“哑铃”形人工气管支架的设计、制备与性能研究

植入气管支架是重建气管与修复气管缺损的一种重要手段。针对现有的封堵用人工气管支架存在植入后塌陷、位移等问题,从气管支架的形状和结构出发,以机织透孔组织为基础组织,根据临床治疗的要求,设计了一种两端直径大、中间直径小,形似“哑铃”的人工气管支架。通过合理设置织物管幅、经纬密度等相关工艺参数,制备出的“哑铃”形变直径人工气管支架的平均表面孔径为0.34 mm,平均径向支撑应力为41.82 kPa,远大于国产镍钛合金支架的径向支撑应力7.85 kPa,抽拔力比直管状人工气管支架提高了76%,说明“哑铃”形人工气管支架的设计为支架的抗塌陷和抗位移性提供了可能。

人工气管的发展概况

1引言 由于外伤或肿瘤等各种疾病造成的组织结构缺损、功能丧失或器官衰竭,人类常需进行器官组织的移植.气管因病变有时需要做切除并进行气道重建,当切除气管的长度较小时可以直接进行端端吻合,但由于气管解剖学上的特点,如果切除长度超过直接吻合限度50 mm时,则常需用代用品--人工气管来进行气管重建,以保证气道的连续性和通畅.

生物材料人工气管的设计与动物实验研究

目的 :通过筛选适宜的生物材料和选用特殊的成型工艺自行研制新型人工气管假体 ,探讨其用于长段气管缺损重建的可行性。方法 :根据理想化气管替代物的要求 ,设计出 型人工气管 :由聚丙烯单丝、聚乙丙交酯纤维编织成直管状网管 ,内壁涂以聚氨酯薄膜和胶原蛋白 ,涂层材料不能透过外壁网孔 ,外壁采用胶原蛋白 -羟基磷灰石多孔状海绵覆盖。作为对照的 型人工气管 ,网管结构与 型相同 ,内外壁均涂以聚氨酯。分别将 型、 型人工气管用于实验组 (8只 )和对照组 (4只 )动物 ,构建犬颈部气管置换与重建的动物模型。结果 :实验组犬术后人工气管假体能迅速被宿主气管周围组织包绕而达到生物学固定 ,假体在位良好 ,吻合口肉芽生长不明显 ;假体内腔可见不规则黏膜上皮生长 ,色较苍白 ,未铺覆内腔全长 ;包绕假体的周围组织中可扪及散在的大小不等的硬质骨性结构 ;动物存活时间长。而对照组术后均出现不同程度的假体松脱现象 ,并发生局部漏气、感染及狭窄等并发症。结论 :该生物材料人工气管可用于长段气管置换重建手术 ,具有一定的开发利用价值和临床应用前景。

碳纤维人工气管的设计及实验研究

气管因肿瘤、外伤、先天性疾病等原因需行气管部分切除。但当切除长度超过４．０ｃｍ时，对端吻合受限，这时人工气管就成为必需。选用１０条健康成犬做犬气管的生物力学测定，测出气管的拉伸比（λ）与应力（Ｔ）的关系、医用丝线对气管壁的挤压应力（（δｊＹ）、致气管完全塌陷的侧壁压力（Ｔｓ）、气管功能最大扭转角（φｍａｘ）、气管功能最大弯曲时截面上的转角（θｍａｘ）。根据上述数据，选用碳纤维和硅橡胶设计制造出直管型、分叉型人工气管。并选用２２条健康成犬分别做动物实验。结果表明，直管型人工气管又根据其外壁是否涂硅橡胶而分为实验组及对照组。验组人工气管外壁不涂硅橡胶均生存期为：３７９．８天。对照组人工气管外壁涂硅橡胶，平均生存期为：９０．４天。分叉型人工气管术后平均生存期为：４．３２天。直管型及分叉型人工气管组犬的主要死因均为感染及吻合口裂开。直管型实验组犬最长生存期为１７６２天，效果较好。分叉型人工气管实验结果较差，需进一步研究。

