新型生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架的構(gòu)建及性能評估

王忠新，譚海頌，曹 磊，許永德，李 鋼，符偉軍，王曉雄

（1.中國人民解放軍總醫(yī)院海南分院泌尿外科，海南 三亞 572014；2.中國人民解放軍總醫(yī)院泌尿外科，北京 100853；3.中國人民解放軍第309醫(yī)院泌尿外科，北京 100091）

新型生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架的構(gòu)建及性能評估

王忠新1，2，譚海頌2，曹 磊2，許永德2，李 鋼3，符偉軍1，2，王曉雄2

（1.中國人民解放軍總醫(yī)院海南分院泌尿外科，海南 三亞 572014；2.中國人民解放軍總醫(yī)院泌尿外科，北京 100853；3.中國人民解放軍第309醫(yī)院泌尿外科，北京 100091）

目的 構(gòu)建一種新型生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架并評估其機(jī)械性能及藥物釋放特性。方法 采用聚乳酸為原料，將其溶于氯仿后加入雷帕霉素粉末，通過溶液揮發(fā)法構(gòu)建螺旋形生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架。通過萬能壓力機(jī)檢測新型生物可降解雷帕霉素輸尿管支架力學(xué)性能，并分別在3周、6周、9周和12周時通過色譜分析儀評估其藥物釋放特性。結(jié)果 成功構(gòu)建的生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架，長度為50 mm，內(nèi)徑為0.8 mm，外徑1.4 mm，厚度為200 μm，帶寬為1 mm。支架不僅具有良好的力學(xué)性能，并可有效持續(xù)釋放藥物，支架平均雷帕霉素含量為2 755 μg，3周后支架平均含藥量為2 670 μg，6周后支架平均含藥量為2 533 μg，9周后支架平均含藥量為1 541 μg，12周后支架平均含藥量為744 μg。結(jié)論 構(gòu)建的生物可降解雷帕霉素藥物洗脫輸尿管支架具有良好的機(jī)械性能，可有效釋放藥物，有望為輸尿管損傷或狹窄的治療提供一種新的簡單有效的材料和方法。

生物可降解；藥物洗脫支架；輸尿管支架

1978年，現(xiàn)代化的雙豬尾支架被Finney首次報道，隨后各種類型的輸尿管支架廣泛應(yīng)用于泌尿外科多個領(lǐng)域[1]。輸尿管損傷或狹窄可能會造成損傷側(cè)上尿路的梗阻，從而導(dǎo)致腎積水及腎功能受損等一系列并發(fā)癥發(fā)生。輸尿管支架廣泛應(yīng)用于輸尿管損傷或狹窄治療中，其可用來恢復(fù)并維持上尿路的通暢引流。雙J管是目前臨床上應(yīng)用最廣泛的一種輸尿管支架類型，它可有效維持尿路通暢引流。但隨著輸尿管支架的廣泛應(yīng)用，支架相關(guān)的一些并發(fā)癥，如腰背痛、血尿、尿頻、尿急以及膀胱輸尿管返流、支架移位、被覆皮殼、尿路感染甚至上皮細(xì)胞增生和纖維化導(dǎo)致再狹窄等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，已成為制約支架進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素[2-3]。

為了盡可能地避免這些支架相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生，各種類型的材料被嘗試用于構(gòu)建輸尿管支架，包括生物可降解材料、各種涂層材料及藥物緩釋材料等。藥物緩釋支架技術(shù)近來取得了顯著的進(jìn)展，有望顯著降低支架相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率[4]。因此，本研究在前期成功構(gòu)建的單純生物可降解輸尿管支架基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討生物可降解藥物洗脫輸尿管支架的構(gòu)建，期望為輸尿管損傷和狹窄的治療提供一種新的材料，不僅可有效恢復(fù)并維持輸尿管管腔通暢，還能顯著降低支架相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。

1 材料與方法

1.1 新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架制備 將黏度分子量為15×104g/mol的左旋聚乳酸(L-polylactic acid，PLLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)按2:1的比例混合后，聚乳酸混合物溶于氯仿，配制成2%(g/ml)的溶液，加入雷帕霉素純品粉末。攪拌24 h后，將懸濁液按照1 ml/cm3的比例傾倒在玻璃模具中，在23℃～28℃、相對濕度20%的條件下?lián)]發(fā)形成薄膜，薄膜被進(jìn)一步塑形成約1 mm寬度帶狀結(jié)構(gòu)，再將其纏繞定形為螺旋型結(jié)構(gòu)。后放入真空烘箱，65℃干燥21 d，包裝后60Co滅菌，備用。

