研究背景及目的:牛颈静脉带瓣血管因其具有天然瓣膜结构、来源易得等优点,近年来被广泛应用于心血管外科中重症先天性心脏病患者右室流出道的重建。目前商业化可获得的普遍应用于临床的是戊二醛(Glut)固定的牛颈静脉,然而,戊二醛固定后的牛颈静脉带瓣血管在体内易钙化,最终影响治疗效果。单宁酸(TA),是一种聚没食子酸葡萄糖(Glc)。在传统Glut固定的基础上增加单宁酸交联处理,单宁酸可与牛颈静脉带瓣血管的蛋白结合,提高牛颈静脉血管的抗降解性并减少体内钙化。虽然目前很多研究提供了牛颈静脉组织中蛋白和单宁酸之间良好相互作用的证据,但这些相互作用的性质和机制尚不清楚;此外,单宁酸-蛋白结合物在与组织中蛋白长期相互作用后表现出部分不稳定性,这可能导致血管移植物长期植入的失败。本文试图从化学角度探究单宁酸与牛颈静脉的交联机制,为进一步优化单宁酸抗钙化过程提供了依据。研究方法:1、使用单宁酸及其他4种与单宁酸结构类似的模式分子,它们分别含有酚羟基、羧基、醇羟基等官能团,对戊二醛固定后的牛颈静脉带瓣血管进行交联。2、交联处理后,使用红外光谱仪对带瓣血管进行检测,检测血管表面官能团的变化。3、热皱缩法和抗酶解性能测定法来评估牛颈静脉血管中蛋白质的稳定性。4、对牛颈静脉的机械性能采用单轴拉伸试验进行测试。5、建立大鼠皮下植入模型,分别于术后21天和60天取出植入的血管片,进行组织化学染色和电感耦合等离子体发射光谱法测定钙含量。6、在根据以上模式分子实验结果推测出的单宁酸交联体系中分别加入不同浓度梯度的尿素进行结果验证。7、在尿素验证实验中,检测交联程度和抗钙化效果。研究结果:1、傅里叶红外光谱结果提示,单宁酸处理组的带瓣血管有大量氢键生成。2、单宁酸处理组的带瓣血管,蛋白质热稳定性最高(p<0.05),胶原蛋白和弹力蛋白酶解率最低(p<0.05),表明蛋白质稳定性最高。3、单轴拉伸试验中,单宁酸组的径向和周向的低弹性模量最大(p<0.001),高弹性模量,径向上单宁酸组最大p<0.05),周向上各组无差异,但均高于新鲜组。4、植入21天和60天的血管片,EVG和Masson染色结果显示,21天时胶原纤维网和弹力纤维网各组结构均保持完好,60天时只有单宁酸组较为连续完整,其他各组不同程度断裂。Von Kossa染色结果和Ca含量测定结果一致,单宁酸组钙化程度最低。5、在单宁酸体系中分别加入0.1 M、0.3 M、0.5 M以及1 M的尿素进行结果验证,随着尿素的加入,傅里叶红外光谱显示带瓣血管中大量氢键被破坏。EVG和Masson染色结果以及酶解结果显示,血管中胶原蛋白和弹力蛋白稳定性下降;皮下植入后,Von Kossa染色结果和Ca含量测定结果提示钙化程度增加。结论:本实验从化学角度出发,对单宁酸与牛颈静脉带瓣血管之间交联作用的机理进行了探索,在模式分子实验中初步揭示了单宁酸通过多酚羟基与牛颈静脉带瓣血管中蛋白质之间形成氢键是其交联作用的主要机理。该结果有助于单宁酸交联作用稳定性的研究,进一步完善牛颈静脉带瓣血管的临床应用。研究背景及目的心血管疾病是威胁人类健康的主要病因之一,全球每年有超过约60万人需要进行各种血管外科手术,其中绝大部分需要运用各种口径的血管替代物(人工血管)。大口径人工血管(内径≥6 mm)因具有良好的通畅率己成功实现商业化并广泛应用临床;小口径人工血管(内径<6mm)在常见的冠状动脉旁路移植术(心脏搭桥)、小儿心血管外科等血管外科中需求广泛,因其易受炎症、血栓形成、内膜增生以及与宿主血管顺应性不匹配等问题,仍未普及应用于临床。临床上目前应用的血管替代物有自体血管、异体血管和人工高分子材料血管。临床主要采用自体血管,但来源有限,并不是所有患者都适合提供移植血管。异体血管包括同种异体和异种血管,但是异体血管都存在免疫排斥等缺点,在临床应用较少。目前临床使用的人工血管材料主要是涤纶(Dacron)、膨化聚四氟乙烯(ePTFE),对高流量的血管替代效果较好,但在小口径血管中,易形成血栓、通畅性差等原因造成使用效果不理想。理想的人工血管要具有良好的组织相容性,抗感染,无血栓形成和低免疫原性;有正常血管的生理功能;具有良好的血管力学性能;无增生、炎症反应形成;植入体内最终完全被自身组织替代。血管组织工程是人工制造理想血管的最佳途径,人工血管特别是小口径人工血管的研究一直是该领域的热点。本文试图将利用原位组织工程方法制造的一种小口径人工血管进行小尾寒羊的在体动物实验,以评估其组织相容性和临床可行性。