表面修飾在神經介入治療材料中應用和進展

陳 力， 王 武

腦血管病死亡人數逐年上升，已成為人類繼缺血性心臟病之后第2大死因［1］。腦血管病按病變性質分為缺血性卒中（腦梗死、短暫性腦缺血發作等）和出血性卒中（腦出血、蛛網膜下腔出血等）。外科手術在20世紀一直是腦血管病患者首選治療方法，尤其是出血性卒中。隨著神經介入技術和新材料不斷發展，神經介入治療在腦血管病診療中的地位顯著提高。目前世界上絕大多數臨床中心采用神經介入術治療腦動脈瘤、癥狀性顱腦動脈狹窄和卒中［2-5］。

1 神經介入治療范疇

神經介入治療包括選擇性血管造影、栓塞、血管擴張成形、機械清除和藥物遞送等針對腦血管性病變（腦動脈瘤、顱腦動脈狹窄、動靜脈瘺和靜脈狹窄等）的血管內治療。血管內治療以微創、適應證廣、快捷等優點逐漸成為腦血管病首選治療方法，但與外科手術相比，這些新型金屬材料植入后仍會出現一些并發癥，如內皮化延遲、血栓事件和再狹窄等，亟待解決。目前通過表面修飾方法可改善這些金屬材料的生物學行為和功能，是提高臨床安全療效的可靠途徑。

2 表面修飾在神經介入材料中的應用

生物醫用材料表面修飾，又稱為表面改性，是指在不改變材料本體性能前提下，賦予其表面新的性能。表面修飾旨在促進病變愈合，降低圍手術期和延遲性不良事件發生率。目前用于神經介入治療的金屬材料表面修飾物包括細胞黏附、涂布蛋白、多聚化合物及其加載藥物、表面涂層和薄膜等，主要體現在常用材料如彈簧圈、支架及血流導向裝置。這有助于促進顱內動脈瘤患者瘤腔內血栓形成和瘤頸處內皮化進程，顱腦血管狹窄患者荷支架段血管內皮化，降低圍手術期和延遲性缺血事件（包括再狹窄等）發生。

2.1 彈簧圈

電解可脫式鉑金彈簧圈1991年問世以來，已成為應用最廣泛的神經介入栓塞材料，通過其機械填塞可改變動脈瘤腔內血流動力學，使血流變慢，甚至停滯，有利于血栓形成。然而其生物學行為呈惰性，對誘發血栓形成和誘導瘤頸處內皮細胞覆蓋作用較弱，術后存在動脈瘤再破裂出血的風險。因此，多種經表面修飾的彈簧圈已應用于臨床，從各自不同機制促進顱內動脈瘤治愈。目前動物實驗證明，有明顯促進顱內動脈瘤愈合的彈簧圈表面修飾物有細胞外基質蛋白（Ⅰ型膠原蛋白、纖維連接蛋白、透明連接蛋白、纖維蛋白原和層粘連蛋白等）、細胞因子（TGF-β 等）、生長因子（VEGF、bFGF 等），但這些表面修飾物在人體血管中的毒性和長期安全性并未得到證實，因此未應用于臨床［6］。經美國食品藥品監督管理局（FDA）批準應用于臨床，且取得一定效果的生物活性彈簧圈表面修飾物有乙交酯/丙交酯共聚物（PGLA）、水凝膠（hydrogel）、聚羥基乙酸（PGA）、纖維等［7］。 其代表為 Matrix 彈簧圈、Axium MicroFX彈簧圈、水凝膠彈簧圈、Cerecyte彈簧圈和Sapphire彈簧圈等。

表面修飾物為PGLA的彈簧圈以Matrix彈簧圈為代表，其改善了裸鉑金彈簧圈表面呈生物惰性的缺陷，表面涂有可吸收共聚物PGLA，約占彈簧圈總體積70%，能在體內90 d內完全吸收。與裸彈簧圈相比，經Matrix彈簧圈栓塞的動脈瘤腔內可引起輕微炎性反應，血栓更易形成并機化，瘤頸處新生內膜更厚。吳曦等［8］研究表明Matrix彈簧圈治療顱內動脈瘤安全有效，且結合支架輔助可能會降低大型動脈瘤復發率。但其在國外臨床上取得的成績卻并不盡人意。Pierot等［9］在一項前瞻性多中心研究中采用Matrix彈簧圈或電解可脫式彈簧圈（GDC）治療517例破裂動脈瘤患者，超過1年血管造影隨訪結果顯示，兩者分別單獨栓塞治療后患者中期閉塞率和再通率差異無統計學意義。Niimi等［10］報道對70例患者（74枚動脈瘤）行Matrix彈簧圈治療，其中接受血管造影平均1年隨訪患者結果顯示動脈瘤再通率高達57.4%，明顯高于GDC栓塞患者。盡管Matrix彈簧圈相較GDC可引起動脈瘤腔內組織反應，但隨著表面聚合物分解、吸收，動脈瘤再通率增高。第2代Matrix-2彈簧圈在第1代基礎上減少了表面可吸收共聚物含量，從而增強了裸鉑金彈簧圈載體的支撐作用，并很大程度上減少了彈簧圈輸送過程中與微導管之間的摩擦力。Ansari等［11］報道對65例接受Matrix-2彈簧圈治療的顱內動脈瘤患者進行隨訪，結果顯示治療安全有效，中期再通率明顯低于接受Matrix彈簧圈和裸鉑金彈簧圈治療患者，但遠期隨訪顯示動脈瘤復發率仍較高。

