Preparation and in‑vitro screening of yak‑skin collagen/PMVE‑MA composite biomaterials toward biodegradable vascular stents
本研究开发了一种用于血管支架的生物可降解牦牛皮胶原/PMVE-MA复合材料，该材料提供了改进的热稳定性和血液相容性，但需要进行表面改性以克服其固有的疏水性，这种疏水性目前阻碍了必要的细胞黏附与浸润。
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人类的心脏是一个不知疲倦的泵，但其燃料管线——冠状动脉——可能会被脂肪沉积物堵塞，从而导致心肌缺氧。当这种情况发生时，医生通常会植入一个被称为“支架”的微型网状管，以撑开血管并恢复血流。几十年来，这些支架由金属制成，并永久留在体内。虽然它们解决了即时的阻塞问题，但这种永久存在的异物可能会引起长期问题，例如慢性炎症或血管随时间推移再次变窄。科学家们一直在寻找更好的解决方案：一种由可以安全溶解并消失、在动脉愈合后不留痕迹的材料制成的支架。挑战在于寻找一种既足够强韧以最初撑开动脉，又足够温和以在分解时不刺激身体，并且能够鼓励人体自身细胞在其上生长的材料。
中国的一个研究团队通过探索一种结合了天然来源物质与经批准的合成聚合物的新型组合材料，向这一目标迈出了重要一步。他们专注于胶原蛋白，这是一种存在于动物皮肤中的结构蛋白，天然地与人体兼容，但由于其过于脆弱且易溶于水，通常无法单独用于医疗植入物。为了增强其强度，他们将从牦牛皮肤中提取的胶原蛋白与一种被称为 PMVE-MA 的合成聚合物混合在一起。选择牦牛皮肤是因为其胶原蛋白天然比牛或猪的胶原蛋白更耐热且更稳定，为医疗器械提供了一个潜在更强的基础。研究人员通过将这两种物质混合、冷冻混合物并将其干燥，创造出了一种海绵状的复合材料结构。随后，他们使用一种化学过程将分子连接在一起，使材料更加耐用且不易在体内过快溶解。
该团队投入了大量精力来寻找这种混合物的完美配方。他们测试了不同比例的牦牛胶原蛋白与合成聚合物的配比，改变了混合时的温度，并调整了溶液搅拌的时长。他们的目标是平衡几个相互竞争的需求：材料必须足够强韧以抵抗挤压，能以稳定且可预测的速度溶解，并且不会损伤血细胞。通过系统的测试过程，他们确定了一个最佳混合比例，即胶原蛋白与聚合物以特定的比例结合，在适中的温度下搅拌，并经过设定的反应时间。最终得到的材料在医疗植入方面展现出了良好的前景。它在浸泡在液体中时仍能保持形状，在两周内缓慢溶解且没有破碎成尖锐碎片，并且对红细胞造成的损伤极小，其细胞破裂率远低于医疗器械的安全阈值。
然而，研究揭示了一个阻碍该材料投入临床使用的重大且意想不到的障碍。虽然该材料在与血液共存方面表现出色，但在与活体组织细胞相互作用方面却完全失败了。该复合材料的表面被发现具有极强的疏水性（即排斥水）。在体内，细胞需要一个能够让其附着、铺展并生长的表面。由于这种材料排斥水，它也排斥细胞用来锚定自身的蛋白质。当研究人员将人类肝细胞放置在材料上，以测试其附着和生长能力时，细胞几乎无法附着。即使在八天后，细胞仍然稀疏且分散，未能形成健康的图层或渗透进海绵状结构深处。这种材料允许血液安全地在其上方流动，但它有效地阻碍了人体自身的细胞与其融合。
这一发现强调了设计医疗植入物时的一个关键区别：一种材料可以对血液安全，但不一定对组织生长安全。研究人员得出结论，虽然牦牛胶原蛋白复合材料具有作为可降解支架所需的物理强度和降解速度，但其表面特性目前对于活细胞来说过于恶劣。这种极端的疏水性质制造了一道屏障，阻止了细胞附着并愈合血管壁。在该材料进入临床应用之前，需要对其表面进行改性，使其更具亲和力，例如通过添加吸引细胞的化学基团或改变表面纹理。这项研究作为一个重要的提醒：开发生物可降解支架需要同时满足两套截然不同的规则——一套是为了在血液循环中生存，另一套是为了邀请身体在其周围进行愈合。
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