囊两端不透光标记进行定位，将支架近端定位于左肾动脉下方第2节椎体的位置释放，球囊扩张压力： BMS组为10～14atm(1atm=101.325kPa)直至支架完全贴壁，JDBM组由于支架不显影，释放过程同时在超声监视下完成，扩张压力为7～9atm，直至支架完全贴壁，维持6s后释放压力，透视下确定造影剂抽尽后退出球囊，支架释放后复查腹主动脉造影证实支架释放成功。全程无狭窄、夹层或穿孔。7-0Prolene 线缝合右股动脉，逐层缝合切口。术后3d连续注射青霉素80万U。

1.3 取材时间及血管造影随访

术后14、30、60d，对实验动物行超声评估、血液学检查、经对侧股动脉穿刺腹主动脉造影后分批取材，评估腹主动脉支架植入段通畅程度、有无血栓形成、有无支架内再狭窄、支架段血管弹性如何等情况。

1.4 血管弹性检查

使用Aloka F 75超声探测仪，高频线阵探头，机器内置echo-tracking相关软件，于术前，术后即时，术后14、30、60d对实验动物腹主动脉进行检测，获取支架处腹主动脉硬化参数β，每个数据测量3次，取平均值。β=ln(Ps/Pd)/[(DS-Dd)/Dd]。其中，Ps为收缩压，Pd为舒张压，Ds为动脉最大径，Dd为动脉最小径。

两组动物在术前，术后14d(D14)、30d(D30)和60d(D60)，自耳缘静脉采集抗凝血和血清，分别用全自动动物血液细胞分析仪(XFA6130，普朗，中国)和全自动动物血液细胞分析仪(7080，日立，日本)进行血常规及肝肾功能(日本世诺临床诊断制品株式会社)检测，并根据血清测试试剂盒(南京建成生物工程研究所)说明书提供的实验步骤，利用多功能酶标仪(infinite m2000 pro，TECAN，日本)和NanoDrop超微量分光光度计(2000C，THERMO SCIENTIFIC，美国)，分别检测两组实验动物血清中一氧化氮(NO)和总超氧化物歧化酶(T-SOD)的含量。

所有数据用SPSS 20.0处理。计量资料采用

表示，两组间数据比较采用Mann-Whitney U检验， P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

24只新西兰大白兔腹主动脉各成功植入JDBM或BMS支架一枚，技术成功率100%。术后动物饮食、活动均正常，随访期间无动物死亡。

两组实验动物在术后造影均通畅，无血管急性血栓、夹层、穿孔、支架移位或支架内狭窄等情况，见图2。

2.3 血管弹性检查结果

从术后即时(D0)至术后60d(D60)，JDBM组支架处硬化参数β明显下降，而BMS组支架处硬化参数β术后逐渐升高，见图3。至术后60d时由于BMS支架局部血管壁无明显搏动，应用血管回声跟踪技术(echo-tracking)无法测得β值(表1)。术后JDBM组及BMS组β值随时间变化趋势见图4，可见BMS组支架处血管弹性自术后即刻至术后60d始终劣于JDBM组。

2.4 血液检查结果

各时间点比较两组间血红蛋白、白细胞、钙镁离子含量、肝肾功能及总超氧化物歧化酶等结果未见明显差异。术后14d，JDBM组较BMS组血小板和NO含量有一过性升高，术后30d后恢复至术前水平，见表2。

3 讨论

理想的血管支架应具备以下特征：满足临床需要的径向支撑力并维持足够的时间，良好的生物相容性和通过性，支架植入后不引起内膜增生或血栓形成，同时又不影响内皮化过程，待血管内皮化和血管重构完成后，支架可以被完全降解，以无害形式排出体外，从而避免异物长期残留而导致的慢性炎症反应。可降解支架因具备上述潜在优势而成为国内外研究的热点，有望继球囊扩张术、裸支架和药物洗脱支架植入术后成为第4代腔内治疗的解决方案。目前已上市的可降解支架有美国Abbott公司的可降解聚合物支架(BVS)和德国Biotronic公司的可降解镁合金支架(DREAMS)。2014年公布的ABSORB Cohort B临床研究[9]结果显示，BVS 1.1支架急性回缩率为6.7%，6个月的总靶病变血运重建(TLR)率为 11.1%，主要不良事件(MACE)为7.1%。2016年公布的多中心非随机前瞻性BIOSOLVE-Ⅱ临床研究[10]显示，DREAMS 2代支架(Magaris)6个月的靶病变失败率(TLF)为3.3%，TLR为1.7%。相比于第2代DES，可降解聚合物支架和可降解镁合金支架的安全性和有效性已无明显劣势，但急性回缩的发生率更高。

