硬嵌段可降解聚碳酸酯基聚氨酯用于靜電紡人造血管

DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01255

作者報道了用于軟組織工程應用的可生物降解的熱塑性聚氨酯，其中常用的羧酸酯降解基序被碳酸鹽部分取代，以實現優異的降解性能。盡管已經報道了在軟嵌段中使用碳酸鹽，但在熱塑性聚氨酯的硬嵌段中使用碳酸鹽卻是前所未有的。軟嵌段由聚（六亞甲基碳酸酯）組成，而硬嵌段則由六亞甲基二異氰酸酯與新合成的可裂解碳酸酯擴鏈劑雙（3-羥基丙烯）碳酸酯（BHPC）結合而成，模仿了聚（三亞甲基碳酸酯）的基序，具有高度降解的特性。同時，利用了分段聚氨酯的機械效應。在BHPC基聚合物中較低的硬嵌段濃度更適合于血管移植。在此過程中，我們發現了非酸性降解產物和硬嵌段依賴性降解速率。在小動物模型中植入BHPC基的電紡可降解人造血管顯示出高通暢率且無動脈瘤形成的跡象。觀察到特定的血管移植物重塑以及極少的炎癥反應跡象。

圖1.用于合成BHPC_211和BHPC_312的組分：六亞甲基二異氰酸酯（HMDI），聚（六亞甲基碳酸酯）和雙（3-羥丙基）碳酸酯（BHPC）的比例為2：1：1和3 ：1：2。 為了進行比較，還列出了參考材料的成分，BHET_211(聚四氫呋喃(PTHF)、HMDI和雙(2-羥乙基)對苯二甲酸乙二醇酯(BHET)的比例為2∶1∶1)和聚氨酯（pTHF、4,4'-亞甲基二苯基二異氰酸酯（MDI）、丁二醇（BDO），比例未知）。

圖2. 合成聚碳酸酯基聚氨酯BHPC_211和BHPC_312（六亞甲基二異氰酸酯可降解的熱塑性聚氨酯彈性體：聚（六亞甲基碳酸酯）：雙（3-羥丙基）碳酸酯的比例分別為2:1:1或 3:1:2）以及最新材料BHET_211（六亞甲基二異氰酸酯可降解的熱塑性聚氨酯彈性體：聚四氫呋喃：對苯二甲酸二（2-羥乙基）酯：雙(2-羥乙基)對苯二甲酸乙二醇酯的比例為2:1:1）和聚氨酯的ATR-FTIR光譜。

圖3. BHPC_211和BHPC_312（分別為HMDI：pHMC：BHPC 2：1：1和3：1：2）與最新的可降解BHET_211（HMDI：pTHF：BHET =2：1：1）和市售的不可降解的聚氨酯進行比較的代表性應力-應變曲線。

圖4. 剩余質量Mresidual和分子量Mw的動態，殘留的聚合物BHPC_211，BHPC_312（分別為HMDI：pHMC：BHPC 2：1：1和3：1：2）和BHET_211（HMDI：pTHF：BHET 2：1： 1）在磷酸鹽緩沖溶液中在90°C下降解時間不斷增加。星號表示由于脆性材料行為而導致樣品丟失的時間點（在這種情況下，從兩個獲得的值得出誤差幅度）。

圖5. BHPC_211（HMDI：pHMC：BHPC 2：1：1）和聚氨酯在不同放大倍數下的SEM圖像（頂部：×350，底部：×3500）。

圖6. BHPC_211預潤濕的電紡環（HMDI：pHMC：BHPC）與電紡的聚氨酯環的拉伸試驗的代表性曲線。

圖7. 血管性血友病因子（vWf）染色的吻合移植部位的內皮細胞層的代表性光學顯微鏡圖像。箭頭指示新內膜處的vWf陽性細胞（左箭頭）和天然血管內膜處的vWf陽性細胞（右箭頭）。

圖8. BHPC_211電紡絲作為腎下導管的體內特性。腎下主動脈移植術后12個月進行數字減影血管造影（G表示移植面積）（A）。再灌注后立即植入（B1）和植入12個月后（B2）的移植物的宏觀圖片。植入12個月后，宿主細胞在移植物中的定位共聚焦圖像（C）。鈣蛋白（C1）和平滑肌肌動蛋白（SMA，C2）和細胞核（C3）的DAPI的免疫熒光染色表明了血管蛋白的共定位。鈣蛋白，SMA和DAPI的組合（M表示新血管的介質，箭頭表示內皮細胞層）（C4）