氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及其應(yīng)用。所述氣管支架包括多個(gè)間隔設(shè)置的支撐環(huán)，相鄰所述支撐環(huán)之間設(shè)置有中空的網(wǎng)狀的支撐件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的氣管支架具備良好支撐能力，可在兩周內(nèi)形成較好的軟骨(使用染色手段鑒定)，可直接用于移植，而現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道的支架一般需要至少兩個(gè)月的時(shí)間才可以進(jìn)行移植；并且現(xiàn)有技術(shù)中的氣管支架先是體外培養(yǎng)，然后動(dòng)物皮下預(yù)移植，然后再取出進(jìn)行移植，而本發(fā)明氣管支架在兩周內(nèi)形成較好的軟骨即可進(jìn)行移植，不需要進(jìn)行動(dòng)物皮下預(yù)移植。
【專利說明】
氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]臨床上氣管畸形在先天性心臟病(先心病)患兒中的發(fā)病率較高，文獻(xiàn)報(bào)道可占到先心病患兒的12.9%左右。而我國(guó)先心病發(fā)病率約為0.7?0.8%，每年新增患兒約15萬人。在我們上海兒童醫(yī)學(xué)中心心臟中心，每年有很多先心病患兒合并氣管畸形。氣管畸形中最常見的是氣管狹窄，心血管畸形使氣管受壓、軟化是其原因之一。嬰幼兒氣管狹窄的治療仍然是臨床難題，目前僅有我們心臟中心對(duì)先心病伴氣管狹窄的患兒同時(shí)行一期手術(shù)矯治，但預(yù)后欠佳，近期病死率達(dá)20 %左右。
[0003]針對(duì)氣管狹窄，目前臨床外科主要的手術(shù)方式為端端吻合術(shù)及滑片吻合術(shù)(Slide法)。端端吻合術(shù)即切除狹窄段后直接吻合，主要針對(duì)長(zhǎng)度不超過1.5cm的短段氣管狹窄，而對(duì)超過1.5cm的長(zhǎng)段狹窄效果不理想，這類病例多采用滑片吻合術(shù)(Slide法)，即將狹窄段氣管切斷后，上端剪開前壁，下端剪開后壁，擴(kuò)張后對(duì)位縫合[6]。我們科徐志偉教授率先在國(guó)內(nèi)開展了大量這方面的手術(shù)，積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。這兩種手術(shù)方式術(shù)后容易導(dǎo)致吻合口破裂，漏氣，肉芽增生等并發(fā)癥發(fā)生，這些并發(fā)癥一旦發(fā)生嚴(yán)重影響治療效果。并且，對(duì)許多均勻的、長(zhǎng)段氣管狹窄患兒，因?yàn)闆]有合適的氣管修復(fù)材料而無法采用Slide法進(jìn)行修補(bǔ)，不得不放棄外科手術(shù)這唯一的希望，預(yù)后極差，成為全球醫(yī)學(xué)界治療的難點(diǎn)、爭(zhēng)議的焦點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)。因此，尋找新的氣管修復(fù)材料，成為解決復(fù)雜的長(zhǎng)段先天性氣管狹窄伴先心病問題的關(guān)鍵。
[0004]近年來，組織工程由化學(xué)家R.Langer及外科醫(yī)師J.P.Vacanti共同提出后取得了迅猛的發(fā)展，隨著組織工程的出現(xiàn)和發(fā)展，利用組織工程學(xué)的方法構(gòu)建具有生長(zhǎng)活性的組織工程氣管成為了研究熱點(diǎn)。尤為可貴的是最近幾年利用組織工程方法構(gòu)建的血管，氣管，軟骨等均有臨床應(yīng)用的嘗試，已有極少數(shù)臨床應(yīng)用的報(bào)道，但仍存在很多問題。氣管是一種由透明軟骨、上皮組織、結(jié)締組織等構(gòu)成的復(fù)雜器官，其中軟骨環(huán)起支撐作用，上皮組織起清潔及防御功能。鑒于氣管的這種解剖和生理特點(diǎn)，構(gòu)建具備完整結(jié)構(gòu)與功能的長(zhǎng)段組織工程氣管仍面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，成功率極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及應(yīng)用，所述氣管支架能夠具備良好支撐能力，可在兩周內(nèi)形成較好的軟骨，可直接用于移植。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種氣管支架，包括多個(gè)間隔設(shè)置的支撐環(huán)，相鄰所述支撐環(huán)之間設(shè)置有中空的網(wǎng)狀的支撐件。