研究方法小口径仿生血管(人工血管)的成型、研发工作与清华大学生物制造研究所合作进行。1、利用原位组织工程方法制作的小口径仿生血管,在小尾寒羊体内构建颈动脉置换模型,分别将术后1,3,6和12月作为取材节点。2、分别于术前、术后一周以及每月采血,进行血常规和生化全套检查,以判断移植血管对羊身体健康有无影响。3、于置换术后一周以及每月对羊进行血管超声检查,检测组织工程血管置换术前、术后管腔直径、管壁厚度变化,以及通畅情况。4、取材前对羊置换的血管进行血管造影和OCT检查,测定移植血管的通畅率。5、取材后对自体血管和人工血管进行组织染色。HE和Masson三色染色法,观察移植血管结构;免疫荧光染色,检测移楦血管的再生情况。研究结果1、共进行10次小尾寒羊颈动脉置换手术,手术全部成功,2只动物移植满12个月处死,1只于术后6个月血管破裂死亡。2、血常规和生化检查结果未出现异常,显示移植血管对羊身体健康无显著影响。3、血管超声和血管造影结果提示,仿生血管植入羊体内后2月开始,血管管径开始增粗,提示有血管瘤形成。4、HE和Masson三色染色法显示仿生血管楦入3月开始支架材料有少量降解,到12个月时支架材料己大部分降解;免疫荧光结果表明,仿生血管植入3个月开始,有平滑肌和内皮细胞出现。结论本文通过仿生血管的在体实验研究,对仿生血管的生物相容性、长期通畅率和体内再生情况进行了评估。该仿生血管缝合性以及长期通畅性良好,在体内植入后血管材料降解速度快,新生血管再生情况优异,置换血管畅通的实验动物存活时间已达12个月,说明本研究用原位组织工程的方法制造小口径人工血管的方法是值得继续探究的。但是置换后仿生血管易形成血栓,抗凝血性能以及力学性能欠佳,与新生血管的顺应性较差,表明所用的血管支架材料在力学性能和组织相容性方面尚有待提筒,可在后期工艺的改进中完善制备方法以及提尚材料性能。以上为原位组织工程方法制作小口径仿生血管提供了数据上的指导和支持。研究背景及目的心肌细胞缺乏再生能力,心肌梗死、心肌病或炎症等任何原因引起的心肌细胞损伤,均可造成心肌细胞结构和功能的变化,并逐渐发展成心力衰竭。心力衰竭严重威胁人类的健康,由于供体心脏缺乏等原因,使用左心辅助循环装置(LVAD)来进行机械循环支持己成为治疗心力衰竭的重要手段。LVAD临床应用多年,疗效显著,但同样有很多亟待解决的问题,其中LVAD的性能和患者的安全性成为关注焦点,因此泵体设计仍然是LVAD快速发展的迫切需求。心室辅助装置的发展经历了搏动式、连续流和全磁悬浮三种驱动方式,而目前常用的连续流LVAD则通过旋转泵技术实现连续流动。其中轴流式LVAD的轴承设计和轴承润滑状态对性能影响至关重要。不合理的轴承设计将会导致轴颈和轴承的摩擦、红细胞在间隙积聚形成凝块等情况,导致转子在工作时间内的意外停止,给患者的安全带来威胁。轴流式LVAD支撑端轴承的润滑状态将对装置的性能产生很大影响。本文通过对轴流式LVAD轴承润滑膜的液体动力压力分布和红细胞(RBC)流动轨迹的数值模拟分析,为轴承设计提供关键性的参数。分析方法以FW-3型轴流式心室辅助泵作为模型进行研究。采用数值建模的方法,使用商业软件ANSYS-Fluent(ANSYS,Inc.)对支撑端轴承的润滑状态进行初步模拟分析,发现轴流栗轴与轴承的自润滑,与最小膜厚(或轴的偏心率)、平均半径间隙、轴颈直径以及转速有关;综合考虑几种关键性参数,在给定的轴承尺寸和转速的情况下对轴承润滑膜中的液体动力压力分布和RBC流动轨迹进行了数值模拟分析,在此基础上分析几种关键性轴承参数对轴承润滑状态的影响,进而对轴承设计进行优化。分析结果对支撑端轴承润滑状态的模拟分析,发现轴流泵轴与轴承的自润滑与最小膜厚(或轴的偏心率)、平均半径间隙、轴颈直径以及转速有关。对轴承润滑膜中的液体动力压力分布的分析结果表明,轴颈尺寸倾向于更大,以获得较大的(最小膜厚),以避免轴颈和轴承两个粗糙表面的接触,但是轴颈尺寸存在上限,因为增加轴颈尺寸会减小轴承间隙,容易发生接触摩擦;RBC流动轨迹的数值模拟分析,可以确定适当的轴颈尺寸以及偏心率以避免在间隙中夹带滞留RBC,其中最有效的方法是增加dp(轴颈直径),这将减小间隙尺寸和偏心率。结论根据流体动压的计算结果和间隙中RBC的流线分析,轴颈尺寸和最小膜厚(或轴的偏心率)是影响轴承性能的关键参数。在综合考虑负载容量、粗糙表面接触以及RBC是否夹带三种效应的影响,为给定轴承中设计轴颈给出了一个合理的范围,将有助于LVAD使用寿命和工作性能的提升。