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上海交大:可降解鎂合金血管支架重要進展

近日,上海交大輕合金精密成型國家工程研究中心袁廣銀教授課題組在可降解鎂合金血管支架設計方法研究領域取得重要進展,研究成果以“In vivo and in vitro evaluation of a biodegradable magnesium vascular stent designed by shape optimization strategy”為題,發表在生物材料領域權威學術期刊《Biomaterials》上,這是近5年內袁廣銀教授課題組第二篇論文發表在《Biomaterials》上。

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可降解鎂合金支架具有良好的臨床應用前景,通過材料性能、載藥涂層和結構設計的綜合優化設計,可以達到優于生物可吸收聚乳酸支架的效果,甚至進一步取代現有藥物洗脫支架。該研究提出了一種基于有限元方法的形狀優化設計策略,并將其應用于課題組自行研發的材料本身具有均勻降解特性的Mg-Nd-Zn-Zr(JDBM)合金制備的血管支架上,在體外各項力學性能測試和體內降解過程觀察中都取得了符合預期的實驗結果。
該研究通過微區XRD分析和有限元數值仿真證實了壓握過程會在支架中引入大塑性變形,創造性地將壓握變形過程納入到鎂合金血管支架形狀優化中。通過引入凸起平臺結構配合形狀優化,實現了支架壓握狀態下平行、緊湊的支撐桿排布,進而實現了鎂合金支架的各項生物力學性能的最佳匹配。
在隨后的動物實驗中,經過形狀優化的JDBM支架被植入新西蘭大白兔髂動脈,文章根據相關實驗結果對其在體內的生物安全性、對血管壁支撐能力的有效性以及在動物體內的降解行為進行了系統的分析和討論。
該研究提出了一套基于有限元方法的形狀優化策略和全面的數值仿真預測方案,并得到了體內、體外結果的充分證實,為深入研究鎂合金血管支架的變形過程和生物力學性能提供了有效的技術方法和途徑,已經獲得中國發明專利授權并同時申請了美國專利予以保護。

論文共同第一作者為陳晨忻博士,中山醫院陳佳慧博士和米蘭理工大學吳衛博士,通訊作者為袁廣銀教授和意大利米蘭理工大學Francesco Migliavacca教授。上海交通大學為第一完成單位,合作研究團隊成員分別來自復旦大學附屬中山醫院、意大利米蘭理工大學和美國麻省理工學院。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科委基金的資助。

近年來,在丁文江院士的指導下,袁廣銀教授帶領課題組瞄準臨床應用,在全降解鎂合金血管支架材料研發、支架結構設計、載藥涂層、降解機理等方面取得了一系列重要成果,相關工作先后發表于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,形成了國際學術影響力。近期課題組合作企業又傳來了交大鎂合金血管支架的徑向支撐力測試結果達到了國際最高水平的令人振奮的消息。相信不久上海交大研發的具有國際先進水平的全降解鎂合金血管支架必將造福廣大心血管疾病患者!

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