上海交大：可降解鎂合金血管支架重要進展

近日，上海交大輕合金精密成型國家工程研究中心袁廣銀教授課題組在可降解鎂合金血管支架設(shè)計方法研究領(lǐng)域取得重要進展，研究成果以“In vivo and in vitro evaluation of a biodegradable magnesium vascular stent designed by shape optimization strategy”為題，發(fā)表在生物材料領(lǐng)域權(quán)威學術(shù)期刊《Biomaterials》上，這是近5年內(nèi)袁廣銀教授課題組第二篇論文發(fā)表在《Biomaterials》上。

可降解鎂合金支架具有良好的臨床應(yīng)用前景，通過材料性能、載藥涂層和結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合優(yōu)化設(shè)計，可以達到優(yōu)于生物可吸收聚乳酸支架的效果，甚至進一步取代現(xiàn)有藥物洗脫支架。該研究提出了一種基于有限元方法的形狀優(yōu)化設(shè)計策略，并將其應(yīng)用于課題組自行研發(fā)的材料本身具有均勻降解特性的Mg-Nd-Zn-Zr（JDBM）合金制備的血管支架上，在體外各項力學性能測試和體內(nèi)降解過程觀察中都取得了符合預(yù)期的實驗結(jié)果。
該研究通過微區(qū)XRD分析和有限元數(shù)值仿真證實了壓握過程會在支架中引入大塑性變形，創(chuàng)造性地將壓握變形過程納入到鎂合金血管支架形狀優(yōu)化中。通過引入凸起平臺結(jié)構(gòu)配合形狀優(yōu)化，實現(xiàn)了支架壓握狀態(tài)下平行、緊湊的支撐桿排布，進而實現(xiàn)了鎂合金支架的各項生物力學性能的佳匹配。
在隨后的動物實驗中，經(jīng)過形狀優(yōu)化的JDBM支架被植入新西蘭大白兔髂動脈，文章根據(jù)相關(guān)實驗結(jié)果對其在體內(nèi)的生物安全性、對血管壁支撐能力的有效性以及在動物體內(nèi)的降解行為進行了系統(tǒng)的分析和討論。
該研究提出了一套基于有限元方法的形狀優(yōu)化策略和全面的數(shù)值仿真預(yù)測方案，并得到了體內(nèi)、體外結(jié)果的充分證實，為深入研究鎂合金血管支架的變形過程和生物力學性能提供了有效的技術(shù)方法和途徑，已經(jīng)獲得中國發(fā)明專利授權(quán)并同時申請了美國專利予以保護。

論文共同作者為陳晨忻博士，中山醫(yī)院陳佳慧博士和米蘭理工大學吳衛(wèi)博士，通訊作者為袁廣銀教授和意大利米蘭理工大學Francesco Migliavacca教授。上海交通大學為完成單位，合作研究團隊成員分別來自復(fù)旦大學附屬中山醫(yī)院、意大利米蘭理工大學和美國麻省理工學院。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市科委基金的資助。

近年來，在丁文江院士的指導(dǎo)下，袁廣銀教授帶領(lǐng)課題組瞄準臨床應(yīng)用，在全降解鎂合金血管支架材料研發(fā)、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計、載藥涂層、降解機理等方面取得了一系列重要成果，相關(guān)工作先后發(fā)表于Biomaterials 2019、Acta Biomater 69(2018)、Corrosion science 123(2017)、Scientific Reports 37401(2016)、ACS Appl. Mater. Interfaces 7(2015)、Nanoscale 2013等著名期刊上，形成了國際學術(shù)影響力。近期課題組合作企業(yè)又傳來了交大鎂合金血管支架的徑向支撐力測試結(jié)果達到了國際高水平的令人振奮的消息。相信不久上海交大研發(fā)的具有國際先進水平的全降解鎂合金血管支架必將造福廣大心血管疾病患者！