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        新型生物全降解藥物釋放支架對小型實驗豬冠狀動脈內(nèi)膜的影響

        2013-08-10 09:16:14賀素媛李虎任珊鄭曉新馮高科易欣李曉艷蔣學(xué)俊
        中國介入心臟病學(xué)雜志 2013年3期
        關(guān)鍵詞:平滑肌內(nèi)膜部位

        賀素媛 李虎 任珊 鄭曉新 馮高科 易欣 李曉艷 蔣學(xué)俊

        近年來,隨著人們生活水平的提高和改善,心血管疾病的發(fā)病率也越來越高,并且越來越年輕化,冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)已逐漸成為影響人們生活質(zhì)量的一大難題。自從1987 年Sigwart等[1]成功實施了第一例冠狀動脈支架術(shù)后,支架置入術(shù)漸漸成為臨床上治療冠心病的主要手段之一。支架置入術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了裸金屬支架置入術(shù)及藥物洗脫支架(DES)置入術(shù)等階段。目前支架內(nèi)再狹窄(in-stent restenosis,ISR)仍是困擾心血管工作者的難題,雖然抗增殖藥物應(yīng)用于支架技術(shù)使支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生率由經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)血管成形術(shù)(PTCA)時代的30% ~45% 下降到DES 時代的10%以下[2-3]。然而,由于抗增殖藥物在抑制內(nèi)膜增生的同時亦引起支架置入部位血管內(nèi)皮化過程延遲,導(dǎo)致內(nèi)皮化不全,由此引起晚期支架血栓發(fā)生率升高至0.7%,因此仍應(yīng)受到重視[4]。此外,由于現(xiàn)有DES 為金屬支架,其本體無可降解特性,因此,其長期安全性及有效性受到挑戰(zhàn)。生物可降解支架的研發(fā)為冠心病介入治療提供了新的策略,其支架本體由可降解或可吸收材料構(gòu)成,置入冠狀動脈血管后經(jīng)過一段時間最終實現(xiàn)體內(nèi)降解,可起到短期內(nèi)支撐血管、防止血管再狹窄的作用,同時避免金屬支架永久留存所帶來的并發(fā)癥。盡管生物全降解支架前景光明,但其目前仍處于研發(fā)階段。本實驗旨在探討新型生物全降解藥物釋放支架置入冠狀動脈后對于置入部位血管內(nèi)膜的影響。

        資料與方法

        一、資料與試劑

        1. 支架:本研究對照組所采用的普通聚左旋乳酸(PLLA)支架與實驗組采用的新型生物全降解支架均由美國的Vasotech,Inc. 公司自主研發(fā)提供,支架規(guī)格為:3.0 mm×13.0 mm,對照組以PLLA 作為本體材料并融入抗增殖藥物紫杉醇構(gòu)成,實驗組以PLLA 與無定型磷酸鈣(amorphous calcium phosphate,ACP)構(gòu)建納米顆粒做為本體材料(PLLA/ACP),同樣將抗增殖藥物紫杉醇融入支架材料本體中構(gòu)成。見圖1。

        圖1 新型生物全降解藥物支架

        2. 動物:健康小型實驗豬10 只,雌雄各半,體重(30 ±5)kg。將實驗動物隨機分為對照組(5 只)及實驗組(5 只),術(shù)前常規(guī)喂養(yǎng),于術(shù)前5 天給予口服氯吡格雷75 mg/d 及阿司匹林100 mg/d。動物喂養(yǎng)及實驗過程遵照武漢大學(xué)人民醫(yī)院動物倫理委員會相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

        3. 主要試劑:C 反應(yīng)蛋白(CRP)免疫吸附試驗試劑盒購自美國RB 生物公司。核因子-κB(NFκB)抗體免疫組化試劑盒及α-平滑肌肌動蛋白(α-SM-actin)單克隆抗體購自北京博奧森生物技術(shù)有限公司。

