蘭大二院周棟團隊在4D打印形狀記憶聚合物研發(fā)領域取得重要進展
近日，蘭州大學第二醫(yī)院周棟團隊、中國科學院蘭州化物所張耀明團隊共同完成的研究成果《4D printing of shape memory inferior vena cava filters based on copolymer of poly(glycerol sebacate) acrylate-co-hydroxyethyl methacrylate (PGSA-HEMA)》發(fā)表于期刊《Materials & Design》（中科院1區(qū)Top期刊，IF=9.417）。論文第一作者為蘭州大學第二醫(yī)院血管外科醫(yī)師屈睿升，共同通訊作者為周棟副教授和王齊華研究員、張耀明研究員。該成果在線發(fā)表后，引起了國內外智能材料界和生物醫(yī)療行業(yè)的高度關注和廣泛興趣，為靜脈血栓栓塞癥的血管腔內治療提供了新思路，也對新型血管腔內移植物的研發(fā)產生了有力推動作用。
下腔靜脈濾器（IVCF）作為一種可預防致命性肺栓塞的血管內植入裝置，長期留置體內可導致一系列嚴重并發(fā)癥。本研究基于4D打印技術，以生物可降解形狀記憶聚合物（SMP）為材料，設計研發(fā)一種新型可變形、可降解、可轉換的IVCF，以實現(xiàn)SMP 在生物醫(yī)學領域的適用性。
4D打印形狀記憶IVCF微創(chuàng)治療PE的設計示意圖
研究通過將生物相容性良好和可降解的聚癸二酸甘油酯（PGS）與甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）結合得到了新型SMP，PGSA和PHEMA共混物的光交聯(lián)允許其適配于數(shù)字光處理（DLP）打印模式以快速批量化個性定制各種精細結構。通過調節(jié)PGSA/PHEMA的比例可提高SMP的力學性能以及形狀記憶性能，并且其轉變溫度（Tr）可調節(jié)為37.8°C以適合人體溫度。同時，PGSA-PHEMA表現(xiàn)出優(yōu)異的細胞相容性、對血小板粘附的抵抗力和低溶血率（<1%）。
DLP批量定制形狀記憶IVCF
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體內組織相容性實驗結果
該研究探索了DLP 打印IVCF的臨床可行性。形狀記憶IVCF可通過輸送鞘管進行微創(chuàng)部署，并在溫水刺激下恢復到初始設計的過濾器形狀，完全捕獲直徑5mm以上的血栓。此外，生物降解的結果表明，SMP在降解的同時，可以在體內執(zhí)行至少12周的移植物功能。
本論文是蘭大二院團隊和中國科學院蘭州化學物理研究所合作進行的材料學和臨床醫(yī)學交叉領域的成果，基于4D打印和形狀記憶聚合物研發(fā)新型血管腔內移植物，為血管腔內治療開辟了新前景。近期相關研究成果以“4D Printing of Shape Memory Vascular Stent Based on beta CD-g-Polycaprolactone”和“A Biocompatible 4D Printing Shape Memory Polymer as Emerging Strategy for Fabrication of Deployable Medical Devices”為題發(fā)表于《Macromolecular Rapid Communication》（中科院一區(qū) ），并獲得國家發(fā)明專利4項，榮獲甘肅省首屆博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎、第一屆全國博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽銅獎，相關成果得到國內外專家學者的認可。
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https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111556