镁合金具有优良的生物相容性、力学性能和可降解性。可降解镁合金支架的力学性能优于聚合物支架，顺应性更好，支架的贴壁率更高。但目前的研究主要集中在对基于商用镁合金改造的血管支架进行生物学评价，商用镁合金最初是作为结构材料设计的，而植入体内的血管支架材料需具备更好的生物相容性及降解行为的可控性。上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心自主研发的可降解生物医用镁合金JDBM血管支架，已被证实具有优异的生物相容性、径向支撑力和均匀的可降解性[4-8]，是国际上首个报道能被动物体内长期植入实验证实具有均匀降解特性并兼具良好强韧性和生物相容性的专利医用镁合金材料。本实验的结果显示，JDBM血管支架植入新西兰兔腹主动脉体内2个月后通畅性和各项安全性指标均不劣于对照组，验证了其安全性和有效性。

目前对可降解支架的体内研究主要关注生物相容性、有无急性支架内血栓形成以及支架内膜增生等情况，少有研究关注可降解支架植入后对血管弹性的影响。正常的血管顺应性和舒缩功能对保持支架远期通畅率及靶器官血流动力学稳定的重要性，而支架成形术后血管壁的顺应性和舒缩功能的恢复是影响临床远期疗效的重要因素[11-13]。随着镁合金支架在血管壁内的降解过程，血管的弹性将出现何种变化趋势，值得深入研究。本实验发现，从术后即时(D0)至术后60d(D60)，JDBM组支架处硬化参数β明显下降，而BMS组支架处硬化参数β术后逐渐升高。硬化参数β表示血管的硬化程度，其值越高，则动脉弹性越差[14-15]。故本实验结果表明，JDBM组支架处血管弹性从术后即时(D0)至术后60d(D60)呈好转趋势，而BMS组支架处血管弹性始终较差。导致这一差别的可能机制有以下几方面： (1) 镁合金的代谢产物有镁和氢氧根离子，镁离子是钙离子天然的拮抗剂，可以通过拮抗与体液与细胞内与钙离子有关的生物学效应，包括血管收缩与血管平滑肌细胞增殖等过程抑制血管的负性重构；(2) 镁离子本身是有效对抗血管痉挛的舒张剂，临床被运用于孕妇子痫的治疗，目前的研究表明镁离子可以通过内皮依赖性和非内皮依赖性血管舒缩系统调节血管舒缩，降低血管张力；(3) 血管平滑肌细胞对氧化还原反应敏感，血管紧张素II诱导的NADH/NADPH氧化酶活性以及细胞内H2O2的增加与血管平滑肌细胞的表型变化关系密切，镁合金降解中释放的氢氧根离子和H2对上述氧化酶活性以及血管平滑肌细胞的表型变化和血管重构可能均有影响。本研究发现术后14d JDBM组血清NO水平高于对照组，这一现象是否与顺应性的改变有关，需做进一步的机制探索。JDBM组术后14d存在血小板一过性升高的现象，虽然并未导致支架内血栓形成或闭塞，且至术后第30天恢复至术前水平，但推测这一现象可能与内皮化完成前血管壁接触支架丝的部位局部代谢产物浓度较高，导致血小板的激活与聚集有关。目前课题组正在研制新型高分纳米涂层修饰的JDBM支架，以期进一步改善降解速度的可控性和支架生物-材料的界面环境，促进血管内皮的快速修复。

综上所述，本实验的结果证明镁合金可降解支架植入兔腹主动脉2个月内支架内通畅，未见支架内血栓形成，通畅率及管腔远期损失较金属裸支架组无显著差异，血管弹性较金属裸支架组明显改善。

本研究的局限性包括： (1) 随访最长时间为2个月，未观察到植入远期支架完全降解后对血管重构及血管弹性的影响；(2) 未做动脉狭窄的动物模型；(3) 为了解其生物相容性和顺应性的影响，仅与金属裸支架比较，未纳入目前临床更常用的药物洗脱支架作为对照组。上述局限，将在进一步的研究中予以深入观察。

[1] GARG S， SERRUYS P W. Coronary stents： looking forward[J]. J Am Coll Cardiol， 2010，56(10 Suppl)： S43-78.

[2] HOFMA S H， VAN DER GIESSEN W J， Van Dalen B M， et al. Indication of long-term endothelial dysfunction after sirolimus-eluting stent implantation[J]. Eur Heart J， 2006，27(2)： 166-170.

[3] SUWANNASOM P， SOTOMI Y， TATEISHI H， et al. Bioresorbable drug-eluting scaffolds for treatment of vascular disease[J]. Expert Opin Drug Deliv， 2016，13(5)： 725-739.

[4] 袁广银，章晓波，牛佳林，等.新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展[J].中国有色金属学报，2011，21(10)： 2476-2488.

[5] ZHANG J， KONG N， NIU J， et al. Influence of fluoride treatment on surface properties， biodegradation and cytocompatibility of Mg-Nd-Zn-Zr alloy[J]. J Mater Sci Mate Med， 2013，25(3)： 791-799.