        二、方法

        1. 支架置入術(shù):實驗動物術(shù)前禁食12 h,以氯胺酮10 mg/kg、東莨菪堿0.3 mg 及咪達(dá)唑侖注射液2 mg 耳后肌內(nèi)注射進(jìn)行誘導(dǎo)麻醉。術(shù)中以0.9%氯化鈉注射液200 ml +丙泊酚注射液200 mg +氯胺酮注射液200 mg 靜脈滴注維持麻醉。直視下逐層分離右側(cè)股動脈,置入6 F 動脈鞘同時給予肝素6000 U。分別行正中位、左前位及右前位冠狀動脈造影后,隨機選取左前降支、左回旋支或右冠狀動脈置入PLLA 支架或PLLA/ACP 支架,以10 ~14 atm(1 atm=101.325 kPa)撐開支架,持續(xù)20 ~30 s 后釋放,退出球囊后再次行冠狀動脈造影,未見血管夾層及血栓。支架置入術(shù)后逐層縫合切口,并給予食飼氯吡格雷75 mg/d、阿司匹林325 mg/d 至實驗終點,術(shù)后每日給予青霉素200 萬U 肌注預(yù)防感染,連續(xù)3 d。

        2. 血液學(xué)檢測:分別在術(shù)前和術(shù)后28 d 取實驗動物股動脈血,采用免疫吸附法檢測血清中的CRP濃度。

        3. 病理形態(tài)學(xué)檢查

        (1)蘇木精-伊紅(HE)染色:術(shù)后4 周復(fù)查冠狀動脈造影后處死實驗動物,迅速取出心臟以0.9%肝素生理鹽水高壓灌注至灌流液清亮,再以10%甲醛溶液高灌注至心臟組織完全固定。分離支架置入部位血管并以石蠟包埋切片,行HE 染色,鏡下觀察置入部位血管有無血栓形成。每張切片取五個視野,在400 倍顯微鏡下計數(shù)淋巴細(xì)胞個數(shù),并以炎癥積分標(biāo)準(zhǔn)評估其炎癥情況:0 分=無內(nèi)膜炎癥;1 分=散在炎性細(xì)胞;2 分=25% ~50%血管周徑內(nèi)支架被炎癥細(xì)胞包繞50%,3 分=25% ~50%血管周徑內(nèi)支架被炎癥細(xì)胞全部包繞[5]。并使用計算機圖像分析系統(tǒng)(Image Pro Plus 6.0)測定計算以下指標(biāo):HE 染色切片(×40)新生內(nèi)膜面積(外彈力板圍繞面積-殘余管腔面積)、管腔面積及面積狹窄百分比(新生內(nèi)膜面積/外彈力板圍繞面積×100%)。

        (2)免疫組化檢測:冠狀動脈標(biāo)本經(jīng)石蠟包埋后用SP 法(具體方法依據(jù)試劑盒說明進(jìn)行)檢測NF-κB、α-SM-actin 抗體,并用微波進(jìn)行抗體修復(fù)。NF-κB 抗體:使用計算機圖像分析系統(tǒng)測定,用圖像分析儀于高倍鏡(×400)下在每張切片取五個視野進(jìn)行計數(shù)陽性細(xì)胞及平均陽性細(xì)胞百分率,取其平均值。α-SM-actin 抗體:使用計算機圖像分析系統(tǒng)測定計算免疫組織化學(xué)α-SM-actin 染色切片(×200)平均光密度值。

        4. 統(tǒng)計學(xué)分析:實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,計量資料用 珋x ±s 表示,兩組間及組內(nèi)自身前后差異比較采用t 檢驗,以P <0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        結(jié) 果

        1. 一般情況:所有實驗動物均正常存活至實驗結(jié)束。實驗組與對照組實驗動物行冠狀動脈支架置入術(shù)后對動物覓食、活動等一般情況無影響。

        2. 造影結(jié)果:支架置入術(shù)后即刻及術(shù)后4 周行冠狀動脈造影復(fù)查,均可見支架置入血管管腔通暢,TIMI 血流達(dá)3 級,無急性及慢性支架血栓形成,且無明顯管腔狹窄。實驗組與對照組無差別。見圖2。

        3. 血液學(xué)檢測結(jié)果:免疫吸附法檢測CRP 濃度顯示,術(shù)前與術(shù)后血液中CRP 濃度比較,對照組[(688.56 ± 128.91)ng/ml 比(757.19 ± 104.46)ng/ml,P >0.05]和實驗組[(704.12 ± 142.46)ng/ml比(773.27 ±110.18)ng/ml,P >0.05]差異無統(tǒng)計學(xué)意義。兩組術(shù)后CRP 比較亦無統(tǒng)計學(xué)意義[(757.19 ± 104.46)ng/ml 比(773.27 ± 110.18)ng/ml,P >0.05]。

