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藥物涂層球囊導(dǎo)管的設(shè)計結(jié)構(gòu)

嘉峪檢測網(wǎng)        2019-09-27 11:28

作者:王智慧(吉林大學(xué)第二醫(yī)院)

 

1977年,人類第一次使用球囊擴張發(fā)生狹窄的血管,開創(chuàng)了介入心臟病學(xué)的新紀(jì)元。1986年,第一枚金屬支架應(yīng)用于人體,支架時代開始,支架內(nèi)再狹窄的問題也隨之而來,同時刺激了生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展,藥物涂層球囊應(yīng)運而生。

 

DCBs的設(shè)計理念是將抗血管內(nèi)膜增生的藥物涂置于球囊表面,當(dāng)球囊到達(dá)病變血管壁并被撐開擴張,與血管壁內(nèi)膜接觸時,通過撕裂血管內(nèi)膜并加壓快速釋放轉(zhuǎn)移藥物在局部血管壁內(nèi)的技術(shù),藥物在局部起到抗血管內(nèi)膜增生的作用,從而預(yù)防血管介入術(shù)后再狹窄。

 

其實,早在1991年,即有學(xué)者提出應(yīng)用藥物涂層球囊來預(yù)防球囊擴張術(shù)后再狹窄問題。但由于釋放方法學(xué)及藥物等原因,前期研究的效果不穩(wěn)定,故該新技術(shù)一直徘徊不前,使用的藥物也僅僅限于抗凝藥物及抗血小板藥。幾年前,由于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的可擴張球囊、冠狀動脈內(nèi)支架技術(shù)的進(jìn)步及抗血管內(nèi)膜增生藥物的成功應(yīng)用,才使球囊局部藥物釋放技術(shù)重見曙光,在動物試驗生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)、臨床研究等諸多方面齊頭并進(jìn),甚有可望成為近年熱門的藥物涂層支架(drug eluting stents,DES)的替代技術(shù)。

 

DES的金屬網(wǎng)僅僅覆蓋支架段血管壁約15%的面積,該區(qū)域藥物濃度較高,而其余85%未被支架金屬網(wǎng)覆蓋的區(qū)域藥物濃度較低。因此,必須有多聚物涂層來控制藥物的緩慢釋放。而多聚物涂層誘發(fā)炎癥,延遲血管內(nèi)皮化,增加晚期血栓及心血管事件。Scheller等的實驗結(jié)果顯示紫杉醇DCB球囊與血管壁接觸1分鐘,血管壁中紫杉醇的濃度即可達(dá)到抗細(xì)胞增殖的濃度,新生內(nèi)膜面積減少63%,在顯著降低再狹窄發(fā)生率的同時,使支架內(nèi)皮化保持完整,并未發(fā)生支架內(nèi)血栓。據(jù)此,Ulrich Speck和Bruno Scheller等提出了藥物涂層球囊設(shè)計新理念:短時間釋放藥物,快速吸收,長時間保有。藥物涂層球囊的出現(xiàn)正是基于兩個理論:(1)脂溶性的紫杉醇或西羅莫司能迅速被血管組織攝取,抗增殖藥物的持續(xù)釋放對抑制再狹窄的炎性反應(yīng)進(jìn)程來說并非必要;(2)藥物短期暴露即可明顯阻斷早期的增生啟動因子。

 

藥物涂層球囊,不是簡單地將藥物涂在球囊上釋放的問題,而是在導(dǎo)管藥物種類、涂層技術(shù)、釋放技術(shù)等多方面具有不同于常規(guī)球囊技術(shù)的特點,在生物學(xué)技術(shù)方法學(xué)、藥動學(xué)都具有其特殊性,DCBs技術(shù)的關(guān)鍵是以單劑量的抗組織增生藥物涂置在球囊表面,在球囊擴張極短時間內(nèi)快速均一足量轉(zhuǎn)移釋放入血管壁而發(fā)揮長時間生物活性,從而起到抑制血管內(nèi)膜增生的作用。雖然目前藥物涂層球囊種類繁多,但其設(shè)計原理基本類似,即球囊+涂層+抗增殖藥物。首先,球囊作為抗增殖藥物的載體,與普通球囊相比,需具備以下特點:球囊導(dǎo)管要求具有在膨脹時更理想的與血管壁良好接觸性能和利于釋放藥物;要求在導(dǎo)管傳遞過程中球囊膨脹時抗增殖藥物丟失量最少,生物利用度最大。最初多采用多孔球囊或雙球囊進(jìn)行藥物釋放,但目前上市的 DE B均采用了普通球囊作為藥物的載體。

 

如何避免球囊表面的藥物被快速沖洗掉,并使之能夠被局部血管壁有效攝取是藥物涂層球囊的關(guān)鍵所在。藥物涂層作為球囊表面的被衣,需具備以下技術(shù)要求:(1)涂層厚薄均勻一致;(2)整個涂層表面所含藥物濃度均勻;(3)對比藥物或藥物載體濃度在合適范圍內(nèi);(4)球囊膨脹時涂層要能夠被裂解為微囊以下大小的離子為了達(dá)到這些要求,制作工藝上要使用到多聚物技術(shù)、囊泡技術(shù)、涂層表面修飾的蝕刻技術(shù)等現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)。

 

目前涂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法主要有2種:無基質(zhì)涂層技術(shù)和采用基質(zhì)涂層的方法。無基質(zhì)涂層的DCB主要有3種:Dior、Elutax和Genie。Dior球囊是將硫酸二甲酯處理后的紫杉醇微晶覆蓋于球囊表面的纖微孔內(nèi),含量為3ug/mm2。球囊折疊后可防止表面的藥物在手術(shù)操作過程中被沖洗掉。球囊擴張后局部組織內(nèi)的藥物濃度可達(dá)到0.3~0.5umol/L(單次用藥的有效劑量)。以命名壓擴張球囊,充氣時間45~60s,在此期間30%~45%的紫杉醇釋放到血管壁上。

