可降解鎂合金氣管支架在兔氣管狹窄模型中初步應(yīng)用

李宗明，　劉　耿，　張全會(huì)，　關(guān)紹康，　王利國(guó)，　韓新巍，　路慧彬，　任克偉

氣管支架臨床應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為良惡性氣管、支氣管狹窄重要姑息治療手段。自早期植入裸支架至覆膜支架應(yīng)用，支架除可永久性植入，也可臨時(shí)置入或根據(jù)需要通過(guò)介入手段回收。然而由于術(shù)后存在難以解決的氣管肉芽組織增生、支架移位、氣管再狹窄等并發(fā)癥，腔內(nèi)支架在良性氣管、支氣管狹窄治療中的應(yīng)用還存異議［1-2］。本研究主要探討可降解鎂合金支架初步應(yīng)用于氣管狹窄動(dòng)物模型，期望通過(guò)支架降解減少支架植入后肉芽組織增生，避免二次手術(shù)取出支架。

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

選用2.5 kg新西蘭大耳白兔30只（河南省動(dòng)物中心提供），雌雄不限；分成兩大組，各15只，每大組分成5小組，各3只。

1.2　兔氣管狹窄模型制備

0.5 mL速眠新肌內(nèi)注射麻醉實(shí)驗(yàn)兔并固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，逐層顯露頸部氣管，氣管軟骨環(huán)間橫行切開氣管約1 cm；通過(guò)切口送入毛刷，于切口下1 cm處環(huán)形破壞氣管黏膜；逐層縫合氣管切口、皮下肌肉和皮膚，消毒包扎。術(shù)后3 d內(nèi)耳緣靜脈注射美洛西林。1個(gè)月后復(fù)查胸部CT，制備成兔氣管狹窄模型（圖 1）。

1.3　鎂合金支架制備

圖1　兔氣管狹窄模型制作過(guò)程

本研究采用鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院自主研究開發(fā)、具有良好生物相容性和綜合力學(xué)性能的生物可降解鎂鋅釔釹（Mg-Zn-Y-Nd）合金支架（鎂合金支架）。鑄態(tài)合金于430℃溫度下進(jìn)行均勻化處理，熱擠壓法制備直徑3 mm合金棒材（擠壓溫度為350℃，擠壓比為44）；采用多道次冷拉拔和中間退火相結(jié)合工藝，將合金制成直徑0.24 mm和0.28 mm兩種絲材；采用單根絲一體化整體編織技術(shù)，將兩種合金絲編織成直徑8 mm、長(zhǎng)20 mm氣管裸支架各15枚，并進(jìn)行熱定形、電解拋光及消毒處理，檢測(cè)其物理性能。

1.4　鎂合金支架植入

0.5 mL速眠新肌內(nèi)注射麻醉氣管狹窄模型兔，固定于實(shí)驗(yàn)板并置于DSA檢查臺(tái)上，透視下通過(guò)口腔開口器送入5 F KMP導(dǎo)管和0.035英寸親水膜導(dǎo)絲（美國(guó)Cook公司），兩者配合經(jīng)口腔和喉進(jìn)入氣管，退出導(dǎo)絲；經(jīng)導(dǎo)管推入0.5 mL碘佛醇造影顯示氣管狹窄處，引入導(dǎo)絲退出導(dǎo)管；將鎂合金支架壓縮在一8 mm×40 mm球囊導(dǎo)管上并裝入9 F鞘管內(nèi)，沿導(dǎo)絲送入球囊，準(zhǔn)確定位后后退鞘管，充盈球囊，回抽球囊后退出球囊和鞘管；透視下顯示支架位置良好，膨脹可（圖2）。

圖2　鎂合金氣管支架植入兔氣管狹窄模型過(guò)程

1.5　氣管黏膜肉芽組織增生觀察

兩種支架分別植入術(shù)后 3、7、15、30、60 d 各處死3只實(shí)驗(yàn)兔，解剖取出支架，觀察支架金屬絲斷裂、支架壓縮、支架降解及氣管黏膜肉芽組織增生、痰液儲(chǔ)留情況。

2　結(jié)果

2.1　支架支撐力測(cè)試

支架在壓縮過(guò)程中最大徑向支撐力測(cè)試顯示，絲材直徑0.24 mm支架為1.9135N，0.28 mm支架為 2.2072 N，鎳鈦（Ni-Ti）支架為 1.2644 N，Ni-Ti覆膜支架為1.7435 N；兩種鎂合金支架支撐力略均大于Ni-Ti支架，絲材直徑0.28 mm支架支撐力大于0.24 mm 支架（圖 3）。

2.2　壓握擴(kuò)張性能

圖3　不同種類氣管支架徑向支撐力

由于鎂合金支架自膨性較差，植入氣管過(guò)程中需用球囊擴(kuò)張方法將支架壓握至鞘管內(nèi)，到達(dá)指定位置后球囊將支架撐開，撐開后支架擴(kuò)張程度直接決定支架服役效果，因此在支架植入兔氣管狹窄模型后作胸部CT檢查，并用RadiAnt軟件標(biāo)定支架上中下3部分直徑長(zhǎng)度并取平均值，分別求出兩種絲徑支架在體內(nèi)擴(kuò)張情況；結(jié)果顯示絲材直徑0.24 mm、0.28 mm支架平均擴(kuò)張率分別為76.46%、84.66%（表1），完全自膨性能均略低于Ni-Ti合金支架。