        4. HE 染色:(1)炎癥反應(yīng):支架置入術(shù)后4 周,置入部位血管HE 染色切片40 倍顯微鏡下觀察可見:置入部位管腔通暢,未見支架血栓形成,且血管管腔結(jié)構(gòu)正常完整,支架小梁完整,小梁上內(nèi)皮覆蓋完整。病理切片可見:與對照組相比,實驗組淋巴細(xì)胞數(shù)(27.32 ± 1.50 比54.12 ± 3.99,t = 14.06,P <0.05)及炎癥積分(1.04 ±0.17 比2.08 ±0.23,t =8.13,P <0.05)明顯降低,即實驗組炎癥反應(yīng)明顯降低。見圖3。(2)內(nèi)膜增生:實驗組與對照組支架新生內(nèi)膜面積[(2.10 ±0.75)mm2比(2.07 ±0.28)mm2,P >0.05]及 面 積 狹 窄 百 分 比[(54.78 ±14.21)%比(53.52±13.85)%,P >0.05]差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,即實驗組支架未引起置入部位血管內(nèi)膜顯著增生。見圖4。

        5. 免疫組織化學(xué)檢查結(jié)果:(1)NF-κB 免疫組化染色:以免疫組織化學(xué)方法檢測NF-κB 陽性細(xì)胞數(shù),陽性細(xì)胞主要分布在血管內(nèi)皮及內(nèi)膜的細(xì)胞核內(nèi),呈棕黃色顆粒。實驗組陽性細(xì)胞百分比表達(dá)明顯降低(25.28% ± 0.68% 比44.02 ± 0.95%,t =32.12,P <0.05)。(2)α-SM-actin 免疫組織化學(xué)染色:以免疫組織化學(xué)技術(shù)特異性檢測α-SM-actin 陽性光密度值,評估支架置入部位血管平滑肌細(xì)胞增殖情況。兩組α-SM-actin 免疫組織化學(xué)染色平均光密度值相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(1.71% ±0.87%比1.71 ±0.86%,P >0.05)。兩組中α-SM-actin 染色陽性細(xì)胞多位于血管中膜,血管內(nèi)膜少見,說明兩組均無平滑肌細(xì)胞明顯內(nèi)遷,且實驗組支架未引起置入部位平滑肌細(xì)胞明顯增生。見圖5。

        圖2 實驗組與對照組支架置入后即刻及28 d 后造影結(jié)果

        圖3 術(shù)后兩組置入部位血管HE 染色結(jié)果

        圖4 術(shù)后兩組置入部位血管HE 染色

        圖5 兩組術(shù)后4 周置入部位α-SM-actin 免疫組織化學(xué)染色

        討 論

        在冠心病的治療歷程中,DES 的應(yīng)用是冠心病介入治療的里程碑之一,其通過攜帶抗增殖藥物,抑制局部平滑肌增殖、遷移及分泌細(xì)胞外基質(zhì),減少血管內(nèi)膜過度增生,從而使支架內(nèi)再狹窄率顯著降低[6]。然而,隨著臨床的應(yīng)用和研究的進(jìn)展,DES的弊端也不斷暴露,比如其釋放模式并不理想,涂層的抗增殖藥物在抑制平滑肌增殖的同時也抑制了內(nèi)皮的修復(fù),從而增加了術(shù)后血栓的發(fā)生率。藥物洗脫后殘留的涂層和金屬支架本體也容易引起局部炎癥反應(yīng),延遲內(nèi)皮愈合,從長遠(yuǎn)來看并沒有降低冠心病心肌梗死的再發(fā)率和死亡率[7]。

        以聚合物為代表的各種生物全降解支架的出現(xiàn),有望解決此問題。PLLA 生物材料因其良好的可吸收性及組織相容性,被美國食品藥品管理局(FDA)列為可應(yīng)用于人體的生物工程材料,成為目前最為常用的生物可降解支架的構(gòu)建材料。PLLA在自然狀態(tài)下降解速度較慢,完全降解需要2 年左右,且其在生物體內(nèi)降解的最終產(chǎn)物為對機體無明顯毒性的二氧化碳和水[8],因此,PLLA 本身的降解特性即決定了其可以在完成支架早期支撐血管、避免血管急性閉塞及防止再狹窄的作用后,在一定的時間內(nèi)實現(xiàn)生物體內(nèi)逐步無害化完全降解,從而避免了支架本身作為一種異物長期存在于病變血管內(nèi)刺激血管平滑肌細(xì)胞增殖,或是支架長期存留觸發(fā)持續(xù)的炎癥反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)膜過度增生及再狹窄形成[9]。

