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人造血管:更细更柔软,向毛细血管领域迈进

发布日期:2012/1/18|点击:2697|上一学术|下一学术

    血管是人体的生命线,血液通过血管将生命活动所需的氧气和营养成份输送到身体的各个角落。有关血管的疾病中,类似动脉闭塞和动脉瘤这样的致命病症很多。特别是较粗的血管出现上述病症时,如果不及时疏通,就会带来生命危险。     饮食习惯的变化与人造血管的需求增加   但是,血管被切除后,拉长剩余血管再缝合的难度非常大。尽管血管可拉伸长度因患病部位不同而异,但最大的拉伸长度也不超过1cm。而动脉硬化和动脉瘤等手术几乎都需要切除患部血管1cm以上。因此,治疗类似疾病时,一般须使用人造血管替代切除部分,或者再造一条分支血管。   随着饮食习惯的变化和高龄化趋势,动脉闭塞和动脉瘤患者越来越多。目前日本国内人造血管的市场规模约为85亿日元(约合人民币6.5亿元)。每年有5万人接受使用人造血管的手术。从全球范围来看,需要接受人造血管治疗的患者也大幅增加。因此,各大学的研究机构、美国波士顿科学公司(Boston Scientific)、美国InterVascular、宇部兴产子公司--宇部循研等均以与人体亲和性更高的人造血管为目标展开研发。   其中,泰尔茂与纤维厂商世联(SEIREN)联合开发成功了与现有产品相比人体亲和性更高的人造血管。而且与原来的人造血管相比,可缩短术后住院时间。目前临床试验已接近尾声,泰尔茂计划年内提出生产申请。如果不出意外的话,2006年即可投产。   目前,在大动脉等较大血管手术中,使用的是以PET(对涤纶纤维)织成的管状人造血管。PET人造血管在构造上会使得血液通过织孔渗漏,因此,大多在人造血管的管壁外涂抹从牛的胶原(Collagen)或凝胶(Gelatin)中提取的蛋白质来提高防水性。   不过,即使采用这样的涂层也难以避免血液的渗漏。因为在手术过程中有一些涂层会剥落或者溶解。另外,缝合血管的针眼也会造成血液一定程度的渗漏。因此,在人造血管手术后,相当长一段时间需要使用导管将渗漏的血液排出体外。而导管的使用会导致术后恢复时间的延长。导管插入期间难以进行康复治疗,而且插入时间过长的话还有可能在导管经过之处造成细菌感染。     以3层结构防止血液渗漏   为解决现有产品的问题,泰尔茂开发成功了3层结构的人造血管。使用这种人造血管后,基本上不会造成血液渗漏,所以需要插入导管的时间很短,术后很快就可以开始康复性治疗。另外,还减少了细菌感染的危险。“临床试验中有的患者2周就出院了”(研究开发中心临床开发部临床开发科科长高野良仁)。   泰尔茂的人造血管乍一看与PET血管几乎没有什么区别。3层中的外层和内层与原来的人造血管一样采用PET织成。不过,并不涂布防水材料。而防止血液渗漏的秘密就在于第2层的苯乙烯(Styrene)弹性树脂。    这种树脂具有与橡胶接近的特性,防水性极高。虽然只有0.2mm厚,但缝合时的针眼不会造成血液渗漏。而且泰尔茂的人造血管具有和PET管同样的弹性,即使因血压变化出现变形,也会很快恢复原形。而且手术中的加工也很方便。    人造血管一开始就是以半永久性地植入体内为前提开发的。因此,对材料的安全性和耐久性要求非常高。不过,即便材料的安全耐久性再好,如果手术时手术针不好穿透或者柔性不佳的话,就无法作为血管材料。“此次采用的树脂是经过对100多种材料进行测试后找到的”(高野科长)。    除泰尔茂之外的其它人造血管厂家现在仍坚持原来的路线--“较粗的人造血管采用PET材料”。因为PET血管已经有了很多实际应用的先例。不过,在作为防水材料的牛蛋白质方面,目前出现了寻找新的替代材料的动向。原因就是受疯牛病(牛海绵状脑症,即BSE)的影响,牛蛋白质的安全性受到了越来越多的质疑。    目前还没有出现因人造血管而感染BSE的病例。不过,“如果全球哪怕出现一例感染,就有可能导致使用牛蛋白质的人造血管的全面禁用”(宇部循研开发部研究开发室主任桑原 邦生)。据说,目前宇部循研正在寻找使用植物材料的替代品。      目标是更细的血管    当人体中有异物进入时,人体会本能地进行排斥。不过,无法排除的异物则会被体内组织包起来。人造血管属于后者。移植到体内的人造血管会被体内的组织包裹起来。PET人造血管的织孔上便于人体组织的生长。这也是泰尔茂人造血管内外层使用PET的原因所在。    但是,对于细血管而言,PET的“人体组织亲和性”这一特点反而会变成缺点。因为如果内壁生长出组织的话,就有可能导致血管阻塞。所以直径6mm以下的人造血管一般采用PTFE(聚四氟乙烯)塑料材料。PTFE人造血管的表面很少有凹凸,与PET血管相比与人体的亲和性差一些,但不易造成栓塞。    不过,如果直径小于3mm的话,即便是PTFE也会造成血管堵塞。目前直径小于3mm的人造血管还没有投入使用。一旦直径小于3mm的人造血管出现,就可以应用于心脏的冠状动脉瘤等疾病的治疗之中。因此,以“直径小于3mm”为目标,全球各地正在进行各种各样的研究。其中,日本的大学等研究机构的主攻方向是“混合型人造血管”,也就是说在人工材料的内侧移植血管的内皮细胞。      采用半导体工艺技术    另一方面,作为直径小于3mm的血管的治疗方法,目前很多研究小组正在使用基于胚细胞和血管内皮细胞的“再生”方法进行研究。比如,大日本印刷与东京医科齿科大学的森田 育男教授正在联合研究生成任意形状毛细血管的方法。如果这种方法能够达到实用水平的话,就可以生成直径30~60μm的毛细血管。    通过这一技术就可以实现部分破损或缺损的超细血管的再生。虽然目前尚处于基础研究阶段,但开发目标是3~6年后达到实用水平。    大日本印刷和森田教授开发的技术概要如下图所示。基本上原样使用了绘制半导体电路图(光掩膜)的技术。血管图案的绘制使用的是半导体电路设计中使用的电子射线扫描设备。    而且,还可以改变血管图案、调整血管的粗细,也可以设计一些原血管中没有的支血管。也就是说,即便是因为疾病或受伤而导致血管部分缺损,也可以通过修改血管图案来再生正常的血管。    人造血管于1952年首次投入使用,在大约50年的时间里取得了迅猛发展,为大动脉瘤等重大疾病的治疗提供了出路。如今,更细的人造血管也已接近实用水平,最终攻克冠状动脉等疑难病症的大门即将在人类面前打开!
 
 

 


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