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镁合金可被人体彻底接收，具备优良的生物安全性及力学机能，是一种很是抱负的可生物降解的血管支架质料。然而快速的腐化速度、过分的局部腐化以和支架微管束备及加工历程中的挑战，限定了镁基血管支架的临床运用。
来自上海交通年夜学的袁广银传授团队近期于BiomaterialsTranslational杂志上发表论文“Research and developmentstrategy for biodegradable magnesium-based vascular stents: a review”（《可生物降解镁基血管支架的研发计谋》），概述了可生物降解镁基血管支架的最新进展，包括镁合金设计、高精度微管加工、支架外形优化及功效涂层制备等。
传统的血管支架由惰性金属质料制成，包括不锈钢及钴铬合金。凡是这些永世性支架可以为血管提供充足的机械支撑，但它们永劫间留于血管中会影响血管舒张功效，而且可能致使血栓形成、再狭小等副作用。为了降服传统金属支架的局限性，近来提出了可生物降解的血管支架，它可以支撑管腔必然时间，并于血管重塑后逐渐降解。是以，可生物降解支架已经成为下一代血管支架的成长标的目的。
只管已往二十年取患了使人鼓动的进展，但可生物降解的镁基血管支架的临床运用仍旧存于一些挑战：
i) 快速降解及局部降解是限定镁基血管支架临床运用的重要挑战。
ii) 镁基支架的力学机能及加工工艺有待提高。该团队回首及总结了可生物降解镁基支架质料研究的最新进展，包括镁合金设计、微管加工、支架布局优化及涂层设计，并按照他们本身的经验提出了可生物降解血管支架镁合金设计的三位一体原则：即于设计新型可生物降解镁合金时应思量三个方面，生物相容性及生物安全性、力学机能及生物降解性（见图1）。
图一、可生物降解镁合金设计中的三位一体原则
基在三位一体的设计原则，袁广银传授团队乐成开发了一系列镁合金质料（Mg-Nd-Zn-Zr合金，又称为 JDBM 合金），并具体先容了JDBM 合金的设计计谋及研究经验。
1. 基在生物安全思量选择合金元素
镁合金支架与血管直接接触，降解产品及开释的离子会与周围构造发生反映，其生物相容性及代谢将决议支架的生物安全性。是以，选择具备优良生物相容性及生物安全性的合金元素很是主要，其含量应节制于必然规模内。表 1总结了镁合金中几种常见合金元素的毒性及生物安全性。钙 (Ca)、锌（Zn）、锰 (Mn)等是人体必须的元素或者微量元素，介入各类心理勾当，具备优良的生物相容性。氧化锆（Zr）是临床经常使用的牙齿及枢纽关头置换质料，对于人体无毒、无刺激性。稀土元素中钆 (Gd)、钕 (Nd)、镝 (Dy) 及铕 (Eu) 的细胞毒性较低，可作为可生物降解镁合金的合金元素
表一、镁合金中合金元素生物学功效的扼要总结
2. 基在质料计较及构造微不雅布局调控的合金强韧化设计
因为血管支架的加工特征及事情情况，支架设计存于一些彼此抵牾之处。一方面，支架应具备充足的径向支撑力来支撑血管腔；另外一方面，它们应具备优良的加工变形能力及支架扩张能力。是以，于设计用在血管支架的镁合金时，实现强化及增韧之间的均衡是需要思量的首要因素。适量添加临床可接管的低毒或者无毒的稀土元素可以年夜年夜提高镁合金的力学机能及耐腐化机能。该团队发明 Nd 于 Mg 中的合金化可以降低基面的层错能，并对于基体滑移孕育发生钉扎作用，从而致使合金的强化（图2）。
图二、Nd 于 Mg 中的合金化可以降低基面的层错能，致使合金的强化
3. 经由过程优化加工工艺调治微不雅布局
因为不成防止的缺陷，例如气孔及身分偏析等，铸态镁合金的机能不不变。为了得到高质量的生物医用镁合金，采用适量的塑性变形处置惩罚，从底子上消弭气孔等布局缺陷长短常主要的。袁广银传授团队使用热挤压对于JDBM 合金进一步加工，并研究了差别挤压温度对于JDBM合金室温力学机能的影响，成果注解跟着挤压温度的降低，屈就强度较着增长，延长率也略有增长，这可能归因在细晶强化作用。此外，较低的挤出温度也有助在降低降解速度。为了得到邃密的显微布局，塑性变形技能是一种有用的要领，它还有可以减弱镁合金的晶体布局。