[0007]進(jìn)一步，位于所述氣管支架兩端的支撐環(huán)的厚度大于其他所述支撐環(huán)的厚度。
[0008]進(jìn)一步，所述支撐環(huán)具有一開口，形成C型支撐環(huán)。
[0009]進(jìn)一步，所述支撐環(huán)由多層子環(huán)重疊而成。
[0010]進(jìn)一步，每一子環(huán)之間設(shè)置有支撐層。
[0011]進(jìn)一步，每一子環(huán)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步，所述支撐件的內(nèi)徑范圍為3mm-l 5mm，所述支撐件的外徑范圍為3?19mm。
[0013]進(jìn)一步，所述支撐環(huán)的厚度范圍為I?2.5mm，所述支撐環(huán)的寬度范圍為I?5mm，相鄰兩支撐環(huán)之間的距離為2?3mm。
[0014]進(jìn)一步，所述支撐件及支撐環(huán)采用可降解生物醫(yī)用材料制成。
[0015]本發(fā)明還提供一種組織工程氣管，包括上述的氣管支架。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了上述氣管支架及組織工程氣管在制備人工氣管中的應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的氣管支架具備良好支撐能力，可在兩周內(nèi)形成較好的軟骨(使用染色手段鑒定)，可直接用于移植，而現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道的支架一般需要至少兩個(gè)月的時(shí)間才可以進(jìn)行移植;并且現(xiàn)有技術(shù)中的氣管支架先是體外培養(yǎng)，然后動(dòng)物皮下預(yù)移植，然后再取出進(jìn)行移植，而本發(fā)明氣管支架在兩周內(nèi)形成較好的軟骨即可進(jìn)行移植，不需要進(jìn)行動(dòng)物皮下預(yù)移植。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明氣管支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明氣管支架的支撐環(huán)的截面示意圖；
[0020]圖3A?圖3C是軟骨細(xì)胞在所述氣管支架上生長(zhǎng)的實(shí)物圖；
[0021 ]圖4A?4C是組織工程氣管裸鼠皮下移植成熟的示意圖；
[0022]圖5A及圖5B是HE染色的圖片；
[0023]圖5C是甲苯胺藍(lán)染色的圖片；
[0024]圖是番紅O染色的圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的氣管支架及采用該氣管支架的組織工程氣管及其應(yīng)用的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。所述附圖僅是本發(fā)明氣管支架的結(jié)構(gòu)的示意圖，并不是所述氣管支架的實(shí)際結(jié)構(gòu)圖。
[0026]參見圖1，本發(fā)明氣管支架包括多個(gè)間隔設(shè)置的支撐環(huán)2，相鄰所述支撐環(huán)2之間設(shè)置有中空的網(wǎng)狀支撐件I，形成類似氣管的結(jié)構(gòu)。
[0027]所述類似氣管的結(jié)構(gòu)是指所述氣管支架的形狀與人體正常氣管的形狀是相同或近似。氣管支架設(shè)計(jì)呈該形狀能夠有效銜接狹窄段氣管的上下兩端，充分模擬正常氣管，利于氣管功能恢復(fù)正常;另一方面該形狀的氣管支架逐步降解時(shí)，支撐件I的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間隙處則能夠通過軟骨細(xì)胞的增生形成與正常氣管形狀相同或近似的新的氣管，其為氣管的粘膜上皮層、粘膜下結(jié)締組織層提供支撐，使得狹窄氣管修復(fù)為正常氣管。