表1　兩種絲徑鎂合金支架在兔氣管狹窄模型體內(nèi)擴(kuò)張情況

2.3　支架降解過(guò)程

支架植入后實(shí)驗(yàn)兔生活良好，術(shù)后3 d解剖發(fā)現(xiàn)支架在氣管內(nèi)貼壁擴(kuò)張，結(jié)構(gòu)完整無(wú)坍塌，表明支架在氣管內(nèi)支撐力和回彈率尚可，柔順性良好，氣管內(nèi)壁未見組織增生，支架與氣管相容性良好；術(shù)后7 d支架結(jié)構(gòu)基本完整，有部分絲材斷裂，未見組織增生；術(shù)后15 d支架基本坍塌，大部分絲材斷裂，未見組織增生；術(shù)后30 d支架完全降解，氣管內(nèi)壁光滑，未見組織增生；術(shù)后60 d氣管內(nèi)壁光滑，未見組織增生。

2.4　組織病理檢查

術(shù)后30 d，支架植入處氣管有明顯擴(kuò)張痕跡，未見組織壞死；術(shù)后60 d，氣管結(jié)構(gòu)恢復(fù)。術(shù)后3 d可見氣管內(nèi)膜上皮細(xì)胞脫落；術(shù)后7 d氣管內(nèi)膜上皮細(xì)胞生長(zhǎng)變厚；術(shù)后30 d氣管內(nèi)膜上皮細(xì)胞基本達(dá)正常狀態(tài)，形態(tài)良好；術(shù)后60 d氣管內(nèi)膜上皮細(xì)胞致密均勻，恢復(fù)正常狀態(tài)。氣管內(nèi)壁均未見肉芽組織增生，氣管內(nèi)膜未見毛細(xì)血管增多，各類漿細(xì)胞、淋巴細(xì)胞數(shù)量均無(wú)明顯變化，未見明顯炎性細(xì)胞，支架與組織相容性良好（圖4）。

圖4　鎂合金支架植入術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)氣管黏膜組織病理蘇木精-伊紅（HE）染色圖

3　討論

氣管、支氣管狹窄是臨床棘手問(wèn)題，不管是良性還是惡性均可引起嚴(yán)重呼吸困難，如不及時(shí)解除，可致窒息死亡。以往臨床上主要采用外科手術(shù)治療，手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)非常大，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較高。予以單純球囊擴(kuò)張、氣管插管等手段治療，患者承受痛苦大，效果也往往較差，且對(duì)晚期惡性腫瘤所致氣管、支氣管狹窄或多發(fā)性支氣管軟化、結(jié)核所致嚴(yán)重氣管支氣管狹窄則束手無(wú)策。氣管支架植入術(shù)開展為臨床治療氣管狹窄提供了一種微創(chuàng)、有效手段，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，可于內(nèi)鏡或X線導(dǎo)引下實(shí)施。臨床報(bào)道支架植入技術(shù)成功率為95%～100%，操作時(shí)間在數(shù)分鐘內(nèi)，植入后臨床呼吸困難緩解率為88%～100%［3-4］。然而，現(xiàn)有氣管支架植入后均存局限性，如出現(xiàn)肉芽組織增生、痰液儲(chǔ)留、支架斷裂、支架移位、氣管再狹窄等［5-6］，尤其是良性氣管狹窄支架植入后還需二次手術(shù)取出，給患者增加痛苦和花費(fèi)。本研究采用可降解鎂合金氣管支架，旨在避免支架二次取出。該支架由單根絲整體性一體化編織而成，鎂合金金屬絲交匯處無(wú)焊接，可大大提高支架隨咳嗽和呼吸改變形狀的性能；支架植入后30 d出現(xiàn)金屬絲斷裂、支架解體及部分降解，主要是金屬絲交匯處應(yīng)力集中的緣故。

由于鎂合金不具有自膨性和記憶性，支架植入時(shí)應(yīng)以球囊擴(kuò)張后釋放。本研究中將支架壓縮至球囊后裝載于鞘管內(nèi)，植入時(shí)既可保護(hù)實(shí)驗(yàn)兔聲門，又可防止支架送入氣管過(guò)程中自球囊脫落；結(jié)果提示鎂合金支架徑向支撐力不弱于Ni-Ti合金支架，但由于不具備自膨性，支架受到氣管壓縮后再膨脹能力較差。由于材質(zhì)所限，鎂合金支架也有一些不足：合金彈性模量不高，支架徑向支撐性較差，不具備自膨性，植入需借助球囊擴(kuò)張；支架金屬絲疲勞性斷裂發(fā)生率較Ni-Ti合金支架高；鎂合金密度較低，透視下顯影稍差，需添加X線顯影良好標(biāo)記物，同時(shí)需考慮添加標(biāo)記物與鎂合金發(fā)生電偶腐蝕問(wèn)題。

鎂合金支架生物相容性高，植入后氣管肉芽組織增生和痰液儲(chǔ)留較鎳鈦合金支架少，且在氣管狹窄解除后可逐漸降解，降解產(chǎn)物主要為鎂離子，通過(guò)體內(nèi)吸收和腎代謝調(diào)節(jié)，避免了良性氣管狹窄患者支架植入后二次取出［7］。

本研究結(jié)論為，鎂合金支架徑向支撐力稍強(qiáng)于Ni-Ti合金支架，金屬絲易斷裂，但生物相容性良好，可降低肉芽組織增生。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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