心腦血管疾病已成為威脅人類健康的頭號(hào)殺手，每年有1770萬人死于心血管疾病，預(yù)計(jì)到2030年這一數(shù)字將增加到2360萬，遠(yuǎn)高于癌癥和其他疾病。如何開展積極可靠的心血管疾病治療已成為亟待解決的全球性問題。目前，用于心血管疾病治療的微創(chuàng)介入生物材料和器械，已成為治療心血管疾病最有效的手段之一。四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長(zhǎng)和國(guó)家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任王云兵教授在《Advanced Materials》上發(fā)表題為Development of Innovative Biomaterials and Devices for the Treatment of Cardiovascular Diseases的文章，詳細(xì)介紹了用于心血管疾病治療的心血管支架、人工心臟瓣膜、心臟封堵器和抗心衰可注射水凝膠等系列創(chuàng)新生物材料和器械的研究進(jìn)展和成果。

血管支架植入術(shù)已成為治療冠心病最有效的手段之一。傳統(tǒng)的支架產(chǎn)品為非降解的金屬基藥物涂層支架，支架的永久存留易導(dǎo)致血管再狹窄及晚期血栓等不良事件發(fā)生。全降解血管支架在完成血管重建后可被逐步降解吸收，有望從根本上解決傳統(tǒng)金屬支架永久留存帶來的并發(fā)癥等。然而目前的全降解支架依然沿用傳統(tǒng)的藥物涂層設(shè)計(jì)理念，支架在抗增生的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮愈合延遲，進(jìn)而影響血管組織修復(fù)進(jìn)程。王云兵教授團(tuán)隊(duì)近年來開發(fā)了系列新型的血管支架仿生涂層技術(shù)，特別是定制化重組III型人源化膠原蛋白仿生涂層，其避免了傳統(tǒng)膠原與血小板的凝血結(jié)合位點(diǎn)，顛覆性的將傳統(tǒng)觀念中促凝血性能良好的膠原材料變成了抗凝血性能優(yōu)異的新型定制化膠原材料。同時(shí)很好地保留了傳統(tǒng)膠原材料對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)的良好親和力，可選擇性調(diào)控血管表層內(nèi)皮細(xì)胞與中層平滑肌細(xì)胞的生長(zhǎng)及表型，在抑制新生內(nèi)膜過度增生同時(shí)，有效促進(jìn)血管內(nèi)皮快速愈合。

圖2 一種全新的定制化抗凝重組III型人源化膠原蛋白血管支架仿生涂層

瓣膜置換是治療重度心臟瓣膜類疾病的最佳方案之一，但傳統(tǒng)的開胸手術(shù)瓣膜置換風(fēng)險(xiǎn)高，手術(shù)創(chuàng)傷大，病人術(shù)后恢復(fù)慢，約有三分之一的患者不能耐受此類手術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，瓣膜置換手術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)已由外科開胸手術(shù)向微創(chuàng)介入手術(shù)轉(zhuǎn)變，與傳統(tǒng)外科瓣膜置換的高風(fēng)險(xiǎn)相比，經(jīng)導(dǎo)管瓣膜置入術(shù)具有減少創(chuàng)傷、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，為重度主動(dòng)脈瓣狹窄以及關(guān)閉不全患者，特別是不能開胸手術(shù)的患者，帶來了新的希望。生物瓣膜因其優(yōu)越的血流動(dòng)力學(xué)性能已成為介入瓣膜的首選。到目前為止，幾乎所有的商業(yè)生物瓣膜均由戊二醛處理的異種組織制備，其在臨床應(yīng)用中表現(xiàn)出較為滿意的性能。然而，戊二醛交聯(lián)瓣膜其固有的鈣化、血栓形成風(fēng)險(xiǎn)、免疫排斥反應(yīng)和內(nèi)皮化困難等缺點(diǎn)導(dǎo)致其使用壽命較短（10-15年）。王云兵教授團(tuán)隊(duì)近年來開發(fā)出了新型非戊二醛雙鍵交聯(lián)（double bond crosslinking）策略，在此技術(shù)平臺(tái)上開發(fā)出系列性能優(yōu)異的非戊二醛交聯(lián)的生物瓣膜材料，在實(shí)現(xiàn)生物瓣膜優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，大幅降低其鈣化、凝血和炎癥反應(yīng)，并顯著增強(qiáng)其內(nèi)皮化性能，延長(zhǎng)瓣膜使用壽命，有望成為下一代人工心臟瓣膜材料。

