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可降解支架的临床进展、目前存在问题和未来发展方向

发布日期:2015-02-04收藏

作者:钱菊英
    
      1977年9月,Gruentzig医师完成第一例经皮冠脉成形术(PTCA),开创了介入心脏病学的新纪元。自此该学科蓬勃发展,先后经历了PTCA时代、裸金属支架(BMS)时代和药物洗脱支架(DES)时代。虽然目前临床广泛使用的DES成功解决了PTCA术后急性血管闭塞和BMS术后再狭窄的问题,但DES仍不是最完美的支架。DES表面涂覆的抗增殖药物一方面抑制了血管平滑肌增生,另一方面却延缓了血管内皮修复。此外,永久存在于血管中的金属植入物可能导致血管壁炎症,并限制血管正常的舒缩活动。2006年欧洲心脏病学年会报道的BASKET-LATE研究使人们认识到了晚期支架内血栓(ST)这种与DES相关的可怕并发症。为降低晚期ST的发生率,研究者对冠脉支架作了多种改良。试验表明支架术后6~9个月血管重构即已完成,因此从理论上来讲,永久的血管支撑物是没有必要的。完全可降解支架即基于这种理念进行设计,支架在植入后即刻可支撑病变血管,待血管负性重构完成后即完全降解。可降解支架的优势在于支架降解后能完成金属支架不能完成的任务,如恢复血管正常的生理功能、缓解血管壁炎症、不会禁锢边支血管、可在同一病变部位反复介入治疗以及与磁共振检查兼容等,此外长期随访尚可发现晚期管腔扩大现象。目前用于制作可降解冠脉支架的材料主要是聚合物(聚乳酸)和金属(镁、铁)。前者制造工艺比较成熟,而后者因降解速度、炎症反应等问题尚难以在临床广泛使用。现在全球范围内已开展临床研究的可降解支架包括Igaki-Tamai支架(IgakiMedical,Japan)、Abbott BVS(Abbott Vascular,US)、ART18Z支架(ART,France)、REVA支架和ReZolve支架(Reva Medical,US)、DESolve支架(Elixir,US)、Ideal支架(XenogenicsCorp,US)、XINSORB支架(上海微特生物技术有限公司,中国)和DREAMS支架(Biotronik,Germany)。本文对可降解支架的临床进展、目前存在问题以及未来发展方向作一综述。 
一、可降解支架目前存在的问题 
      可降解支架(主要指Abbott BVS)以其卓越的疗效和良好的安全性,已初步具备了取代目前临床广泛使用的金属DES的潜力,甚至被誉为介入心脏病学史上的第四次革命性进展,成为目前较为流行的血管修复治疗的主要执行者之一。但与其前辈一样,可降解支架仍非完美,受制于机械性能、支架厚度、降解速度、炎症反应、药物洗脱速度等因素,因此仍有进一步改进的空间。聚乳酸尽管具有良好的生物相容性,但降解后的乳酸会刺激局部血管引起炎症反应,且降解后的聚乳酸片段分子量越大,引起的炎症反应越强,而炎症反应则已被证实与再狭窄和支架血栓有关。因此未来仍需寻找一种理想的降解物质,既不会引起内膜炎症或增生,降解产物亦对人体无害,从根本上解决支架植入后与血管内皮的排异反应。  
     与钴铬合金或不锈钢相比,聚合物机械性能天生不足,其弹性模量较金属低100倍,镁合金则较钴铬合金低5倍,而弹性模量大小与径向支撑力密切相关。因此聚合物支架或镁合金支架如要提供与钴铬合金支架相同的支撑力,其厚度需分别较后者大240%和50%。然而即使增加了支架厚度,也不等于改善了径向支撑力。Abbott BVS1.0和AMS1.0均在临床研究中出现了较严重的弹性回缩,导致晚期管腔丢失明显偏大。由于可降解支架明显厚于钴铬合金支架,导致其通过外径较大,从而降低了通过性能,严重扭曲、钙化病变可能限制了可降解支架的应用。此外,可降解支架弹性模量较低,支架断裂也是其潜在缺陷之一。