 

采用基質(zhì)涂層(均不含有聚合物“polymer”)的DCB有2種: SeQuent® Please(新普立)和IN.PACT.Falcon。SeQuent® Please采用了Paccocath技術(shù),該涂層(紫杉醇含量3ug/mm2)為紫杉醇和碘普羅胺的一種分散相,碘普羅胺作為一種隔離物使涂層變得疏松多孔,同時也使紫杉醇變?yōu)樯锟衫茫馄樟_胺的親水特性和紫杉醇的親脂特性使藥物可以從球囊表面釋放并快速進(jìn)入血管壁。擴張球囊僅需30s,基質(zhì)涂層黏即可附在血管壁上。單次釋放紫杉醇后24h,血管壁內(nèi)紫杉醇的濃度即降至最低值,但對細(xì)胞增殖的抑制作用可持續(xù)2~4周。Scheller等觀察了紫杉醇藥物涂層球囊對豬冠狀動脈置入BMS后再狹窄的防治效果。球囊充氣擴張前紫杉醇丟失僅為總量的6%,球囊充氣擴張過程中(1min)約80%的紫杉醇從球囊表面迅速轉(zhuǎn)移到血管壁,紫杉醇藥物涂層球囊組ISR減少63%。藥物涂層球囊既沒有增加局部炎癥,也沒有影響血管內(nèi)皮化。

 

DCB與DES一樣,均為以導(dǎo)管為基礎(chǔ)的局部藥物輸送裝置,通過攜帶抗增殖藥物抑制內(nèi)膜增生。但與DES相比,DCB攜帶的藥物在球囊膨脹瞬間(通常不超過30秒)便迅速釋放并彌散至血管壁組織,不存在緩慢洗脫過程,避免了局部血管壁長時間暴露在抗增殖藥物的作用下,致使血管內(nèi)皮化延遲;此外,無論是使用碘普羅胺作為載體的SeQuent® Please球囊系統(tǒng),還是應(yīng)用無載體技術(shù)的Dior球囊系統(tǒng),均不會引起血管局部的過敏性炎癥反應(yīng)。

 

抗增生藥物的特性要求:(1)涂層表面被覆的抗血管內(nèi)膜增生的藥物,其化學(xué)結(jié)構(gòu)特點是要求親脂性大于親水性,以便促進(jìn)與血管壁吸附接觸并傳遞到管壁,起到較長期的抗增生作用;(2)沒有局部毒性或體循環(huán)毒性,而又能抑制局部內(nèi)膜增生所致再狹窄;(3)理化結(jié)構(gòu)和特性易于均勻與載體混合分散在球囊表面,最小的操作損失(打包消毒運送操作過程中);(4)藥物生物效應(yīng)能夠長期維持其濃度在藥代動力學(xué)毫克分子級別水平仍然有效。

 

在DCB誕生之初,之所以選擇紫杉醇而沒有選擇雷帕霉素,是因為紫杉醇在單次接觸后血管壁對其的攝取及生物利用度明顯高于雷帕霉素。2004年,Schelle等開始設(shè)想將球囊作為紫杉醇的載體,并成功地進(jìn)行了動物實驗。他們將造影劑與藥物混合后,均勻涂抹于普通球囊上。造影劑增加了紫杉醇藥物的溶解度,也使藥物更容易釋放進(jìn)入血管壁細(xì)胞。結(jié)果顯示:5周以后,均沒有發(fā)生急性或亞急性支架內(nèi)血栓;在PCI術(shù)前及術(shù)后,通過心電圖血壓等檢測也沒有發(fā)現(xiàn)重大意義的心血管相關(guān)事件發(fā)生;該實驗結(jié)果表明,將球囊作為藥物載體可在短時間內(nèi)有效的釋放藥物,并且不同的藥物濃度似乎會影響藥物涂層球囊的作用。鑒于以上發(fā)現(xiàn),Cremers等又進(jìn)行了一項動物實驗,目的在于揭示藥物涂層球囊的抑制內(nèi)膜增生作用與藥物濃度的關(guān)系。實驗結(jié)果顯示:在濃度為3ug/mm2時,可有效抑制冠狀動脈內(nèi)膜增生,但此作用并沒有隨著藥物濃度的進(jìn)一步增大而增加,該實驗提示3ug/mm2或許是最佳的藥物濃度,這也是為何目前藥物涂層球囊紫杉醇藥物濃度選擇3ug/mm2的原因。

 

DCB是基于均一藥物釋放和無聚合物的全新理念而設(shè)計的新器械,可減少或避免DES引起的支架內(nèi)血栓,減少抗血小板藥物的使用時間及其出血風(fēng)險。而且對于不適于或不能夠置入支架的ISR病變、分叉病變、小血管病變和嚴(yán)重彎曲鈣化病變等提供了新的選擇,彌補DES的不足。但DCB技術(shù)尚不完善,如其不能對抗血管壁的彈性回縮、不能解決血管撕裂夾層及由此帶來的急性血栓,尚不明確DCB是否會像DES一樣引起冠脈動脈瘤形成或冠脈擴張,是否會引起類似DES的邊緣效應(yīng)。球囊涂層技術(shù)的安全性也需要整體充分評估,但DCB初步臨床試驗的結(jié)果令人振奮。球囊設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進(jìn),有可能對冠心病介入治療的理念和效果產(chǎn)生重大影響,我們拭目以待。

 

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來源:Internet

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