1.2 新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架的力學(xué)性能測定 調(diào)定萬能壓力機(jī)(INSTRON)，以10 mm/min的加壓速度，勻速壓縮螺旋形支架。當(dāng)被測試支架管壓縮形變達(dá)到25%時，測量所得壓力為支架側(cè)壓25%變形時的力，測量3次，取平均值。

1.3 藥物洗脫支架有效藥物釋放量測定 將12根生物可降解雷帕霉素輸尿管支架隨機(jī)分為三組，每組4根。在3周、6周、9周、12周時，分別從三組中各選取一根支架測定其有效藥物釋放量。將雷帕霉素藥物洗脫支架放于離心管中，用足量氯仿溶解。開口通風(fēng)干燥72 h使氯仿完全揮發(fā)，用甲醇20 ml完全溶解離心管中的雷帕霉素。標(biāo)準(zhǔn)品用甲醇溶解成10μg/ml。使用HPLC(Aglient l100，Agilent Technologies)色譜分析儀檢測支架的藥物釋放情況。HPLC檢測條件：色譜柱，Alltech C18反相性；流動相，乙腈：水=60:40；檢測波長，278 nm；恒溫箱，30℃；流速，l.2 ml/min。進(jìn)樣量：標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)樣10μl，測試樣品進(jìn)樣10μl。計(jì)算公式：支架載藥量(μg)=200×樣品檢測值/標(biāo)準(zhǔn)品檢測值。取3次測試的平均值為支架藏藥量。

2 結(jié)果

2.1 生物可降解藥物洗脫輸尿管支架的構(gòu)建 制備的新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架長度為50 mm，外徑為1.4 mm，內(nèi)徑為0.8 mm，厚度為200μm，帶寬1 mm(圖1)。

圖1 新型生物可降解雷帕霉素輸尿管支架實(shí)物圖及示意圖

2.2 生物可降解藥物洗脫輸尿管支架的力學(xué)性能測定結(jié)果 新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架管發(fā)生25%形變時，需要的平均載荷壓力為174 N(見圖2)。

圖2 新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架3次25%形變時的載荷壓力

2.3 支架有效藥物釋放量測定結(jié)果 采用HPLC(Aglient 1100)色譜分析儀檢測支架含藥量，測試的平均值見圖3～圖8。新型生物可降解藥物洗脫輸尿管支架含有雷帕霉素2 755μg，3周后支架含藥量為2 670μg，6周后支架含藥量為2 533μg，9周后支架含藥量為1 541 ug，12周后支架含藥量為744μg。可見，生物可降解雷帕霉素藥物輸尿管支架成功構(gòu)建，支架可有效釋放藥物，早期藥物釋放平緩，后期快速釋放。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測圖

圖4 測試樣品檢測圖：雷帕霉素含量為2 755 μg

圖5 3周時測試樣品檢測圖：雷帕霉素含量為2 670 μg

圖6 6周時測試樣品檢測圖：雷帕霉素含量為2 533 μg

圖7 9周時測試樣品檢測圖：雷帕霉素含量為1 541 μg

圖8 12周時測試樣品檢測圖：雷帕霉素含量為744 μg

3 討論

各種類型的輸尿管支架目前已被廣泛用于輸尿管損傷或狹窄的治療中，因?yàn)闊o論輸尿管管腔阻塞是由于外源性因素還是內(nèi)源性因素導(dǎo)致，支架都是一種最簡單的恢復(fù)并維持腎盂輸尿管通暢引流的微創(chuàng)手段。但前期研究表明局部尿路上皮增生是支架植入后最主要的問題，支架植入后的長期慢性刺激會影響到輸尿管的尿路上皮、黏膜層及肌肉層，嚴(yán)重制約支架的長期應(yīng)用。隨著生物材料和組織工程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，心血管領(lǐng)域應(yīng)用的支架很好地將藥物緩釋與各種涂層技術(shù)結(jié)合在一起，試圖來預(yù)防心血管支架最常見的并發(fā)癥，即內(nèi)皮增生和再狹窄的發(fā)生，并表現(xiàn)出不錯的應(yīng)用前景[5]。但目前關(guān)于生物可降解藥物輸尿管支架的研究仍處于嘗試階段，因此本研究擬探討一種新型生物可降解雷帕霉素輸尿管支架的構(gòu)建，進(jìn)而評估其力學(xué)性能和藥物釋放特性。

