一種用于結(jié)腸吻合的可降解鎂基吻合釘

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2023-03-0918:40近期，東南大學(xué)白晶副教授所在的生物醫(yī)用材料團(tuán)隊(duì)和北京大學(xué)人民醫(yī)院葉穎江教授領(lǐng)導(dǎo)的胃腸外科團(tuán)隊(duì)在科愛(ài)出版創(chuàng)辦的期刊BioactiveMaterials上聯(lián)合發(fā)表研究論文：一種用于結(jié)腸吻合的可降解鎂基吻合釘：體內(nèi)外評(píng)價(jià)。通過(guò)在鎂吻合釘表面制備微弧氧化和聚乳酸雙層涂層，實(shí)現(xiàn)了該吻合釘體內(nèi)降解與結(jié)腸組織愈合相同步，良好的性能使這種鎂基吻合釘成為醫(yī)學(xué)上替代鈦釘用于結(jié)腸重建的理想候選。

研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介

胃腸吻合器是醫(yī)學(xué)上用于替代傳統(tǒng)手工縫合的設(shè)備，已在臨床上廣泛應(yīng)用于消化道切除和重建手術(shù)中。然而，目前所使用的生物惰性鈦釘會(huì)在體內(nèi)永久存留，造成一些不良影響，如影響后期影像學(xué)觀察，引發(fā)局部炎癥等并發(fā)癥。鎂（Mg）及其合金以其良好的綜合力學(xué)性能、可加工性和生物相容性，被稱為“革命性金屬生物材料”。使用鎂合金來(lái)制備吻合釘可在保留吻合器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又避免了鈦釘?shù)牟蛔?，但由于鎂的腐蝕電位較低且吻合釘尺寸較小，將直徑僅為0.2-0.3mm的鈦釘替換為鎂釘，可能會(huì)造成吻合釘在組織愈合前過(guò)快降解的臨床風(fēng)險(xiǎn)。為提高鎂吻合釘?shù)脑缙谀臀g性，獲得與組織愈合相匹配的降解速率，本團(tuán)隊(duì)將鎂合金絲材經(jīng)微弧氧化（MAO）處理和聚乳酸（PLLA）覆膜后，最終制備成了具有雙層涂層的鎂基吻合釘（Mg-MP）。通過(guò)體外和動(dòng)物體內(nèi)結(jié)腸端-側(cè)吻合術(shù)中的研究，對(duì)該吻合釘?shù)慕到庑袨楹涂尚行赃M(jìn)行了系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)（圖1）。

圖1（a）涂層的制備工藝和Mg-MP絲材的截面圖，（b）U型鎂釘和B型鎂釘形貌，以及通過(guò)管型吻合器吻合豬結(jié)腸組織后的吻合釘形貌，（c）體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中結(jié)腸端-側(cè)吻合術(shù)示意圖

將鎂吻合釘體外降解浸提液與小鼠成纖維細(xì)胞（L-929）和腸上皮細(xì)胞（IEC-6）分別共培養(yǎng)7天后的結(jié)果表明，Mg-MP吻合釘降解沒(méi)有產(chǎn)生細(xì)胞毒性（圖2）。同時(shí)，Mg-MP吻合釘在生理鹽水和Hanks’溶液中降解均不會(huì)產(chǎn)生溶血反應(yīng)，說(shuō)明Mg-MP吻合釘?shù)慕到饪梢詽M足植入物溶血要求。體外豬結(jié)腸組織吻合實(shí)驗(yàn)和腸道拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎂吻合釘力學(xué)性能也滿足臨床使用需求。

圖2（a）-（c）吻合釘細(xì)胞相容性，（d）、（e）溶血反應(yīng)，（f）使用鎂釘吻合后的豬結(jié)腸組織，（g）吻合后的腸道組織拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

