鎂合金是血管支架應(yīng)用的理想材料，藥物洗脫涂層可以優(yōu)化鎂基底的腐蝕形貌，降低再狹窄的發(fā)生率。本課題將不同分子量的聚三亞甲基碳酸酯 (PTMC)搭載抗增殖藥物紫杉醇（PTX）作為藥物洗脫涂層應(yīng)用于鎂合金表面。PTMC涂層以均勻的層蝕機制降解，為鎂基體提供了長期保護，同時表現(xiàn)出了穩(wěn)定持續(xù)的藥物釋放能力以及良好的生物相容性。

01、研究內(nèi)容簡介

永久性金屬支架是心血管介入治療中最有效的治療選擇之一。然而，它們在血管中的永久存在會導(dǎo)致持續(xù)身體刺激、無法重塑血管、血栓形成、未來成像或冠狀動脈手術(shù)選擇的不利等問題?？缮锝到庵Ъ芸梢钥朔@些缺點，為血管提供足夠但臨時的支撐。鎂及其合金表現(xiàn)出適當?shù)臋C械支撐和在人體中安全降解的能力，因此是可生物降解支架應(yīng)用的有希望的候選者。

鎂合金在生理環(huán)境中的快速降解和由此產(chǎn)生的力學強度快速衰減會導(dǎo)致合金在完成血管重塑之前失去其機械完整性，限制了其臨床應(yīng)用。因此，許多工作致力于通過表面涂層改性提高鎂合金的耐腐蝕性，包括金屬氧化物涂層、氟化物涂層、磷酸鈣涂層和聚合物涂層。由于聚合物涂層可以作為藥物儲庫并且可以用生物分子進一步功能化，因此相較于其他支架涂層材料具有額外的優(yōu)勢。聚 (乳酸-共-乙醇酸) (PLGA)、聚 (L-丙交酯) 酸 (PLLA) 和聚己內(nèi)酯 (PCL)等材料已廣泛用于永久性金屬基藥物洗脫支架。然而，當它們應(yīng)用于鎂合金表面時存在一些無法克服的缺點。它們的酸性降解產(chǎn)物和整體降解行為可能會加速鎂基體的降解速率，降低耐蝕性。此外，鎂基體降解引起的氫氣快速析出可能會導(dǎo)致涂層下形成氣穴，進而引起聚合物碎片從支架上剝離，對臨床使用造成不良后果。

PTMC是一種降解產(chǎn)物為中性，以表面侵蝕降解為特征的高分子聚合物，可以最大限度地減少血液的滲透，從而有利于降解過程中涂層與基材之間的界面結(jié)合。有研究證實，由于表面侵蝕行為，PTMC 可以顯著降低鎂基材的腐蝕。當與含磺基甜菜堿的聚合物 PSB 結(jié)合使用時，雜化聚合物層 (PTMC–NHCO–PSB) 可抑制血小板沉積和平滑肌細胞的粘附。因此，具有中性降解產(chǎn)物和表面侵蝕降解行為的PTMC有望減緩鎂基材的腐蝕并顯示出良好的細胞相容性。

本研究致力于開發(fā)不產(chǎn)生酸性降解產(chǎn)物并適用于血液接觸支架的可降解聚合物涂層。在此，我們報告了一種具有表面侵蝕行為的PTMC涂層，以改善鎂基體的腐蝕性能。通過氟化物和硅烷預(yù)處理提高鎂基體的耐腐蝕性和聚合物涂層的附著強度，對比不同分子量的 PTMC 涂層對鎂合金降解行為、細胞相容性和血液相容性的影響。此外，傳統(tǒng)的抗增殖藥物紫杉醇被摻入到PTMC涂層中，通過測定其對平滑肌細胞增殖的影響評價了其藥物釋放行為和生物活性。

Fig. 1 Surface morphologies of PTMC coated magnesium alloys (a) and (b) the cross-sectional morphology of (a), (c) FTIR spectra and (d) the bonding strength of PTMC coatings.

實驗結(jié)果表明，PTMC涂層均勻包裹基體，厚度約為 5μm，經(jīng)等離子體和硅烷預(yù)處理后涂層具有更好的結(jié)合力，結(jié)合強度較對照組提高了 21.5% (圖1)。與PLGA涂層相比，PTMC 涂層樣品的陽極極化電流與析氫速率顯著降低。腐蝕20d后，PLGA涂層表面形成超過 300 μm的腐蝕坑，HF預(yù) 處理和 PTMC5 涂層表面也可見明顯的腐蝕坑，形成直徑約100 μm的腐蝕坑，而PTMC35 涂層即使經(jīng)過 20d的腐蝕，能為基體提供持續(xù)的保護，并在第 20d時保持涂層完整（如圖2）。為了表征PTMC涂層的表面侵蝕降解行為，在含有脂肪酶的Hank’s溶液中進行加速降解實驗。隨著浸泡時間延長，PTMC 涂層外表面變得粗糙并且涂層厚度均勻變薄。隨著涂層的侵蝕，沒有觀察到涂層的脫落和鎂基體的腐蝕(圖3a-d)。藥物釋放曲線表明PTMC涂層樣品在前期表現(xiàn)為PTX的突然釋放，此后，藥物釋放持續(xù)緩慢，20d內(nèi)累積釋放百分比約為30%。而PLGA 涂層樣品前期釋放緩慢，隨后出現(xiàn)藥物的加速釋放，20d內(nèi)累積藥物釋放量達到 60%以上(圖3e)。

Fig. 2 Potentiodynamic polarization plots of PTMC and PLGA coated samples and the calculated electrochemical parameters are presented in the inset table (a); hydrogen evolution behaviors (b) and corrosion morphologies (c) of PTMC and PLGA coated samples.

Fig. 3 The surface erosion of PTMC coating: cross-sectional morphologies of PTMC35 coated samples after (a) 0 h, (b) 48 h, (c) 96 h, and (d) 144 h corrosion; drug release profiles of PTMC and PLGA coated samples with paclitaxel (e).

生物相容性實驗表明，PTMC涂層具有較好的血液相容性和細胞相容性。如圖4， PTMC 涂層僅見少量血小板粘附，且呈現(xiàn)未激發(fā)的圓形，溶血率低于5%。間接和直接細胞實驗結(jié)果表明，PTMC35涂層對HUVSMC細胞無毒性，PTX釋放后能夠有效抑制HUVSMC粘附和增殖（圖5）。

Fig. 4 (a) Representative morphologies of adherent platelets on the surface of PTMC and PLGA coated samples, (b) the number of platelets assembled on different coating surfaces and (c) hemolysis percentage.

Fig. 5 (a) Cell viability, (b) quantitative analysis and (c) morphologies of HAVSMCs on the surface of PTMC and PLGA coated samples with or without the paclitaxel releasement. *P < 0.05 and **P < 0.01.

Fig. 6 Schematic illustration of the erosion models and drug release for (a) PLGA coated and (b) PTMC35 coated samples.

綜上所述，我們在鎂合金上開發(fā)了不同分子量的PTMC涂層，并研究了其作為藥物洗脫涂層應(yīng)用于支架的可行性。高分子量PTMC35涂層能為基體提供了持久的保護。同時PTMC涂層表現(xiàn)出表面侵蝕降解行為，比整體降解PLGA涂層更穩(wěn)定和持續(xù)地釋放紫杉醇，有效抑制HUVSMC的增殖。進一步，PTMC涂層良好的血液相容性符合臨床使用要求(<5%)。PTMC35涂層具有表面侵蝕、藥物釋放穩(wěn)定、生物相容性好等特點，有望作為鎂基支架藥物洗脫涂層的候選材料。