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西南交通大学黄楠教授/杨志禄副教授课题组:基于协同配位和儿茶酚胺化学构建具有原位催化一氧化氮释放功能的心血管支架
2018-06-20 来源:中国流变网    点击次数:200次    

  心血管疾病作为全球的头号死因,每年导致死亡人数超过1700万;支架植入术作为心血管疾病治疗的主要手段之一,全球临床年植入量达400万支,挽救了众多患者的生命;然而,临床应用的血管支架依然面临着两大并发症,再狭窄和晚期血栓。而导致支架临床并发症的根本原因在于,临床使用的支架如裸金属支架和药物洗脱支架(DES)不仅不能同时满足其在抗凝、抑制平滑肌细胞增殖和促进内皮再生等的多重功能需求,有甚者在功能实现上存在相互制约的矛盾。如DES,其释放的药物(主要为紫杉醇、雷帕霉素及其衍生物,而该类药物是抗癌药物)“敌我不分”在抑制平滑肌细胞增殖的同时也抑制内皮细胞得生长,大大延迟了内皮化进程,增加了晚期血栓的发生风险。内皮细胞层不仅是最好的天然抗凝血表面,而且在维持整个心血管系统正常运作中发挥着至关重要的功能。而内皮细胞层功能的发挥很大程度上依赖于其持续释放的一氧化氮(NO)。这是由于NO具有多重生理功能,如:抑制血小板粘附/激活、抑制平滑肌细胞增殖、抗炎、预防动脉粥样硬化发生及促进受损内皮组织修复等。因此,在支架表面实现仿生天然内皮细胞层长期、稳定、持续释放NO功能,有望成为降低/解决支架临床并发症。

  截至目前,基于产生NO的材料设计主要归纳为NO-释放型和NO-催化型两大类。NO-释放型材料由于NO释放持续性较差且不稳定,限制了其在血管支架上的应用。NO-催化型材料,因其具有持续催化内源性供体亚硝基硫醇(RSNO)释放NO而自身不被消耗的特点,成为理想化的支架表面改性材料。然而,目前NO-催化型材料的设计主要是采用高分子交联NO催化活性物质(如联硒化合物)或装载有机-金属离子Cu2+配位物。而这种方法往往涉及到复杂的多步骤工艺、支架表面预处理需求、涂层材料与支架表面结合力不牢等问题。

  针对上述问题,西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室黄楠教授/杨志禄副教授课题组受启发于贻贝的粘附现象,发展出了金属-儿茶酚胺表面催化化学改性技术,通过简单的“一步浸涂”法及金属离子和儿茶酚胺化学计量比的调控,研究者成功的在支架表面构建出具有长期、持续、稳定、可控NO催化释放功能的粘附涂层。

图片1.NO-催化释放涂层的设计

图片2.NO催化释放速率调控和涂层改性支架体内植入结构。

  该方法不需要昂贵的化学试剂及仪器设备、有毒的化学试剂、复杂的表面处理,在将来实现产业化生产中占有得天独厚的优势。研究者在通过系统、深入的体外、体内血液相容性、细胞生长行为和支架植入实验评价发现,NO催化释放涂层表面功能化的血管支架不仅具有优异的抗凝血性能,还兼具选择性促进内皮细胞生长而抑制平滑肌细胞增殖和迁移的功能。同时,研究者还优化出最佳适用于血管支架功能化设计所需的NO催化释放速率。相关研究成果以“Synergetic coordination and catecholamine chemistry for catalytic generation of nitric oxide on vascular stents”为题发表在Nature旗下的材料领域权威期刊NPG Asia Materials上 (DOI: 10.1038/s41427-018-0052-3),该论文第一作者为2014级博士研究生李向阳,通讯作者为杨志禄副教授黄楠教授,西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/材料科学与工程学院为论文的第一及唯一通讯单位。

  该研究工作得到了国家自然科学基金-重点项目、国家自然科学基金-面上项目、国家自然科学基金-青年基金以及四川省杰出青年基金等项目的大力支持。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41427-018-0052-3

 
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