胶原涂层记忆合金人工气管的构建

目的构建胶原涂层记忆合金人工气管,通过动物实验观察其气管重建的初步效果。方法以记忆合金丝编织成圆柱形网管作为基本支架,网管内壁涂聚氨酯膜封闭网孔,于管腔内外壁涂覆胶原海绵涂层构建胶原涂层记忆合金人工气管(A型人工气管)。同时构建无胶原海绵涂层的人工气管作为对照(B型人工气管)。15只杂种犬随机分为两组,分别以A型(n=8)和B型(n=7)人工气管行颈段气管的置换重建。通过X线摄片、气管镜和动物处死后组织标本的病理学检查评价实验效果。结果A型人工气管组6只动物存活超过90 d,分别于存活90、120、150 d后处死;术后人工气管在位佳,与自体组织融为一体;管腔通畅无狭窄,吻合口有气管上皮覆盖。B型人工气管组3只动物存活超过90 d,分别于存活90 d和150 d后处死;吻合口处无新生上皮覆盖,见不同程度的肉芽组织增生。结论胶原涂层记忆合金人工气管具有较好的生物相容性,能减少吻合口狭窄、裂开或假体脱位等并发症。

胶原涂层记忆合金人工气管的实验研究

目的:构建胶原涂层记忆合金人工气管,通过动物实验观察其气管重建的初步效果。方法:用记忆合金丝编织成圆柱形网管作为基本支架,网管内壁镀聚氨酯膜封闭网孔,在管腔内外壁涂覆胶原海绵涂层。以此型人工气管对8只犬行颈段气管的置换重建,术后通过X光摄片、气管镜和动物处死后组织标本的病理检查来评价实验效果。结果:1只实验犬于术后10天因假体脱位死亡,另一只犬术后45天因出现吻合口狭窄而处死,其余6只犬已存活90天以上,最长150天。人工气管在位佳,管腔通畅无狭窄,吻合口有气管上皮覆盖。结论:胶原涂层记忆合金人工气管可用于气管的重建,但远期效果还需进一步观察。

人工气管组分材料胶原蛋白/羟基磷灰石体外细胞毒理学研究

细胞毒性和细胞相容性是生物材料应用于临床所遇到的首要问题。将胶原蛋白作为载体与羟基磷灰石混合制成人工气管的组分材料 ,通过体外实验研究其细胞毒性和细胞相容性 ,为临床应用作前期准备。采用体外细胞培养法、MTT比色法评价胶原蛋白和羟基磷灰石复合材料对培养细胞 L- 92 9的细胞形态、生长和增殖的影响 ,同时采用溶血试验评价该复合材料是否对红细胞的功能和代谢产生不良反应。结果显示 ,胶原蛋白和羟基磷灰石复合材料对体外培养的细胞形态不构成损害 ,对其生长和增殖无明显抑制作用 ,细胞毒性为 0级 ;溶血率为1.85 % ,低于 5 %的国家标准 ,在体外不引起溶血反应。实验表明 ,胶原蛋白和羟基磷灰石复合材料具有良好的细胞相容性 ,属无毒级生物材料 。

人工气管材料体外细胞毒性和生物相容性研究

目的 :对自行研制的人工气管材料进行体外细胞毒性和生物相容性研究 ,以便为该植入材料应用于临床提供实验依据。方法 :参照 ISO10 993- 1:1992医疗器械生物学评价标准和要求 ,对人工气管材料进行了体外细胞与材料共培养试验、细胞毒性试验、溶血试验、急性全身毒性试验、致敏和热源试验。 结果 :(1)人工气管材料表面的细胞黏附生长良好 ,该材料对体外培养的细胞形态不构成损害 ,对细胞的生长和增殖均无明显抑制作用 ,细胞增殖指数和增殖指数百分率与空白对照组比较无显著性差异 (P>0 .0 5 ) ,而与阳性参照材料组比较差异具有显著性 (P<0 .0 1) ;(2 )溶血率均低于 5 %的国家标准 ,在体外不引起溶血反应 ;(3)该组分材料也无急性全身毒性反应、致敏和热源作用。结论 :该人工气管材料无细胞毒性和热源作用 ,不引起溶血反应和急性全身毒性反应 ,对细胞形态、生长和增殖不构成损害 ,具有良好的生物相容性。

