用于3D打印植入器械和组织工程支架的新型三元共聚物

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撰文│范仲勇

编辑│陈圆圆  

审校│汤红明

范仲勇

复旦大学材料科学系教授，主要从事完全生物可降解聚合物植介入材料和器械的基础理论和应用研究。针对聚乳酸及其共聚物材料合成和性能存在的不足等问题，从分子设计角度出发，利用独特的链端基活化技术，开发制备了数十种结构新颖、性能优异的完全可降解聚合物材料。在国际著名学术刊物上发表SCI论文150余篇，申请国家发明专利22项，获授权专利8项。

【编者按】组织工程与再生医学是指利用生物学及工程学的理论和方法修复缺损或功能损害的组织和器官，使其恢复并具备正常组织和器官的结构和功能。在具体实践中，用于细胞生长的常为多孔支架，材料可降解且具有良好的生物相容性，细胞在其中生长或分化成所需要的组织结构，从而达到组织或器官修复的目的。近年来，组织工程和再生医学得到迅猛发展，本报开设组织工程与再生医学专栏，由同济大学附属东方医院刘青教授主持组稿，介绍该领域的最新研究进展。本期主要介绍用于 3D 打印植入器械和组织工程支架的新型三元共聚物。

 植入冠脉支架是治疗心血管疾病的有效方法，然而现有的支架材料仍存在很大的缺陷。

第一代金属裸支架虽然避免了术后血管弹性回缩，但有部分患者会出现支架内内膜过度增生，造成血管再狭窄问题；

第二代金属药物洗脱支架对防治支架内再狭窄具有一定效果，但支架一旦置入就不能取出，也不能降解，其持续刺激血管壁将引发远期支架内再狭窄。

此外，支架还存在疲劳断裂的问题，并且置入支架的患者需长期服用抗血小板药物。

采用完全可吸收聚合材料制备的全降解血管支架从理论上可以克服上述问题，在血管修复领域有巨大的应用前景。目前最受关注的左旋聚乳酸（简称聚乳酸）材料也存在断裂伸长率较低、降解时间长等问题。因此，一些研究者试图通过共聚改善聚乳酸材料性能，但通常二元共聚的方法只能有针对性地改进某些性能，不能比较全面地改进材料的力学和降解性能。

三元共聚的方法可以解决二元共聚改性方法的不足之处。目前，由复旦大学材料科学系、复旦张江研究院生物材料与医疗器械3D打印工程研究中心副所长范仲勇教授带领的团队开发出一种新材料——完全生物可降解聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（PLLA-TMC-GA）共聚物材料。该团队以P(TMC-ran-GA)作为大分子引发剂，通过两步法制备了数均分子量为1.0×10⁵-3.0×10⁵的P(TMC-ran-GA)-(LLA-ran-GA)双嵌段共聚物。将具有柔韧性的TMC引入到PLLA链中，使得材料的韧性大幅度提升，进而改善力学性能，而且TMC降解产物为中性，使得共聚物降解产物酸性减弱，降低了患者炎症发生的概率。同时，将具有较高反应活性及较快降解速率的GA单元引入到PLLA链中，使得共聚物的降解速率可控、药物释放能力提高。对其进一步进行生物学研究之后发现该材料具有良好的生物相容性，并且其加工性能满足3D打印血管支架或静电纺丝等加工要求，有望作为新型可降解生物医用材料。

日前，该团队通过北京阿迈特的四轴-3D打印技术将PLLA-TMC-GA新材料成功打印出各种不同结构与尺寸的血管支架。体外测试评估了打印出的血管支架的径向支撑力和短缩率等关键性能，结果表明各项指标均能满足临床上作为血管支架植入器械的性能要求。除用于制备全降解血管支架外，该新材料还可用于3D打印制备多孔组织工程支架，通过在该支架上进行干细胞培养与分化而制备成组织工程修复产品，可用于骨、软骨和皮肤等组织的再生与修复。

PLLA-TMC-GA新材料相比于PLLA材料，实现了高效、低成本和综合性能优等技术突破，该新材料有望为我国在全球新一代高性能血管支架研究和应用领域做出关键性的贡献。

（本文来源于《医学参考报》干细胞与再生医学频道2019-02期第五版原创文章，ID：yxckbsc2019020502）

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