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4. 经由过程第二相的潜于调治来节制生物降解举动
凡是镁合金的降解陪同着局部腐化，致使镁合金支架的力学机能迅速降落甚至局部断裂。怎样实现匀称降解的问题对于在镁合金支架运用至关主要。袁广银传授团队研究了 JDBM、WE43 及 AZ31 合金于人工等离子体中的降解历程，发明 JDBM 的腐化速度最低。腐化描摹注解，JDBM 的外貌很是匀称（图 3A及B)，而于 WE43 及 AZ31 的外貌都不雅察到严峻的局部腐化（图 3C F）。
5. 镁基支架的高精度微管加工
薄壁微管是血管支架加工必不成少的质料，它直接瓜葛到支架的机能。怎样制备尺寸精度高、工艺不变、机能良好的镁合金管是镁基支架运用的要害。袁广银传授图案都以优化管材制备工艺为目的，经由过程Gleeble等温热压缩试验研究了JDBM合金的热变形举动，并成立了稳态流动应力本构方程，为挤压参数设置提供理论依据。于此基础上制备出室温下伸长率为48.8%的挤压管（如图4）。
图4 、基在稳态流动应力本构方程，制备出室温下伸长率为48.8%的高精度挤压管
6. 可生物降解镁合金支架的外形优化
可生物降解镁基支架的外形优化不仅可以提高支架的生物力学机能，还有可以削减压接及扩张历程中的应力集中，从而防止局部应力腐化。是以，对于镁基支架的布局设计举行优化长短常须要的。袁广银传授团队于可生物降解镁基支架的布局优化中创造性地将其与卷曲变形历程相联合，经由过程引入凸台布局，于卷曲状况下，支柱可以平行紧凑摆列，从而实现与镁合金支架生物特征的最好匹配。经由过程新的外形优化计谋，变形历程中的残存应力漫衍较着分离，支架的变形举动获得有用节制。与正弦波支架比拟，外形优化的支架显著削弱了“狗骨头”效应（22.1% vs. 28.3%）及轴向缩短（0.6% vs. 2.7%），径向支撑强度提高（96.7 kPa与88.8 kPa）。此外，高残存应力区域远小在正弦波支架（0.68% vs. 4.12%)（图 5）。
图五、模仿SIN支架(A, B)及OPT支架(C, D)扩张历程中的最年夜主应力漫衍
7. 镁基支架上的功效涂层
镁合金支架上适量的涂层不仅可以调治降解速度，还有可以提高生物相容性。此外，经由过程于涂层中构建给药体系，可以实现局部给药，按捺光滑肌细胞的增殖，防止再狭小。今朝，已经有年夜量关在血管支架外貌涂层的报导，而袁广银传授团队初次采用扭转雾化喷涂技能于 JDBM 支架长进行负载雷帕霉素 (RAPA) 的聚（D,L-乳酸）（PDLLA）涂层。动物试验注解，聚乳酸-乙醇酸共聚物/RAPA 涂层的 JDBM 支架具备优良的抗内膜增生作用，手术后三个月，髂动脉管腔连结畅达。光学相关断层扫描可以清晰地不雅察到支架的边沿，注解支架连结了高度的布局完备性，并为血管壁提供了有用的支撑（图6）。
图六、扭转雾化喷涂技能于 JDBM 支架长进行负载雷帕霉素 (RAPA) 的聚（D,L-乳酸）（PDLLA）涂层，动物造模术后3个月定量冠状动脉造影和OCT成果。
瞻望
只管镁合金作为可生物降解血管支架具备诸多上风，但近20年可生物降解镁基支架的临床转化仍鲜有庞大冲破。可生物降解镁基支架的研发是一个多学科项目，包括镁合金设计、高精度微管加工、支架外形优化及功效涂层制备。重要挑战于在支架微管的过分降解及制备及加工技能，将来还有有许多事情要做：1) 降解匀称、力学机能好的镁合金是开发优秀的可生物降解镁基支架的基础。思量到贸易合金与临床运用的巨年夜差距，应成立新型镁合金设计计谋。2）用在支架加工的薄壁微管与支架的机能直接相干。因为镁合金本能的延展性较差，怎样制备尺寸精度高、机能良好的镁合金管仍是一个严重的挑战。3）思量到局部应力腐化及生物力学特征，需要专门针对于镁基支架举行支架外形优化。
文章来历：BiomaterialsTranslational
