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蘇大李剛、余嘉和蘇大附屬獨(dú)墅湖醫(yī)院張喜成合作 Int. J. Biol. Macromol.: 蠶絲織物復(fù)合增強(qiáng)人工心臟瓣膜
2024-02-07  來源:高分子科技

  心臟瓣膜作為心臟的總閥門,控制著人體全身血液的循環(huán)和輸送。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年約有超過3000萬人患有心臟瓣膜疾。VHD),其中超過30萬患者需進(jìn)行瓣膜置換術(shù),其發(fā)病率隨著年齡的增長而增加。目前臨床上應(yīng)用最廣的人工瓣膜分為機(jī)械瓣膜和生物瓣膜,然而,機(jī)械瓣膜需要面臨終生的抗凝血治療,生物瓣膜在體內(nèi)易引發(fā)鈣化和降解。紡織纖維基復(fù)合增強(qiáng)人工心臟瓣膜具有良好的力學(xué)性能、低滲透性能、抗凝血性能、生物相容性和抗鈣化能力,成為近年來的研究熱點(diǎn)。本研究制備了蠶絲織物(WSF)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水凝膠復(fù)合材料增強(qiáng)人工心臟瓣膜(SPAHV)。研究結(jié)果顯示出顯著的各向異性力學(xué)性能、較低的水溶脹性能和水滲透性。細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了SPAHV復(fù)合心臟瓣膜具有更好的生物相容性、抗降解性和抗鈣化能力。


  2024年1月17日,蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室李剛教授、余嘉副教授和蘇州大學(xué)附屬獨(dú)墅湖醫(yī)院張喜成主任醫(yī)師合作,設(shè)計(jì)開發(fā)了一種蠶絲織物和聚乙二醇二丙烯酸酯水凝膠復(fù)合材料增強(qiáng)人工心臟瓣膜。該項(xiàng)工作以“Artificial heart valve reinforced with silk woven fabric and poly (ethylene glycol) diacrylate hydrogels composite”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules上。蘇州大學(xué)碩士研究生孫璇、黃笛和蘇州大學(xué)附屬獨(dú)墅湖醫(yī)院李觀強(qiáng)醫(yī)師為共同第一作者,蘇州大學(xué)李剛教授、余嘉副教授和蘇大附屬獨(dú)墅湖醫(yī)院張喜成主任醫(yī)師為共同通訊作者。該工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部國際合作司項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心項(xiàng)目的支持。


  研究團(tuán)隊(duì)采用脫膠蠶絲作為原材料制備出機(jī)織蠶絲織物(WSF),以聚乙二醇(PEG)為原料合成了聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA),最終得到了一種WSF和PEGDA水凝膠復(fù)合增強(qiáng)人工心臟瓣膜(SPAHV)。利用PEGDA優(yōu)異的生物相容性及其致密的水凝膠結(jié)構(gòu),可以有效填充機(jī)織膜纖維間的縫隙形成光滑的復(fù)合材料表面以抵抗血小板的黏附和鈣鹽顆粒的沉積,從而增強(qiáng)紡織基瓣膜的抗凝血和抗鈣化能力,其致密結(jié)構(gòu)顯著了提高機(jī)織瓣膜的抗水滲透性。與此同時(shí),PEGDA具有優(yōu)異的生物安全性,植入體內(nèi)后不會(huì)產(chǎn)生明顯的異物反應(yīng)。最后,系統(tǒng)研究了該水凝膠復(fù)合增強(qiáng)人工心臟瓣膜的力學(xué)性能、抗水滲透能力、抗鈣化能力和抗降解等性能,并通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該人工心臟瓣膜的生物相容性和抗鈣化能力。結(jié)果顯示SPAHV復(fù)合材料的經(jīng)向和緯向彈性模量分別達(dá)到54.08±3.29 MPa和23.96±2.18 MPa,而其體積/質(zhì)量溶脹率和水滲透性分別為1.9%/2.8%和3 mL/(cm2?min),顯示出顯著的各向異性力學(xué)性能、較低的水溶脹性能和水滲透性。L929小鼠成纖維細(xì)胞和人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明了SPAHV復(fù)合材料有利于L929小鼠成纖維細(xì)胞、人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的生長和增殖。采用Sprague-Dawley(SD)雄性大鼠模型,在皮下植入8周的情況下,進(jìn)一步檢查了SPAHV的體內(nèi)外生物相容性和抗鈣化能力。免疫組化染色測定促炎細(xì)胞因子TNF-α和抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá),并進(jìn)行H&E染色和茜素紅染色。結(jié)果表明,與對照組相比,SPAHV復(fù)合材料具有更好的生物相容性、抗降解性和抗鈣化能力(p<0.05),揭示了其在人工心臟瓣膜應(yīng)用中的潛力。 