藥物緩釋支架通常由支架平臺、藥物載體和荷載藥物三部分組成[6]。支架平臺和藥物載體在實(shí)現(xiàn)藥物可控釋放的同時，也可能會誘導(dǎo)機(jī)體促炎癥反應(yīng)，因此需要探索生物相容性更佳的材料來構(gòu)建支架平臺和藥物載體。完全生物可降解聚合物材料，比如聚乳酸(PLA)和聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)，在機(jī)體內(nèi)最終都可降解代謝為二氧化碳和水，具有很好的生物相容性。本研究中構(gòu)建的新型藥物洗脫輸尿管支架，其支架平臺和藥物載體采用的材料均為聚乳酸。聚乳酸廣泛分布在自然界中，因其有不對稱取代的碳原子，因而以左旋聚乳酸(L)和消旋聚乳酸(D)兩種對映異構(gòu)體形式存在。PLLA是半結(jié)晶性，其力學(xué)強(qiáng)度大，而PDLLA為無定形形態(tài)，其力學(xué)強(qiáng)度低，因而這兩種異構(gòu)體在降解速度上有明顯差異[7]。本研究中支架構(gòu)建所采用的材料為PLLA和PDLLA的共聚物，其物理特性取決于這兩種異構(gòu)體形態(tài)的相對含量。隨著PDLLA含量的增加，這種共聚物材料的無定形部分和降解速度也會隨之增加。生物可降解聚合物聚乳酸(PLA)已被證實(shí)具有很好的生物相容性，它被用于制作縫合材料已經(jīng)30多年[8]。本研究中構(gòu)建的新型生物可降解藥物輸尿管支架是以PLLA和PDLLA按比例混合作為原材料，這樣不僅保證了支架的機(jī)械強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)對輸尿管腔的有效支撐作用，同時調(diào)控了支架的降解速度。

多種活性藥物被作為荷載藥物來構(gòu)建藥物緩釋支架，包括紫杉醇和雷帕霉素等。雷帕霉素是一種大環(huán)內(nèi)酯類免疫抑制劑，能阻斷細(xì)胞由G1期向S期轉(zhuǎn)化，從而抑制細(xì)胞增殖和遷移，使細(xì)胞靜止在增殖周期的早期階段但并不破壞細(xì)胞。這些特點(diǎn)使得雷帕霉素能成為一種較為理想的支架荷載藥物。一個理想的藥物緩釋支架，其藥物釋放動力學(xué)應(yīng)與再狹窄形成過程相一致，因此，一個可控的藥物釋放系統(tǒng)是藥物緩釋支架構(gòu)建過程中的重要組成部分。目前常用的可控給藥系統(tǒng)包括擴(kuò)散控制或聚合物降解和滲透壓控制或離子交換等?；谥Ъ艿慕o藥方法也有很多種，主要包括非聚合物藥物涂層、藥物共價附著(交聯(lián)劑)、聚合物涂層藥物浸泡、非吸收性或吸收性的聚合物載體[9]。采用生物可吸收性聚合物作為載體來運(yùn)載藥物通?？色@得最佳的和持續(xù)的藥物釋放。將活性藥物摻和到生物可降解藥物載體基質(zhì)聚合物中，實(shí)現(xiàn)將藥物裝載到支架上。生物可降解聚合物交聯(lián)的程度提供了調(diào)控藥物釋放速度的一種方法。生物可降解載體基質(zhì)形成互聯(lián)孔隙，便于藥物微小顆粒的溶解，實(shí)現(xiàn)藥物從聚合物上可控的釋放[10]。生物可降解聚合物降解的同時釋放藥物，而聚合物的降解物最終通過代謝途徑排出機(jī)體[11]。支架的降解速度由聚合物鏈的水解作用決定，而藥物的釋放速度則由支架的降解速度決定。這樣，通過調(diào)控支架的降解速度，便能控制藥物的釋放速度，支架的降解速度以及藥物支架的藥物釋放特性應(yīng)與愈合過程相一致[12]。