Axium MicroFX彈簧圈表面修飾物也是PGLA，與其他PGLA或PGA修飾彈簧圈不同之處在于其應用微絲技術，即裸彈簧圈表面覆有PGLA纖毛絲，旨在影響動脈瘤內血流，從而促進動脈瘤內血栓形成。Fargen 等［12-13］報道對 100 例接受 Axium MicroFX彈簧圈治療的動脈瘤患者進行前瞻性多中心試驗研究，早中期血管造影隨訪顯示90%未破裂動脈瘤和93.3%破裂動脈瘤達到RaymondⅠ級（完全閉塞）或Ⅱ級（瘤頸殘留）閉塞，表明Axium MicroFX彈簧圈治療顱內動脈瘤近中期安全有效。

水凝膠彈簧圈（HydroCoil）由傳統鉑金彈簧圈和表面水凝膠涂層組成。水凝膠是一種遇水可膨脹的丙烯酸共聚物，生物相容性較好，置于血液中5 min后羥基去質子化作用使共聚物吸收水分而膨脹，20 min后膨脹完全，屆時體積為類似長度裸鉑金彈簧圈2～11倍；共聚物膨脹后通過填充彈簧圈間隙實現動脈瘤閉塞，并非通過血栓形成防止動脈瘤再通。李秀山等［14］比較HydroCoil和裸鉑金彈簧圈治療顱內未破裂動脈瘤效果，結果顯示HydroCoil組患者完全栓塞率和遠期復發率并不優于裸彈簧圈組，且價格更高，因此不推薦作為首選療法。Serafin等［15］meta分析比較 1 683例經水凝膠彈簧圈或裸鉑金彈簧栓塞治療的顱內動脈瘤患者，結果顯示水凝膠彈簧圈具有較低復發率。Dabus等［16］在一項回顧性多中心研究中分析新一代水凝膠彈簧圈（HydroSoft、HydroFill、HydroFrame）治療顱內破裂動脈瘤患者效果，結果顯示安全有效，術后即刻和中期隨訪時動脈瘤閉塞率均較高。

Cerecyte彈簧圈由傳統鉑金彈簧圈和PGA組成，PGA穿過彈簧圈內腔且具有抗解旋能力。PGA與血液中水分子接觸后降解，通過誘導組織反應加速動脈瘤治愈。Bendszus等［17］報道采用Cerecyte彈簧圈治療54例患者55枚顱內動脈瘤，6個月隨訪血管造影顯示其閉塞率相比裸鉑金彈簧圈更高，且再治療率顯著降低。但Molyneux等［18］在一項多中心前瞻性隨機試驗研究中對481例接受Cerecyte彈簧圈或裸鉑金彈簧圈治療的破裂或未破裂顱內動脈瘤患者進行6個月隨訪，血管造影結果未見兩者之間明顯差異。

Sapphire彈簧圈是纖維彈簧圈之一，由裸鉑金彈簧圈和尼龍纖維組成，通過誘導血栓形成加速動脈瘤完全栓塞。Liebig等［19］回顧性分析Sapphire彈簧圈治療的474枚顱內動脈瘤，結果顯示Sapphire纖維彈簧圈與裸鉑金彈簧圈相比提升了動脈瘤栓塞率，且降低了復發率和血栓栓塞事件發生率。

以上各類經表面修飾的生物活性彈簧圈臨床應用上的優越性與裸鉑金彈簧圈相比各異，因此也一直存在爭議。有研究比較幾種代表性生物活性彈簧圈與裸鉑金彈簧圈栓塞顱內動脈瘤的臨床療效，早中期血管造影隨訪結果顯示生物活性彈簧圈可確保較高的動脈瘤完全閉塞率，但在圍手術期結果、遲發性動脈瘤破裂發生率及再次介入治療率等方面與裸鉑金彈簧圈治療患者無顯著差異，需要進一步隨訪證實生物活性彈簧圈治療患者遠期療效［20-21］。