圖3 一種新型雙鍵交聯(lián)非戊二醛生物瓣膜材料

中國(guó)是先心病（先天性心臟病）大國(guó)，每年出生的新生兒中接近1%患有先心病。最常見的先天性心臟病包括房間隔缺損、室間隔缺損、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉等，表現(xiàn)為位于心房、心室或血管壁上的孔洞。微創(chuàng)介入封堵器已成為最常見的先心病治療方式。傳統(tǒng)用于先心病治療的微創(chuàng)介入封堵器一般由鎳鈦合金材料制備，這類封堵器植入人體后永久存留，有可能引起磨損、傳導(dǎo)阻滯等各種遠(yuǎn)期并發(fā)癥，而全降解封堵器可有效避免鎳鈦合金封堵器的上述不足。王云兵教授團(tuán)隊(duì)與樂普心泰醫(yī)療和阜外醫(yī)院潘湘斌教授團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了全降解先心封堵器，于2022年2月獲國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)，成為世界上第一個(gè)獲批大規(guī)模臨床使用的全降解心臟封堵器。其在植入后3個(gè)月內(nèi)被新生組織覆蓋，1年后被人體吸收，實(shí)現(xiàn)了封堵器動(dòng)態(tài)力學(xué)支撐及降解性能與組織修復(fù)良好匹配和心臟缺損部位組織的修復(fù)再生，避免了傳統(tǒng)金屬封堵器植入后永久存留于兒童體內(nèi)可能帶來的遠(yuǎn)期并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。

圖4全降解心臟封堵器

心力衰竭（心衰）是冠心病、擴(kuò)張型心肌病、風(fēng)濕性心臟病、心肌炎等多種心臟病的終末期表現(xiàn)。盡管在過去的幾十年中心衰患者的治療取得了一定的進(jìn)展，但心衰患者的死亡率仍然很高。為進(jìn)一步降低心衰患者的死亡率，提高患者的生活質(zhì)量，近年來，各種可注射水凝膠、心肌補(bǔ)片等新的心衰技術(shù)逐步被開發(fā)。值得一提的是，可注射水凝膠技術(shù)作為一種經(jīng)導(dǎo)管微創(chuàng)介入技術(shù)，具有手術(shù)操作簡(jiǎn)單、創(chuàng)傷小、對(duì)心功能恢復(fù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)具有優(yōu)異力學(xué)支撐和促進(jìn)組織修復(fù)等性能的微創(chuàng)介入抗心衰水凝膠材料已成為未來的重點(diǎn)研究方向之一。

創(chuàng)新生物材料和器械研究為各種心血管疾病的治療提供了有力的解決方案。心血管生物材料與器械的發(fā)展是一個(gè)涉及材料、機(jī)械、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，新材料的出現(xiàn)，相關(guān)臨床新技術(shù)的誕生和臨床外科技術(shù)的進(jìn)步，都將推動(dòng)創(chuàng)新型心血管醫(yī)療器械的產(chǎn)生和發(fā)展。展望未來，王云兵教授在文章中指出，心血管生物材料和器械的未來研究應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：1）具有組織再生功能的可吸收心血管支架和心臟封堵器；2）具有生物安全性和耐久性的人工心臟瓣膜；3）用于心衰治療的組織再生微創(chuàng)介入水凝膠。隨著新型心血管材料和器械的發(fā)展和性能提高，更先進(jìn)的治療方案將為心血管患者帶來新的希望。