本研究構(gòu)建的生物可降解雷帕霉素輸尿管支架即采用將藥物與載體基質(zhì)摻和的方法實(shí)現(xiàn)藥物裝載。同時根據(jù)輸尿管損傷或狹窄治療中，輸尿管支架管通常留置3個月左右的臨床實(shí)際，本研究中構(gòu)建的生物可降解藥物輸尿管支架預(yù)期降解時間為12周。支架有效藥物釋放量測定結(jié)果表明，隨著支架的降解，藥物可有效從支架上釋放出來，前6周時釋放的藥物量占總藥量的10%左右，后6周時釋放的藥物量占總藥量的70%。由此可見，支架上的藥物釋放特征是早期緩慢釋放，后期快速釋放。藥物的釋放可以通過溶出、溶蝕及擴(kuò)散等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。本研究中，生物可降解支架載荷藥物的釋放是通過擴(kuò)散機(jī)理和支架的不斷降解溶蝕實(shí)現(xiàn)的。后期隨著聚合物材料的降解加速，藥物被快速釋放出來。這種藥物釋放特性避免了早期藥物突然釋放對輸尿管損傷處黏膜愈合的影響，同時后期藥物快速釋放可有效降低支架相關(guān)性上皮增生反應(yīng)，從而降低輸尿管再狹窄的發(fā)生。

此外，前期上尿路壓力流率研究表明在支架植入后的輸尿管，當(dāng)排尿等動作引起膀胱內(nèi)壓增加時，其膀胱內(nèi)壓會直接傳導(dǎo)至腎盂，因此長段輸尿管支架，比如雙J管可能會增加腎盂內(nèi)壓力，導(dǎo)致輸尿管積水和膀胱輸尿管返流。短段的支架構(gòu)型會提供更好的抗返流效果。本研究構(gòu)建的新型生物可降解藥物輸尿管支架采用短段構(gòu)型，并未直接完全破壞腎盂及輸尿管的蠕動和抗返流機(jī)制，可能會預(yù)防膀胱輸尿管返流，但需進(jìn)一步相應(yīng)研究來證實(shí)。

由上可見，新型生物可降解藥物輸尿管支架采用具有良好生物相容性的聚乳酸為原料來構(gòu)建支架平臺和藥物載體，不僅具有良好的機(jī)械性能及可自行降解避免二次手術(shù)取出等優(yōu)點(diǎn)，還可有效持續(xù)釋放藥物，有望為輸尿管損傷或狹窄的治療提供一種新的簡單有效的材料和微創(chuàng)方法。

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Construction and performance evaluation of a new biodegradable rapamycin-eluting ureteral stent.

WANG Zhong-xin1,2,TAN Hai-song2,CAO Lei2,XU Yong-de2,LI Gang3,FU Wei-jun1,2,WANG Xiao-xiong2.1.Department of Urology,Hainan Branch of Chinese PLA General Hospital,Sanya 572014,Hainan,CHINA;2.Department of Urology, Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853,CHINA;3.Department of Urology,the 309thHospital of Chinese People's Liberation Army,Beijing 100091,CHINA

Objective To construct a new biodegradable rapamycin-eluting ureteral stent and to evaluate its mechanical property and drug-eluting characteristics.Methods Polylactic was selected as the stent material and dissolved by chloroform.The rapamycin powder was added into the solution.Then,a new helical biodegradable rapamycin-eluting ureteral stent was made by volatilization method.The mechanical property of the stent was measured by universal tension tester,while the drug-eluting characteristic was evaluated by chromatographic analysis machine.Results The new biodegradable rapamycin-eluting ureteral stent had good mechanical property with length in 50 mm,inner diameter in 8 mm,outer diameter in 1.4 mm,thickness in 200 μm and width in 1 mm.The stent can continuously release drug.The mean amount of rapamycin of the stent was 2 755 μg.After 3 weeks,the remained mean amount of rapamycin was 2 670 μg.At 6 weeks,it was 2 533 μg and 1 541 at 9 weeks.Eventually,it was decreased to 744 μg at 12 weeks.Conclusion The new biodegradable rapamycin-eluting ureteral stent made of polylactic acid not only has good mechanical property,but also can release drug efficiently,which may provide a new material for the treatment of ureteral strictures.

Biodegradable;Drug-eluting stent;Ureteral stent

R693

A

1003—6350（2014）18—2663—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1046

2014-07-01)

國家自然科學(xué)基金（編號：81070555）；北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號：7142145和2092029）；軍隊(duì)臨床高新技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目(編號：413DG63J)

符偉軍。E-mail：wangzx301@163.com