        然而,PLLA 構(gòu)建生物可降解支架應(yīng)用于臨床醫(yī)療決策仍存在亟待解決問題。如其在降解過程中可誘發(fā)置入部位血管明顯的炎癥反應(yīng)[10]。Vogt等[11]觀察到,PLLA 生物可降解支架在降解過程中,支架周圍有慢性炎癥細(xì)胞聚集,且通常伴有炎癥反應(yīng)及細(xì)胞增殖速度加快。而炎癥反應(yīng)在血管成形術(shù)或支架置入術(shù)后再狹窄的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。Kornowski 等[12]觀察接受冠狀動脈支架置入術(shù)的豬證實,炎癥反應(yīng)與內(nèi)膜增生顯著相關(guān),而炎癥反應(yīng)亦與冠狀動脈支架置入術(shù)后粥樣斑塊撕裂及血管壁損傷相關(guān)。因此,減輕PLLA 降解中產(chǎn)物所誘發(fā)的炎癥反應(yīng)程度,逐步成為目前生物降解材料研發(fā)的重點之一。

        本研究所采用的新型生物全降解支架是由PLLA 與ACP 通過納米顆粒技術(shù)制成并將抗增殖藥物紫杉醇融入支架本體而構(gòu)成的新型生物材料。

        紫杉醇是1988 年美國FDA 正式批準(zhǔn)用于臨床的新型抗腫瘤藥物,通過作用于細(xì)的微管功能抑制G1/G0和G1/M 期的細(xì)胞復(fù)制來抑制細(xì)胞的增生[13-15],將紫杉醇融入支架本體中可實現(xiàn)藥物緩慢釋放及高度可控,可能獲得既抑制平滑肌細(xì)胞增殖,又不會對內(nèi)膜產(chǎn)生明顯損害的作用,有望解除原有DES 對血管內(nèi)皮和平滑肌雙重抑制的弊端[16-17]。

        ACP 是采用濕化學(xué)法合成羥基磷灰石時出現(xiàn)的磷酸鈣的一種無定形中間相,它短暫存在于合成羥基磷灰石的過程中,在水溶液中不穩(wěn)定[18]。有文獻(xiàn)報道,在生物可降解材料中加入ACP 可中和生物材料降解過程中產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物,進(jìn)而可減少由酸性產(chǎn)物所引起的無菌性炎癥反應(yīng)[19]。此外,ACP 尚有利于藥物的傳遞釋放及增加支架的機械性能[20-22],使紫杉醇可以更好地抑制平滑肌的增殖以減少局部的炎癥反應(yīng)和冠狀動脈的再狹窄。ACP的這些優(yōu)點為本實驗研究提供了豐富的理論基礎(chǔ)。

        1. 炎癥反應(yīng):炎癥反應(yīng)在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用,冠狀動脈粥樣硬化性心臟病其實是一種炎癥性疾病,同時炎癥反應(yīng)又是促進(jìn)冠狀動脈支架置入術(shù)后新生內(nèi)膜增生和再狹窄的原因之一[22]。因此,減輕或消除炎癥反應(yīng)是減少支架置入術(shù)后再狹窄的關(guān)鍵。CRP 是機體高度靈敏的炎癥指標(biāo),是在機體受到嚴(yán)重炎癥損傷時由白介素(IL)-6 調(diào)控,肝合成入血的急性相關(guān)蛋白,CRP的升高與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。本實驗術(shù)后4 周血液中CRP 濃度比較結(jié)果顯示,實驗組與對照組術(shù)前、術(shù)后28 d CRP 濃度比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,兩組28 d 后相比,CRP 濃度差異亦無統(tǒng)計學(xué)意義,說明支架置入后都沒有引起明顯的炎癥反應(yīng)。NF-κB 作為一種能調(diào)控多種基因的具有多種效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子,已被證實當(dāng)局部炎癥反應(yīng)較明顯時,其表達(dá)也會增強。此外,NF-κB 參與動脈粥樣硬化、血管成形術(shù)后再狹窄和其他血管增殖性病變等病理生理過程。因此,支架置入部位NF-κB 的表達(dá)反應(yīng)是評價其局部炎癥情況的重要指標(biāo)。免疫組化檢測顯示,實驗組NF-κB 表達(dá)數(shù)明顯少于對照組,且HE 染色顯示,實驗組支架置入部位炎性細(xì)胞明顯少于對照組。可見實驗組術(shù)后在一定程度上減輕了局部的炎癥反應(yīng),優(yōu)于對照組,具有良好的組織相容性。