1. PEGDA水凝膠復(fù)合蠶絲織物增強(qiáng)人工心臟瓣膜的制備及表征流程圖


2. SPAHV蠶絲織物復(fù)合瓣膜的抗鈣化能力及抗降解性能 


3. SPAHV蠶絲織物復(fù)合瓣膜體內(nèi)生物學(xué)評(píng)價(jià)及其組織學(xué)分析


4. SPAHV蠶絲織物復(fù)合瓣膜體內(nèi)抗鈣化性能分析


  上述研究結(jié)果表明,該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的PEGDA水凝膠/蠶絲織物復(fù)合增強(qiáng)人工心臟瓣膜具有良好的力學(xué)性能、低滲透性能、抗凝血性能、生物相容性和抗鈣化能力,該研究為新型人工心臟瓣膜的研發(fā)提供了新思路,并且具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。該工作是團(tuán)隊(duì)近期在蠶絲健康紡織材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一(ACS Biomaterials Science & Engineering, 2024, 10, 607-619; Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2024, 233, 113635; Chemical Engineering Journal, 2023, 459: 141628; Macromolecular Bioscience, 2023, 23(10): 2300105; Bioengineering, 2023, 10(4): 399)。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129485


通訊作者簡介


  李剛,教授、博導(dǎo),江蘇省第十五批“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省僑聯(lián)青年委員會(huì)委員、蘇州市僑聯(lián)青年委員會(huì)常委、姑蘇區(qū)僑聯(lián)副主席。香港理工大學(xué)博士,美國塔夫茨大學(xué)訪問學(xué)者(導(dǎo)師:David Kaplan院士)。長期在紡織和生物醫(yī)用材料等多領(lǐng)域展開跨學(xué)科研究。主要發(fā)表中英文論文100余篇,授權(quán)國內(nèi)外專利50余件。先后主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等項(xiàng)目20余項(xiàng),曾獲中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)優(yōu)秀專利獎(jiǎng)、江蘇省行業(yè)領(lǐng)域優(yōu)秀科技成果獎(jiǎng)、中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎(jiǎng)、優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師等榮譽(yù)。主要學(xué)術(shù)兼職為中國生物材料學(xué)會(huì)智能仿生生物材料分會(huì)委員、江蘇省高企認(rèn)定專家?guī)旒夹g(shù)專家等、Journal of Fiber Bioengineering Informatics副主編、擔(dān)任Biomaterials、Advanced Materials等40余種國內(nèi)外SCI雜志審稿人。



  余嘉,香港理工大學(xué)博士、哈佛大學(xué)訪問學(xué)者、蘇州大學(xué)骨科研究所副教授;曾在美國Mayo Clinic、Harvard University的骨科生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室/中心開展訪問研究。主要研究方向?yàn)椋杭」窍到y(tǒng)生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)3D打印、康復(fù)工程;已發(fā)表學(xué)術(shù)論文及專著50余篇,授權(quán)專利10余項(xiàng),參與制定3D打印團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等10余項(xiàng);擔(dān)任中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)康復(fù)工程分會(huì)青年副主任委員、中國康復(fù)輔助器具協(xié)會(huì)康復(fù)工程專業(yè)委員會(huì)青年副主任委員、SICOT中國部數(shù)字骨科學(xué)會(huì)第一屆委員會(huì)委員、江蘇省醫(yī)學(xué)會(huì)數(shù)字醫(yī)學(xué)分會(huì)第一屆委員會(huì)青年委員、蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目評(píng)審專家,以及國內(nèi)外20多個(gè)權(quán)威雜志評(píng)審專家。


  張喜成,主任醫(yī)師,博導(dǎo),蘇州大學(xué)附屬獨(dú)墅湖醫(yī)院血管外科與介入科主任。擅長各種血管疾病的外科手術(shù)和微創(chuàng)介入治療。曾在安貞醫(yī)院、臺(tái)灣長庚紀(jì)念醫(yī)院、德國Klinikum Bielefeld和明斯特Franziskus醫(yī)院等國內(nèi)外醫(yī)療機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)。主要研究髂靜脈病變繼發(fā)血栓的機(jī)制及防治研究、靜脈支架后再狹窄的發(fā)生機(jī)理及其相關(guān)治療器具的研發(fā)等。第一或通信作者發(fā)表論文100余篇,其中SCI收錄近20篇,國家專利5項(xiàng),并擔(dān)任多家國內(nèi)外期刊通訊編委和審稿人。曾獲省市級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)20余項(xiàng)。曾獲江蘇省“333高層次人才工程”首批中青年科技帶頭人、蘇州“姑蘇衛(wèi)生人才”(A類特聘)等人才項(xiàng)目。兼任江蘇省醫(yī)學(xué)會(huì)血管外科分會(huì)候任主任委員、江蘇省醫(yī)師協(xié)會(huì)血管外科醫(yī)師分會(huì)副會(huì)長,中國醫(yī)師協(xié)會(huì)血管外科醫(yī)師分會(huì)委員,中國醫(yī)師協(xié)會(huì)腔內(nèi)血管學(xué)專委會(huì)委員等。

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