[0028]所述支撐件I由橫桿11和縱桿12交替形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為了更加清楚直觀地觀察到所述氣管支架的結(jié)構(gòu)，在繪制所述支撐件I的結(jié)構(gòu)時(shí)，減少了所述橫桿11及縱桿12的數(shù)量。在本【具體實(shí)施方式】中，所述橫桿11與所述縱桿12垂直交替，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明其他【具體實(shí)施方式】中，所述橫桿11與所述縱桿12傾斜交替，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述支撐件I呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可為軟骨細(xì)胞等生物體提供生長(zhǎng)間隙，保證軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)能夠形成形狀穩(wěn)固、力學(xué)性能好的組織工程氣管。
[0029]進(jìn)一步，參見圖2，所述支撐環(huán)2由多層子環(huán)21重疊而成。每一子環(huán)21之間設(shè)置有支撐層22，在本【具體實(shí)施方式】中，所述支撐環(huán)2由三層子環(huán)21重疊而成。所述子環(huán)21的存在可進(jìn)一步增加所述氣管支架的韌性。優(yōu)選地，參見圖1，每一所述子環(huán)21呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用于以為軟骨細(xì)胞等生物體提供生長(zhǎng)間隙。優(yōu)選地，位于所述氣管支架兩端的支撐環(huán)2的厚度大于其他所述支撐環(huán)2的厚度，以便于在后續(xù)作為組織工程氣管使用時(shí)，能順利地與氣管兩端的生理軟骨環(huán)進(jìn)行縫合。所述支撐環(huán)2的形狀可以為環(huán)型，也可以為具有開口的C型，以便更接近生理形狀的軟骨環(huán)，本發(fā)明對(duì)支撐環(huán)2的形狀不進(jìn)行限定。
[0030]進(jìn)一步，為適用不同需求，可根據(jù)使用需要設(shè)置所述氣管支架的尺寸，例如，所述支撐件I的內(nèi)徑范圍為3mm- 15mm，所述支撐件的外徑范圍為3?19mm，一般情況下，兔子的支撐件I的內(nèi)徑為5_6mm，外徑為6_8mm，羊的支撐件I的內(nèi)徑為13_15mm，外徑為17_19mm，將來具體臨床使用中可根據(jù)患者CT數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并制備合適的支撐，在臨床中，兒童的支撐件I的內(nèi)徑大概為3mm-15mm。所述支撐環(huán)2的厚度范圍為I?2.5mm，所述支撐環(huán)2的寬度范圍為I?5_，相鄰兩支撐環(huán)2之間的距離為2?3_。本發(fā)明的氣管支架的內(nèi)外徑、長(zhǎng)度等均可以隨著患者的具體情況進(jìn)行改變，以適應(yīng)患者氣管個(gè)體化情況，所述支撐環(huán)2的具體尺寸可以根氣管支架的直徑和力學(xué)要求調(diào)整，以上改變均視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]所述支撐件I及支撐環(huán)2優(yōu)選使用生物可降解材料制成，因其是針對(duì)小兒，因此選用可降解的生物相容性好的生物材料，例如PCL、PLLA、PLGA等，在植入一定時(shí)間后降解并于氣管支架部位形成新的氣管，提供新的支撐力。
[0032]本發(fā)明氣管支架可根據(jù)患者的CT等影像資料設(shè)計(jì)并采用3D打印技術(shù)制作所述氣管支架，從而制備適用于該患者的氣管支架，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的氣管支架設(shè)計(jì)。
[0033]本發(fā)明還提供一種組織工程氣管，所述組織工程氣管采用上述的氣管支架。在所述氣管支架上種植軟骨細(xì)胞后，由于所述氣管支架可降解，因此，所述氣管支架完全降解，全部形成軟骨，而環(huán)的部位形成更厚的軟骨，類似生理的軟骨環(huán)。
[0034]本發(fā)明組織工程氣管在臨床應(yīng)用中，可以直接種植軟骨細(xì)胞然后移植，這樣形成封閉的一段軟骨，而氣管上皮細(xì)胞可從兩端生理氣管上自行生長(zhǎng)至所述氣管支架上。
[0035]本發(fā)明所述組織工程氣管的構(gòu)建方法如下:
[0036]1、組織工程氣管體外構(gòu)建:
[0037]取兔耳廓軟骨，消化后擴(kuò)增軟骨細(xì)胞，將上述氣管支架直接放入高濃度軟骨細(xì)胞培養(yǎng)懸液中浸泡若干時(shí)間，例如半小時(shí)，然后取出放入六孔板中添加培養(yǎng)液培養(yǎng)，每天換液，體外培養(yǎng)2周后準(zhǔn)備進(jìn)行動(dòng)物皮下移植。
[0038]參見圖3A、圖3B及圖3C，軟骨細(xì)胞在所述氣管支架上可以粘附并增殖生長(zhǎng)，隨著體外培養(yǎng)時(shí)間的增加，細(xì)胞分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)將所述氣管支架空隙填滿，從而包括住整個(gè)氣管支架內(nèi)外表面。
[0039]2、組織工程氣管裸鼠皮下移植并成熟:
[0040]麻醉動(dòng)物后，將上述體外構(gòu)建好的組織工程氣管移植到裸鼠皮下，使之成熟參見圖4A，6周后取材觀察并進(jìn)行鑒定。
[0041]參見圖4B及圖4C，取出的組織工程氣管成白色，具有彈性，支架的間隙及支架內(nèi)外表面包裹有軟骨組織。
[0042]3、組織工程氣管鑒定:
[0043]HE染色:將切片脫蠟水化后蘇木素染色5分鐘，沖洗后鹽酸酒精分化數(shù)秒，自來水洗返藍(lán)30分鐘，伊紅染色I(xiàn)分鐘后乙醇脫水;二甲苯透明后中性樹脂封片。
[0044]番紅O染色:將切片脫蠟水化后番紅染色1.5小時(shí)，自來水沖洗后逐級(jí)乙醇脫水;二甲苯透明后中性樹脂封片。
[0045]甲苯胺藍(lán)染色:將切片脫蠟水化后甲苯胺藍(lán)染色10分鐘，自來水沖洗后丙酮分化，逐級(jí)乙醇脫水;二甲苯透明后中性樹脂封片。
[0046]參見圖5A、圖5B、圖5C及圖5D，HE染色，甲苯胺藍(lán)染色，番紅O染色均顯示圍繞氣管支架形成了較好的軟骨組織，支架材料依然存在，還沒有完全降解。
[0047]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣管支架，其特征在于，包括多個(gè)間隔設(shè)置的支撐環(huán)，相鄰所述支撐環(huán)之間設(shè)置有中空的網(wǎng)狀的支撐件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，位于所述氣管支架兩端的支撐環(huán)的厚度大于其他所述支撐環(huán)的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，所述支撐環(huán)具有一開口，形成C型支撐環(huán)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，所述支撐環(huán)由多層子環(huán)重疊而成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣管支架，其特征在于，每一子環(huán)之間設(shè)置有支撐層。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣管支架，其特征在于，每一子環(huán)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，所述支撐件的內(nèi)徑范圍為3mm-l5mm，所述支撐件的外徑范圍為3?19mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，所述支撐環(huán)的厚度范圍為I?2.5mm，所述支撐環(huán)的寬度范圍為I?5mm，相鄰兩支撐環(huán)之間的距離為2?3mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣管支架，其特征在于，所述支撐件及支撐環(huán)采用可降解生物醫(yī)用材料制成。10.一種組織工程氣管，其特征在于，包括權(quán)利要求1?9任意一項(xiàng)所述的氣管支架。11.權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述的氣管支架、權(quán)利要求10所述的組織工程氣管在制備人工氣管中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】A61F2/04GK105853022SQ201610379873
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】付煒
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心