體外降解實(shí)驗(yàn)表明（圖3），Mg-MP吻合釘在模擬結(jié)腸液中浸泡14天后，仍可保持穩(wěn)定的抗拉力。無(wú)涂層Mg釘在浸泡14天后質(zhì)量損失為76.4±5.7%，而Mg-MP釘?shù)馁|(zhì)量損失僅為8.5±4.3%。Mg-MP釘表面在浸泡7天后出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑，21天后腐蝕坑明顯嚴(yán)重，42天后涂層完全破裂，此時(shí)吻合釘殘余質(zhì)量?jī)H為36.2±4.3%。此外，Mg-MP吻合釘外側(cè)會(huì)優(yōu)先降解，并且整體降解速率會(huì)在后期變快。總的來(lái)說(shuō)，Mg-MP吻合釘?shù)碾p層涂層可以使吻合釘在早期保持良好的耐腐蝕性。

圖3吻合釘體外降解性能，（a）降解形貌，（b）剩余質(zhì)量百分比，（c）局部形貌，（d）電化學(xué)阻抗，（e）單釘抗拉能力，（f）離子釋放量

進(jìn)一步使用Mg-MP吻合釘和臨床使用鈦釘用于24只比格犬的結(jié)腸端-側(cè)吻合，術(shù)后7天觀察到Mg-MP吻合釘?shù)恼w結(jié)構(gòu)，90天后完全降解。12只使用Mg-MP吻合釘?shù)谋雀袢c道組織在術(shù)后90天完全恢復(fù)。Mg-MP釘組和Ti釘組在術(shù)后7天和90天的腸道爆破壓和吻合口直徑無(wú)明顯差異（圖4）。

圖4（a）解剖學(xué)觀察，（b）腸道爆破壓，（c）吻合口直徑

觀察吻合釘周圍腸道組織、臟器組織和腦組織（圖5,6），兩組均無(wú)明顯異常，表明Mg-MP釘組與Ti釘組無(wú)顯著差異。吻合口炎癥反應(yīng)在植入7天后仍然存在，90天后緩解。

圖5（a）腸道組織染色，（b）免疫組化，（c）透射觀察

此外，兩組比格犬在血常規(guī)、肝功能、腎功能、以及臟器離子水平上也均無(wú)顯著差異。

圖6（a）臟器組織和腦組織觀察，（b）血清中離子濃度，（c）血常規(guī)、肝功能和腎功能

Mg-MP吻合釘降解與腸道組織愈合過(guò)程示意圖如圖7所示。在Mg-MP吻合釘植入初期，沒(méi)有涂層覆蓋的吻合釘尖端會(huì)被首先降解。隨后，溶液通過(guò)PLLA涂層導(dǎo)致基體降解，特別是暴露在結(jié)腸液中的變形位置。當(dāng)氫氣或降解產(chǎn)物的生成速率大于基體體積損失時(shí)，PLLA涂層隆起直至破裂失效，同時(shí)，吻合釘被腸道組織包覆。隨著降解的進(jìn)行，液體持續(xù)從PLLA涂層的破裂位置滲透，降解包裹在組織中的部分。最終，Mg-MP吻合釘完全降解。

圖7Mg-MP吻合釘?shù)慕到鈾C(jī)制與腸道愈合過(guò)程

綜上所述，團(tuán)隊(duì)制備了一種用于結(jié)腸吻合術(shù)中的全降解鎂基吻合釘，并在比格犬體內(nèi)對(duì)吻合釘?shù)男阅苓M(jìn)行了評(píng)價(jià)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎂基吻合釘在植入7天后保持整體結(jié)構(gòu)，在植入90天后完全降解。鎂基吻合釘表現(xiàn)出了良好的生物相容性，無(wú)嚴(yán)重炎癥、組織壞死或異常增生等現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)腸吻合口在術(shù)后90天愈合，無(wú)吻合口瘺或吻合口狹窄發(fā)生。12只使用鎂基吻合釘?shù)谋雀袢耆祻?fù)，器官內(nèi)無(wú)元素累積。結(jié)合體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，團(tuán)隊(duì)提出了此種鎂基吻合釘隨結(jié)腸組織愈合過(guò)程的降解機(jī)理。良好的性能使這種鎂基吻合釘成為醫(yī)學(xué)上替代鈦釘用于結(jié)腸重建的理想候選材料。

原文信息

YueZhang#,JianCao#,MengmengLu,YiShao,KeweiJiang,XiaodongYang,XiaoyuXiong,ShanWang,ChenglinChu,FengXue,YingjiangYe*,JingBai*.

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