2.2 藥物洗脫支架

藥物洗脫支架（DES）也稱藥物釋放支架，由金屬裸支架（BMS）、聚合物和藥物組成。支架植入病變血管后，藥物自聚合物涂層中有控制地釋放，從而發揮生物學效應。常用聚合物有聚乳酸（PLA）、左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）、PGA、聚乙二醇（PEG）和聚已內酯（PCL）等。然而臨床上將2種聚合物的混合物作為藥物載體用于藥物控釋更為常見，如聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、聚左旋-右旋乳酸、消旋聚乳酸（PDLLA）-PCL、聚-3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯（PHBHHx）、聚三亞甲基碳酸酯（PTMC）、PEG-PCL 等［22］。 控釋藥物為抗細胞增殖藥，主要為雷帕霉素和紫杉醇兩大類。DES已廣泛應用于冠狀動脈病變，以防止支架植入后內膜增生和再狹窄發生。

第1代DES如Cypher和Taxus，主體為不銹鋼材質裸支架，由不可降解聚合物加載雷帕霉素或紫杉醇組成。第1代DES可顯著減少內膜增生，但聚合物長久存在和支架較厚使得炎性反應持續發生，可導致遲發性支架內血栓形成和再狹窄。第2代DES將支架材質由不銹鋼改為鈷鉻合金或鉑鉻合金，并減少支架厚度，改良支架結構，采用更具生物相容性聚合物，加載藥物多為雷帕霉素衍生物、依維莫司和佐他莫司等。該類支架降低了支架內血栓形成發生率，臨床安全性和有效性得到提升，但聚合物仍長期存在。第3代DES在前兩代DES基礎上，應用可降解聚合物如PLA、PLGA等，遲發性支架內血栓事件發生率極低［23］。

Tank等［24］meta分析比較DES和BMS治療顱外椎動脈狹窄患者，結果顯示DES組患者支架內再狹窄率、臨床癥狀復發率和靶血管重構與BMS組相比，均得到顯著改善。 Ye等［25］meta分析 DES治療336例（364處）顱內動脈粥樣硬化患者的安全性和有效性，結果發現圍手術期并發癥發生率為6.0%，遠期并發癥發生率為2.2%，支架內再狹窄率為4.1%，且重度狹窄患者圍手術期并發癥發生率明顯高于中度狹窄患者。安全性仍然是DES應用于顱內血管首先需要考慮的問題。抗內皮細胞增殖藥物持續釋放可能對神經元造成損傷，而藥物載體降解可能引起遠端血管栓塞繼發腦梗死。此外，抗內皮細胞增殖藥物使得內皮化延遲，可導致支架內遲發性血栓形成。盡管DES目前還未廣泛應用于顱內血管，但還存在很多改良空間，在未來仍具有廣闊前景。

2.3 覆膜支架

覆膜支架一般由BMS和被覆薄膜組成。薄膜材料不可降解材料和可降解材料，其中不可降解材料主要有聚四氟乙烯、滌綸、聚酯或真絲織物等，可降解材料主要有PLA、PGA等系列材料。覆膜支架通過將動脈瘤或其他血管病變與靶血管隔離達到治愈目的。

2000年以來即有文獻報道應用冠狀動脈覆膜支架治療顱內動脈瘤，術后復發率較低［26］。但冠狀動脈覆膜支架柔順性差，不易進入顱內彎曲段血管，且在釋放過程中可能對血管造成損傷，故未廣泛應用于顱內動脈瘤治療。國產Willis球擴式覆膜支架是在冠狀動脈覆膜支架基礎上，對支架結構、覆膜及傳輸系統進行了改進，使其更多應用于頸內動脈遠端動脈瘤［27］。目前該球擴式覆膜支架治療顱內假性動脈瘤、復發動脈瘤、巨大動脈瘤、血泡樣動脈瘤［28］和外傷性頸內動脈海綿竇瘺［29］等均取得了良好臨床效果，明顯降低了術后再出血發生率。然而該支架自膨脹聚四氟乙烯覆膜（ePTFE）仍較厚，網隙較小，嚴重阻礙了支架植入段血管內皮化進程，且植入后與動脈壁接觸的異體物質數量增加，會引發更明顯的炎性反應，導致內膜增生、管腔狹窄。因此，Willis覆膜支架廣泛應用于臨床以來，部分患者存在支架整體貼壁性欠佳和支架段血管內皮化時間延遲（＞6個月），增加了內漏、血栓和再狹窄，甚至再出血風險。近年來，載藥可降解覆膜支架成為研究熱點，通過加載藥物修復損傷血管內皮，加速內皮化，達到更好地治療顱內寬頸動脈瘤的目的。

