四川大学王云兵教授团队《Adv. Mater.》：用于心血管疾病治疗的创新生物材料和器械

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心脑血管疾病已成为威胁人类健康的头号杀手，每年有1770万人死于心血管疾病，预计到2030年这一数字将增加到2360万，远高于癌症和其他疾病。如何开展积极可靠的心血管疾病治疗已成为亟待解决的全球性问题。目前，用于心血管疾病治疗的微创介入生物材料和器械，已成为治疗心血管疾病最有效的手段之一。四川大学生物医学工程学院院长和国家生物医学材料工程技术研究中心主任王云兵教授在《Advanced Materials》上发表题为Development of Innovative Biomaterials and Devices for the Treatment of Cardiovascular Diseases的文章，详细介绍了用于心血管疾病治疗的心血管支架、人工心脏瓣膜、心脏封堵器和抗心衰可注射水凝胶等系列创新生物材料和器械的研究进展和成果。

图1用于心血管疾病治疗的生物材料和器械

血管支架植入术已成为治疗冠心病最有效的手段之一。传统的支架产品为非降解的金属基药物涂层支架，支架的永久存留易导致血管再狭窄及晚期血栓等不良事件发生。全降解血管支架在完成血管重建后可被逐步降解吸收，有望从根本上解决传统金属支架永久留存带来的并发症等。然而目前的全降解支架依然沿用传统的药物涂层设计理念，支架在抗增生的同时也会导致内皮愈合延迟，进而影响血管组织修复进程。王云兵教授团队近年来开发了系列新型的血管支架仿生涂层技术，特别是定制化重组III型人源化胶原蛋白仿生涂层，其避免了传统胶原与血小板的凝血结合位点，颠覆性的将传统观念中促凝血性能良好的胶原材料变成了抗凝血性能优异的新型定制化胶原材料。同时很好地保留了传统胶原材料对内皮细胞生长的良好亲和力，可选择性调控血管表层内皮细胞与中层平滑肌细胞的生长及表型，在抑制新生内膜过度增生同时，有效促进血管内皮快速愈合。

图2 一种全新的定制化抗凝重组III型人源化胶原蛋白血管支架仿生涂层

瓣膜置换是治疗重度心脏瓣膜类疾病的最佳方案之一，但传统的开胸手术瓣膜置换风险高，手术创伤大，病人术后恢复慢，约有三分之一的患者不能耐受此类手术。随着技术的进步，瓣膜置换手术的发展趋势已由外科开胸手术向微创介入手术转变，与传统外科瓣膜置换的高风险相比，经导管瓣膜置入术具有减少创伤、术后恢复快等优点，为重度主动脉瓣狭窄以及关闭不全患者，特别是不能开胸手术的患者，带来了新的希望。生物瓣膜因其优越的血流动力学性能已成为介入瓣膜的首选。到目前为止，几乎所有的商业生物瓣膜均由戊二醛处理的异种组织制备，其在临床应用中表现出较为满意的性能。然而，戊二醛交联瓣膜其固有的钙化、血栓形成风险、免疫排斥反应和内皮化困难等缺点导致其使用寿命较短（10-15年）。王云兵教授团队近年来开发出了新型非戊二醛双键交联（double bond crosslinking）策略，在此技术平台上开发出系列性能优异的非戊二醛交联的生物瓣膜材料，在实现生物瓣膜优异力学性能的同时，大幅降低其钙化、凝血和炎症反应，并显著增强其内皮化性能，延长瓣膜使用寿命，有望成为下一代人工心脏瓣膜材料。

图3 一种新型双键交联非戊二醛生物瓣膜材料

中国是先心病（先天性心脏病）大国，每年出生的新生儿中接近1%患有先心病。最常见的先天性心脏病包括房间隔缺损、室间隔缺损、动脉导管未闭等，表现为位于心房、心室或血管壁上的孔洞。微创介入封堵器已成为最常见的先心病治疗方式。传统用于先心病治疗的微创介入封堵器一般由镍钛合金材料制备，这类封堵器植入人体后永久存留，有可能引起磨损、传导阻滞等各种远期并发症，而全降解封堵器可有效避免镍钛合金封堵器的上述不足。王云兵教授团队与乐普心泰医疗和阜外医院潘湘斌教授团队共同开发了全降解先心封堵器，于2022年2月获国家药监局批准，成为世界上第一个获批大规模临床使用的全降解心脏封堵器。其在植入后3个月内被新生组织覆盖，1年后被人体吸收，实现了封堵器动态力学支撑及降解性能与组织修复良好匹配和心脏缺损部位组织的修复再生，避免了传统金属封堵器植入后永久存留于儿童体内可能带来的远期并发症风险。

图4全降解心脏封堵器

心力衰竭（心衰）是冠心病、扩张型心肌病、风湿性心脏病、心肌炎等多种心脏病的终末期表现。尽管在过去的几十年中心衰患者的治疗取得了一定的进展，但心衰患者的死亡率仍然很高。为进一步降低心衰患者的死亡率，提高患者的生活质量，近年来，各种可注射水凝胶、心肌补片等新的心衰技术逐步被开发。值得一提的是，可注射水凝胶技术作为一种经导管微创介入技术，具有手术操作简单、创伤小、对心功能恢复效果好等优点，研发具有优异力学支撑和促进组织修复等性能的微创介入抗心衰水凝胶材料已成为未来的重点研究方向之一。

创新生物材料和器械研究为各种心血管疾病的治疗提供了有力的解决方案。心血管生物材料与器械的发展是一个涉及材料、机械、生物学、医学等多学科交叉的领域，新材料的出现，相关临床新技术的诞生和临床外科技术的进步，都将推动创新型心血管医疗器械的产生和发展。展望未来，王云兵教授在文章中指出，心血管生物材料和器械的未来研究应集中在以下几个方面：1）具有组织再生功能的可吸收心血管支架和心脏封堵器；2）具有生物安全性和耐久性的人工心脏瓣膜；3）用于心衰治疗的组织再生微创介入水凝胶。随着新型心血管材料和器械的发展和性能提高，更先进的治疗方案将为心血管患者带来新的希望。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202201971

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