[6] MAO L， SHEN L， CHEN J， et al. Enhanced bioactivity of Mg-Nd-Zn-Zr alloy achieved with nanoscale MgF zsurface for vascular stent application[J]. ACS Appl Mater Interfaces， 2015，7(9)： 5320-5330.

[7] MAO L， SHEN L， NIU J， et al. Nanophasic biodegradation enhances the durability and biocompatibility of magnesium alloys for the next-generation vascular stents[J]. Nanoscale， 2013，5(20)： 9517-9522.

[8] 章晓波，毛琳，袁广银，等.心血管支架用Mg-Nd-Zn-Zr生物可降解镁合金的性能研究[J].稀有金属材料与工程，2013，42(6)： 1300-1305.

[9] SERRUYS P W， ONUMA Y， GARCIA-GARCIA H M， et al. Dynamics of vessel wall changes following the implantation of the absorb everolimus-eluting bioresorbable vascular scaffold： a multi-imaging modality study at 6， 12， 24 and 36 months[J]. Eur Intervent， 2014，9(11)： 1271-1284.

[10] HAUDE M， INCE H， ABIZAID A， et al. Safety and performance of the second-generation drug-eluting absorbable metal scaffold in patients with de-novo coronary artery lesions(BIOSOLVE-Ⅱ)： 6 month results of a prospective， multicentre， non-randomised， first-in-man trial[J]. The Lancet， 2016，387(10013)： 31-39.

[11] CAMICI P G， CREA F. Coronary microvascular dysfunction[J]. N Engl J Med， 2007，356(8)： 830-840.

[12] MORRIS L， STEFANOV F， HYNES N， et al. An experimental evaluation of device/arterial wall compliance mismatch for four stent-graft devices and a multi-layer flow modulator device for the treatment of abdominal aortic aneurysms[J]. Eur J Vasc Endovasc Surg， 2016，51(1)： 44-55.

[13] HOKIMOTO S， TABATA N， YAMANAGA K， et al. Prevalence of coronary macro-and micro-vascular dysfunctions after drug-eluting stent implantation without in-stent restenosis[J]. Int J Cardiol， 2016，222： 185-194.

[14] 柴启亮，詹嘉，林庆民，等.E-tracking技术评价颈动脉病变的临床应用[J].上海医学影像，2006，15(2)： 160-161.

[15] 胡丹，许嘉鹤，李延艳，等.超声方法测量心踝指数评价2型糖尿病患者动脉弹性的价值[J].同济大学学报(医学版)，2014，35(1)： 58-68.

Comparison of biodegradable Mg alloy JDBM stent and nitinol stent implanted in abdominal aorta of rabbits

TAN Jin-yun1， CHEN Li1， YU Bo3， PEI Jia2， YUAN Guang-yin2， DING Wen-jiang2

(1. Dept. of Vascular Surgery, Huashan Hospital, Fudan university, Shanghai 200040， China; 2. National Engineering Research Center of Light Alloys Net Forming, School of Materials Science & Engineering, Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240， China; 3. Pudong Hospital, Fudan University, Shanghai 201399， China)

【Abstract】Objective To compare the efficacy and safety of bare biodegradable magnesium alloy JDBM stent with bare nitinol stent implanted in abdominal aorta of rabbits. Methods Bare biodegradable magnesium alloy JDBM stents(JDBM stent,n=12) or bare nitinol stents(BMS group, n=12) were implanted in abdominal aorta of New Zealand white rabbits. At 14th, 30th and 60th day after implantation, abdominal aortic angiography, artery elasticity and blood tests were performed. Results Angiography showed that all stents were patent with normal flow. No death, perforation, dissection, stent migration, in-stent thrombosis or restenosis were observed in either group. The level of blood platelets[(451.3±47.4)×109/L)] and serum NO[(109.7±19.5)μmol] were significant higher in JDBM group in comparison with BMS group[(347.8±62.5)×109/L, 82.2±23.2 μmol/L)], then returned to baseline at d30. The elasticity of arteries where implanted JDBM stents was recovered at d60 after operation, the stiffness parameter β in JDBM group was consistently better than that in BMS group. Conclusion The implantation of biodegradable magnesium alloy JDBM vascular stents in abdominal aorta of rabbits is effective and safe. The JDBM stent shows favorable biocompatibility in vivo and superiority in artery elasticity compared with nitinol stent.

【Key words】biodegradable stents; magnesium alloy; angioplasty and stenting; abdominal aortic artery; rabbit

作者简介：谭晋韵(1983—)，男，主治医师，硕士.E-mail: m.tan@fudan.edu.cn

可降解JDBM支架与镍钛合金支架植入兔腹主动脉术后的对比研究

1 材料与方法

2 结 果

3 讨 论

2 结果

3 讨论