自体心包包裹人工气管修复气管缺损的组织相容性评估

背景:记忆合金支架材料具有可靠、稳定、相容性好的特点,长段气管缺损(大于6个气管环)的气道修复往往需要借助人工材料完成,记忆合金材料的生物学特点是否适应人工气管复合体基本支架的应用?目的:评估自体心包包裹记忆合金带孔支架人工气管修复犬气管缺损的组织相容性。设计、时间及地点:于2005-09/2007-03在上海交通大学医学院附属仁济医院心胸外科实验室完成随机分组的动物对照实验。材料:健康成年杂种犬22只。人工气管假体3种:镍钛记忆合金假体、镍钛记忆合金外涂胶原假体、镍钛记忆合金外包自体心包形成的生物人工复合假体。方法:22只犬按随机数字表法分为3组。基本假体组(镍钛记忆合金材料)7只,胶原涂层组(镍钛记忆合金材料表面覆胶原涂层)8只,复合假体组(镍钛记忆合金材料表面覆自体心包)7只。人工气管植入修复犬气管缺损。基本假体组与胶原涂层组犬行人工气管与自体气管端端吻合,复合假体组吻合后外包自体心包片。主要观察指标:比较3种人工气管植入后的稳定性及长期存活的可能性。结果:早期死亡实验犬4只:2只死于吻合口瘘,1只死于吻合口狭窄,1只死于出血;9只麻醉后人工处死;9只存活>3个月。X射线片显示各组犬人工气管在位良好。大体观察:犬颈部肌肉将人工气管紧密包裹并固定在气管床内,管腔内壁有一层纤维结缔组织覆盖。肉眼可见吻合口向人工气管内壁有少量上皮细胞生长(5mm),光镜检测提示为假复层纤毛柱状上皮,偶见有鳞状上皮化生。这种生物学特性在胶原涂层组和复合假体组中优于基本假体组。术后并发症:基本假体组吻合口瘘2只,吻合口狭窄2只;胶原涂层组吻合口瘘1只,吻合口狭窄2只,出血1只;复合假体组吻合口狭窄2只,感染1只。结论:带孔记忆合金支架加自体心包材料组成的复合型人工气管外层组织相容性好,周围自身组织攀附并紧密包裹假体,能限制人工气管移位。

自制分叉型人工气管重建犬气管及隆突对犬生存期及吻合口愈合的影响

目的:探讨应用自制复合材料的分叉型人工气管重建犬气管及隆突的可行性。方法:根据犬气管的生物力学指标选用碳纤维和硅橡胶自行设计制造一种新型的复合材料人工气管。选用19条健康成年犬随机分2组:A组(n=11),人工气管直接与犬气管及支气管吻合;B组(n=8),在人工气管与犬气管及支气管吻合的基础上,同时切开同侧膈肌,将带蒂大网膜从腹腔移植至胸腔包裹人工气管及吻合口,观察术后犬生存期及吻合口裂开情况。结果:术后平均生存期A组为(3·462±1·849)d,B组为(6·475±1·062)d,2组生存期比较差异具有显著性(P<0·05);术后吻合口裂开A组发生率(37·5±36·0)%,B组(16·0±25·0)%,2组吻合口裂开发生率比较差异亦具有显著性(P<0·05)。结论:应用带蒂的大网膜移植包裹自制分叉型人工气管及吻合口可降低吻合口的裂开并延长实验犬的生存期,但防止人工气管移位及吻合口裂开仍然是该人工气管亟待解决的问题。

人工气管及气管支架材料的应用

背景:以往对中心气道狭窄常采取外科手术治疗,然而,有些患者无法接受,并且手术瘢痕可导致再狭窄。因此,支架置入成为治疗中心气道狭窄的重要手段之一。目的:总结人工气管及气管支架材料在临床中的应用进展。方法:应用计算机检索PubMed数据库及CNKI数据库,在标题和摘要中以"组织工程支架,人工气管,气管支架"或"tissue engineering scaffolds,artificial trachea,trachea scaffolds"为检索词进行检索。根据纳入标准选择22篇文献进行综述。结果与结论:近年来随着组织工程学的兴起和发展,在生物组织工程化气管的研究方面取得了一定的进展,目前已能够以软骨细胞或骨髓间质细胞为种子细胞构建出与自体气管相近的组织工程化气管,而且能够用软骨细胞及上皮细胞构建出带有气管黏膜上皮的复合组织工程化气管,但这些组织工程化气管移植到体内能否长期具有活性、发挥正常的生理功能等还需要进一步的实验验证。

