黄楠、杨志禄：基于贻贝灵感表面化学构建具有理疗气体可控释放功能的心血管支架

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血管支架植入术，因其具有创伤小、见效快的独特优点，已成为心血管疾病治疗的最主要手段之一，全球临床年植入量达400万支，挽救了众多患者的生命。然而，目前无论是被广泛应用于临床的裸金属支架及药物洗脱支架（DES）还是进入临床试验的内皮祖细胞（EPC）捕获型的CD34抗体支架依然面临着支架内再狭窄和晚期血栓两大并发症。而导致临床并发症的根本原因在于，这些支架在功能设计理念上存在误区。纵观血管支架表面功能设计研究的发展进程，我们发现，截至目前，依然只有少数学者意识到“病变血管修复和具有正常生理功能的内皮组织再生”这一生理过程的发展对血管支架有着特定的“时序功能”需求。早在2012年于成都召开的“第九届世界生物材料大会”上，黄楠教授率先正式提出“时序功能”血管支架设计的理论。而该理论的诞生源于对支架植入后相继引起的“血栓、炎症、内膜增生、基质沉积和血管重塑，从而导致架再狭窄” 等一系列病理响应的发生具有“时间先后顺序”的充分认识。然而，目前血管支架表面功能设计上大多数不但没有满足支架“时序”抗凝、选择性调控炎症细胞、平滑肌细胞及内皮细胞生长行为及表型等功能的需求，甚至在功能设计上存在相互矛盾和制约。血管内皮细胞层作为最好的天然抗凝血表面，同时还在维持整个心血管系统正常运作中发挥着至关重要的作用。而内皮细胞层功能的发挥很大程度上依靠其持续释放的一氧化氮（NO）这一理疗气体。NO自发现以来，许多重要的生理功能逐渐被报道。其中，在心血管系统中扮演着抑制血小板粘附/激活、抑制平滑肌细胞增殖、调控炎症反应、预防动脉粥样硬化发生及促进受损内皮组织修复等重要角色。而NO的这些关键性的多重生理功能正是满足血管支架“时序功能”修饰的潜在理想分子。

图片1.贻贝灵感儿茶酚胺化学构建NO-催化释放型血管支架。

基于此，西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室黄楠教授/杨志禄副教授团队与香港理工大学赵昕助理教授受贻贝粘附蛋白和血液中NO制造机理的启发，发展出了催化型儿茶酚胺表面化学改性技术，选取粘附分子多巴胺和具有仿生NO催化活性酶（谷胱甘肽过氧化物酶）功能的分子硒代胱胺（SeCA）作为支架涂层制备前驱体，基于多巴胺和SeCA在弱碱性条件下的共聚反应原理，通过简单的“一锅法”，研究者成功地在支架表面构建出具有长期、持续、稳定、可精确调控控NO催化释放功能的粘附涂层。该方法无需昂贵的化学试剂、仪器、设备及复杂的表面处理，也不涉及到使用任何有毒化学试剂。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，而且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，显著地抑制了支架再狭窄。相关研究成果以“Mussel-inspired catalytic selenocystamine-dopamine coatings forlong-term generation of therapeutic gas on cardiovascular stents”为题发表在生物材料领域权威期刊Biomaterials上 (doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.06.008)，杨志禄副教授为该论文第一兼通讯作者，黄楠教授和赵昕助理教授同为该论文的通讯作者，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。