        2. 內(nèi)膜增生:基于既往的研究報道,減輕炎癥反應(yīng)可有一定的抑制內(nèi)膜增生的作用,因此,據(jù)此推測,加入ACP 的新型全降解支架可能通過抑制炎癥反應(yīng)而抑制內(nèi)膜增生。此外,Kim 等[23]報道ACP 在與細(xì)胞接觸時具有更好的細(xì)胞黏附性,同時可減少細(xì)胞凋亡并促進(jìn)細(xì)胞增殖及遷移,因此,ACP 材料的加入除可減輕PLLA 支架降解過程中誘發(fā)的炎癥反應(yīng)外,還具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖及支架置入部位血管內(nèi)皮化,減少支架晚期血栓發(fā)生的可能。然而,加入ACP 的PLLA 支架在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖的同時,是否同樣促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞過度增殖而導(dǎo)致內(nèi)膜過度增生,進(jìn)而升高再狹窄發(fā)生率,目前尚無明確報道。

        既往研究表明,α-SM-actin 血管平滑肌細(xì)胞來源的標(biāo)志,其表達(dá)增多通常提示血管平滑肌細(xì)胞增殖,同時亦提示平滑肌細(xì)胞增殖及遷移可能。本研究表明,加入ACP 的PLLA 支架與普通PLLA 支架相比,α-SM-actin 的平均光密度值無明顯增高,該結(jié)果證實,加入ACP 材料并不會促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖,且觀察發(fā)現(xiàn),實驗組α-SM-actin 陽性細(xì)胞表達(dá)多位于血管中膜部位,而內(nèi)膜及新生內(nèi)膜部位表達(dá)不明顯,說明實驗組支架未引起明顯平滑肌細(xì)胞遷移。同時實驗組與對照組在血管內(nèi)膜增生厚度方面,雖實驗組置入部位的血管內(nèi)膜稍有增生,但兩組相比差異同樣無統(tǒng)計學(xué)意義,該結(jié)果也證實加入ACP 材料亦無導(dǎo)致內(nèi)膜明顯增生的可能。因此,基于本研究結(jié)果,加入ACP 的PLLA 支架雖不能明顯減輕,但亦不會導(dǎo)致置入部位血管內(nèi)膜增生及平滑肌細(xì)胞增殖及遷移。該結(jié)論可能與支架材料構(gòu)建過程中PLLA 與ACP 的合成配比有關(guān),ACP 材料本身雖能在一定程度上減輕由PLLA 降解所引起的無菌性炎癥反應(yīng),促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖及內(nèi)皮化過程,但同樣可能在一定程度上促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增殖及內(nèi)膜增生,因而兩種效應(yīng)疊加最終并未對置入部位血管內(nèi)膜增生產(chǎn)生明顯不良影響。

        綜上所述,初步證實采用特殊納米技術(shù)加入ACP 的新型生物全降解藥物釋放支架具有良好的組織相容性。動物實驗證實,其可以明顯減輕置入部位無菌性炎癥反應(yīng),且不會導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞明顯增生及遷移。該新型生物全降解藥物釋放支架的研發(fā)為冠心病介入治療策略提供了新思路。

        但本研究動物樣本量較少,觀察時間點較為單一,觀察時間較短(28 d),且尚未從細(xì)胞及分子水平研究加入ACP 的新型生物可降解支架影響血管內(nèi)膜增生及平滑肌細(xì)胞增殖的作用機制。然而基于本研究的初步結(jié)果,樣本量更大、術(shù)后觀察時間更長、涉及內(nèi)膜增生及平滑肌細(xì)胞增殖的分子生物學(xué)機制的研究已經(jīng)進(jìn)行。另外,針對支架材料構(gòu)建過程中,ACP 和PLLA 的合成配比、其與血管內(nèi)膜增生及平滑肌細(xì)胞增殖的相關(guān)性研究,也將是未來研究的重點之一。

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