针织复合材料人工气管的开发及力学性能研究

介绍了一种新型的针织结构复合材料人工气管支架的原料、编织与涂层方法 ;对其拉伸和压缩等机械性能进行了初步研究 ,并和成年犬气管的力学性能进行了对比 。

3D打印复合人工气管移植的实验研究

目的构建三维(3D)打印复合人工气管,通过兔体内气管移植观察人工气管置换的效果。方法通过CT扫描兔气管三维重建结构,提取影像资料用3D打印技术制备聚乳酸羟基乙酸(PLGA)人工气管支架,以酶消化法分离得到兔肋软骨细胞并扩增,种植于3D打印的人工气管支架上培养,制备复合人工气管。取新西兰兔10只,体重约500 g,切除颈段气管2 cm,制备气管缺损动物模型。实验组(n=5)用复合人工气管与气管上、下端-端吻合;正常对照组(n=5)一期行自体气管端-端吻合术。术后观察动物存活情况,并于术后1、3、6个月行X线和CT观察,取材行大体观察、组织学观察;对实验组和对照组的感染率、吻合口裂开率、严重狭窄率、意外死亡率等进行比较。结果 10只新西兰兔顺利完成气管移植手术,术中无死亡。术后7只新西兰兔分别于64 d、96 d、108 d、118 d、125 d、127 d、148 d因呼吸困难死亡,其余3只新西兰兔均存活至6个月时处死,处死前无明显气促或呼吸困难,进食顺畅。兔总体存活64~182d,实验组平均存活158.0 d,对照组平均存活108.4 d,差异具有统计学意义(P<0.05)。实验组新西兰兔意外死亡1只、吻合口重度狭窄0只、吻合口裂开或感染2只,对照组新西兰兔意外死亡2只、吻合口重度狭窄1只、吻合口裂开或感染3只,实验组的意外死亡率(20.0%)、重度狭窄率(0)、吻合口裂开或感染率(40.0%)均低于对照组(40.0%,20.0%,60.0%),差异均有显著性(P<0.05)。结论 3D打印复合人工气管可以短期替代自体气管重建兔气道,吻合口狭窄、感染等为人工气管移植后的主要并发症。

人工气管移植实验研究

目的探讨能与人体气管愈合成为一体的人工气管的实验方法。方法用长5cm羊气管,实验时切除羊颈段气管5cm,用人工气管重建。手术后1、2周,1、3、6、12个月摄X线片、支气管镜检查,然后处死检查大体和镜下病理,观察人工气管愈合情况。结果8只实验动物人工气管与自体气管均顺利达到生物性愈合,黏膜成活,实验动物长期存活。3个月时有部分软骨细胞融解吸收,但支架位置良好,管腔通畅。6、12个月后标本显示人工气管完全成活。但吻合口处有少量肉芽增生,管腔轻度狭窄。结论人工气管可以与自体气管形成生物性愈合,气道管腔通畅,动物长期生存。

羟基磷灰石人工气管环喉气管重建术

报道应用胸骨舌骨肌皮瓣加羟基磷灰石（ＨＡ）人工气管环行喉气管重建的动物实验和临床应用。在动物试验的基础上用同法对１０例喉气管狭窄患者行喉气管支架重建，术后伤口Ⅰ期愈合，无免疫排斥反应。１０例中９例恢复正常的喉气管通道。

人工气管的研究进展

在气管的手术切除中,存在着超限切除后无法直接吻合的问题,需用人工气管假体进行气道修复。早期的人工气管存在一些严重缺陷,导致手术失败。近年来,该领域取得了新的进展,如应用新材料和组织工程技术,为人工气管的临床应用提供了新前景。

血管化肋软骨结合纤毛化内皮内壁的人工气管重建

目的探讨血管化肋软骨结合纤毛化内皮内壁合成人工气管重建气管长段及特殊缺损的可行性,建立与天然气管的生理结构、功能更接近的人工气管模型。方法以8例新西兰白兔为动物实验模型,I期颈部双层带血供筋膜包埋培养自体肋软骨和鼻中隔黏膜,II期人工气管原位移植,术后定期评估生理、呼吸及病理学等指标。结果 8例实验兔II期术后平均存活时间21.9 d,死亡原因为呼吸困难。人工气管组织解剖可见瘢痕增生,无塌陷,有弹性和硬度。组织病理可见肋软骨和气管环软骨在组织学上有较高相似度;肋软骨在带血供筋膜包裹培养下均未被吸收,仍可见肋软骨组织;鼻中隔黏膜在体内加压及带血供筋膜营养下继续分化,HE染色切片下可见人工气管内壁覆有上皮样组织。结论肋软骨可作为制备人工气管塑形材料;包裹肋软骨的带血供筋膜可提供充足的血供,弥补了游离培养肋软骨致其吸收的缺陷;鼻中隔黏膜在体内加压及带血供筋膜的营养下,有望模拟气管纤毛上皮,从而发挥其与气管内壁相似的生物学特性。

人工气管重建气道的进展

气管病变行手术切除治疗存在超限切除后直接吻合困难等问题,人工气管作为替代物以重建气道是解决这一问题的有效方法。寻求理想的人工气管则成了国内外研究的重点,近年来的实验研究在人工气管的材料选用,吻合技术等方面取得了很大进展,为临床应用提供了广阔前景。