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袁广银教授团队在可降解镁合金血管支架设计方法研究领域取得重要进展[图]
发布日期:2019/8/11 20:23:31 阅读次数:216336

近日,上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心袁广银教授课题组在可降解镁合金血管支架设计方法研究领域取得重要进展,研究成果以“In vivo and in vitro evaluation of a biodegradable magnesium vascular stent designed by shape optimization strategy”为题,发表在生物材料领域权威学术期刊《Biomaterials》上,这是近5年内袁广银教授课题组第二篇论文发表在《Biomaterials》上。

可降解镁合金支架具有良好的临床应用前景,通过材料性能、载药涂层和结构设计的综合优化设计,可以达到优于生物可吸收聚乳酸支架的效果,甚至进一步取代现有药物洗脱支架。该研究提出了一种基于有限元方法的形状优化设计策略,并将其应用于课题组自行研发的材料本身具有均匀降解特性的Mg-Nd-Zn-Zr(JDBM)合金制备的血管支架上,在体外各项力学性能测试和体内降解过程观察中都取得了符合预期的实验结果。

 

图1 研究工作的设计思路

该研究通过微区XRD分析和有限元数值仿真证实了压握过程会在支架中引入大塑性变形,创造性地将压握变形过程纳入到镁合金血管支架形状优化中。通过引入凸起平台结构配合形状优化,实现了支架压握状态下平行、紧凑的支撑杆排布,进而实现了镁合金支架的各项生物力学性能的最佳匹配。

 

图2 支架植入兔髂动脉1、3、5个月后的QCA影像和OCT观察界面

在随后的动物实验中,经过形状优化的JDBM支架被植入新西兰大白兔髂动脉,文章根据相关实验结果对其在体内的生物安全性、对血管壁支撑能力的有效性以及在动物体内的降解行为进行了系统的分析和讨论。

 

图3 JDBM支架植入兔髂动脉的体内降解与血管壁的恢复过程。

该研究提出了一套基于有限元方法的形状优化策略和全面的数值仿真预测方案,并得到了体内、体外结果的充分证实,为深入研究镁合金血管支架的变形过程和生物力学性能提供了有效的技术方法和途径,已经获得中国发明专利授权并同时申请了美国专利予以保护。

论文共同第一作者为陈晨忻博士,中山医院陈佳慧博士和米兰理工大学吴卫博士,通讯作者为袁广银教授和意大利米兰理工大学Francesco Migliavacca教授。上海交通大学为第一完成单位,合作研究团队成员分别来自复旦大学附属中山医院、意大利米兰理工大学和美国麻省理工学院。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委基金的资助。

近年来,在丁文江院士的指导下,袁广银教授带领课题组瞄准临床应用,在全降解镁合金血管支架材料研发、支架结构设计、载药涂层、降解机理等方面取得了一系列重要成果,相关工作先后发表于Biomaterials 2019、Acta Biomater 69(2018)、Corrosion science 123(2017)、Scientific Reports 37401(2016)、ACS Appl. Mater. Interfaces 7(2015)、Nanoscale 2013等著名期刊上,形成了国际学术影响力。近期课题组合作企业又传来了交大镁合金血管支架的径向支撑力测试结果达到了国际最高水平的令人振奋的消息。相信不久上海交大研发的具有国际先进水平的全降解镁合金血管支架必将造福广大心血管疾病患者!

论文连接:https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119414

 【作者】史文博

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