PLLA和镁合金断裂应变量分别为1%~5%和2%,而相同弹性模量的钴铬合金则高达40%,断裂应变量越低,在承受相同应力的时候越容易断裂。合适的降解速度也对可降解支架性能至关重要。材料内在特性及植入处内环境状态是决定降解速度的两个主要因素。目前研究表明,支架植入后6个月血管负性重构基本完成,因此要求可降解支架应至少能维持6个月的支撑,目前可降解支架降解周期通常都长达2年以上。如支架降解过快,则面临严重弹性回缩和晚期管腔丢失的问题。但若支架长期存在体内,反而容易引发血管炎症和再狭窄。可降解支架到底需要多长的降解周期目前尚无明确结论,而目前聚合物支架降解速度较慢、镁合金支架降解速度过快,都是支架材料领域面临的问题,也是研究的重点。此外,支架完全降解后血管到底如何修复,什么机制参与了血管修复目前仍然未知,需要大量的动物试验和临床试验来探索。药物洗脱速度是影响可降解支架疗效的又一重要因素。早期的Ideal支架因载药量过低、洗脱速度过快而导致较大的晚期管腔丢失。然而目前研究者在金属DES载药量和洗脱速度方面的经验已相当丰富,未来可以通过不断改善药物释放系统及增大载药量来解决这一问题,并且可以深入探究药物洗脱和支架完全降解之间的关系,建立起完善的可降解支架系统。此外,不同的药物作用不同,未来可将不同的抗增殖药物负载于支架上进行比较,选择出抗增殖效果好,完全洗脱时间又能和支架完全降解时间相匹配的药物,甚至可根据患者对药物的反应选择最适合的药物,这一方面还有待大量试验加以证明和完善。 
      聚合物或镁合金本身的特性也限制了可降解支架在介入中的使用。前文已提到可降解支架较厚、弹性模量和断裂应变量较低,影响了支架的通过性能,严重扭曲、钙化病变限制了可降解支架的使用,且与金属支架相比可降解支架更易于断裂,因此临床实践过程中通常严格限制可降解支架植入后的后扩张。目前使用的PLA支架和镁合金支架,可视性较差或透视下不可见,通常需要在支架两端加入不透X线的标记才能指示支架在血管中的位置,增加了随访时定位支架的难度。尽管目前可降解PLA支架已用于处理包括左主干、慢性完全闭塞、钙化、小血管等在内的各种复杂病变,但分叉病变仍然是可降解支架不能承受之重。可降解支架无法像金属DES那样行CRUSH术或CULOTTE术,一旦可降解支架植入后边支血流受影响,扩张支架侧孔必然会导致支架变形且无法像金属支架那样通过球囊对吻扩张修复,限制了可降解支架在分叉病变中的使用。 
二、未来的展望和发展方向 
      可降解支架具有良好的疗效和安全性,适用于血管修复治疗,尽管仍有瑕疵,但仍代表了冠脉介入治疗的发展方向。未来仍需寻找合适的材料克服目前可降解支架的不足。理想的用作可降解支架骨架的材料需满足如下条件:1. 良好的生物相容性、降解产物对人体无害、不引起炎症反应;2. 有足够的机械性能、良好的径向支撑力和输送性能;3. 适当的降解过程以利于血管修复。尽管条件苛刻,但目前已有多种化合物进入研究者视线,如酪氨酸衍生的聚碳酸酯、水杨酸基聚酐和聚氨酯化合物等。这些物质可改进支架的机械性能,降解产物无害甚至有治疗作用。 
     可降解支架的厚度也是当前研究重点。较厚的支架增加了通过外径,降低了支架的通过性能,也与再狭窄有关。目前包括美国雅培公司、上海微特生物技术有限公司在内的可降解支架生产商都致力于在不降低甚至提高支架机械性能的前提下降低支架厚度,改善支架的通过性能,并都已经有初步的设计,相信不久的将来能见到新一代可降解支架出现。 
     此外,目前指南推荐DES术后必须使用至少12个月的双联抗血小板治疗,由此带来出血风险并增加了治疗费用。如果可降解支架能利用其降解优势缩短抗血小板药物的疗程,则是其针对DES的另一优势,未来应设计相关的临床研究进行探索。当前可降解支架仍多用于治疗冠脉简单病变,金属DES看起来仍是不可动摇的霸主,如需彻底取代金属DES的地位,可降解支架必须进一步改进自身性能并证明在现实世界中的疗效和安全性。