Wang等［30］報道采用靜電紡絲技術制備加載肝素和血管內皮細胞生長因子（VEGF）的聚左旋羥基丙酸-聚已內酯（PLCL）納米纖維膜覆膜支架治療3只彈性蛋白酶誘導的兔頸總動脈瘤模型，術后3個月隨訪顯示動脈瘤完全閉塞且載瘤動脈通暢，而對照組ePTFE覆膜支架治療動脈瘤模型效果較差（術后1個月1只兔動脈瘤出現再通，1例載瘤動脈閉塞）；證明實驗組加載的肝素和VEGF可抑制血小板聚集并促進內皮化。Liu等［31］采用類似方法制備加載瑞舒伐他汀和肝素的PLCL納米纖維膜覆膜支架，并以不同濃度梯度瑞舒伐他汀觀察支架治療16只彈性蛋白酶誘導的兔頸總動脈瘤模型，結果表明該支架具備體外和體內更好的抗凝和促進內皮化特性，且瑞舒伐他汀濃度越高內皮化越完整，進一步證明瑞舒伐他汀能促進人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）活力和功能，可能通過VEGF-A起調節作用。Zhang等［32］采用靜電紡絲技術制備加載VEGF和紫杉醇（PTX）的PLA納米纖維膜覆膜支架，體外細胞實驗證實該支架實現了VEGF快速釋放和PTX長期持續釋放，從而促進內皮細胞增殖并同時抑制平滑細胞增殖；犬頸總動脈側壁動脈瘤模型治療中，該支架與BMS相比改善了動脈瘤即刻和中期完全閉塞率，12周時與普通覆膜支架相比實現了更早內皮化進程和較低的管腔狹窄率。

2.4 血流導向裝置

血流導向裝置（flow diversions device， FDD）是一種密網支架，分為血管腔內型和動脈瘤腔內型。前者具有良好的徑向支撐力，通過改變動脈瘤瘤頸和瘤腔血流動力學，促進瘤腔內血栓形成，使得動脈瘤閉塞，應用于臨床的主要有Pipeline栓塞裝置（PED）、Silk 支架、FRED 支架、Surpass支架、Tubridge支架和P64支架等；后者主要通過動脈瘤囊腔內植入改變瘤頸處內血流動力學發揮作用，主要用于治療寬頸分叉部動脈瘤，應用于臨床的主要有編織型腔內橋（WEB）裝置、Luna 動脈瘤栓塞系統（AES）、Medina栓塞裝置（MED）等。FDD出現是顱內動脈瘤介入治療又一重大突破。目前多項大型多中心臨床試驗研究證明FDD在巨大或復雜動脈瘤治療應用中取得了一定效果［33-35］，但也存在術后動脈瘤遲發性破裂、分支動脈閉塞、支架內狹窄和自發腦實質出血等并發癥［7］。

PED在臨床上應用最廣泛，已發展至第3代Pipeline Shield，是在第2代 PED Flex基礎上進行了表面修飾，將合成磷酸膽堿聚合物以共價鍵方式結合在支架表面，從而減少血栓形成及術后抗血小板藥物應用劑量。Girdhar等［36］報道在體外人體血液循環模型中對比Pipeline Shield、PED Flex和FRED支架的血栓形成性，研究結果表明Pipeline Shield血栓形成顯著降低。Martinez-Galdamez等［37-38］在一項前瞻性多中心研究中對50例經Pipeline Shield治療的顱內動脈瘤患者進行長達1年隨訪，結果證實術后1年內所有患者均未發生嚴重腦卒中，血管造影結果表明動脈瘤閉塞和支架內狹窄率與PED栓塞相當；證明Pipeline Shield治療安全有效。利用Pipeline Shield可減少血栓形成的特性，Manning等［39］在一項回顧性多中心研究中評估其治療14例顱內動脈瘤術后應用單抗血小板的安全性和有效性，結果顯示該裝置術后早期安全有效，但仍需要進一步研究證實該技術可行性。

Derivo栓塞裝置（DED）是一種新型鎳鈦合金血流導向裝置，其可視性和靈活性得到改善，實現了更精確的導航和定位，且表面涂有一層深藍色氧化物和含氧硝酸鹽涂層（BlueXide），以減少裝置血栓形成性。Kraus等［40-41］回顧性分析接受DED治療顱內破裂和未破裂動脈瘤患者，42例未破裂動脈瘤患者近中期隨訪結果顯示手術相關并發癥發生率為9.5%，包括3例栓塞事件和1例動脈瘤穿孔，且僅1例植入DED后發生分支動脈閉塞；10例11枚破裂動脈瘤患者近中期隨訪結果顯示手術均成功，最后一次血管造影結果顯示動脈瘤完全閉塞率為90%，其中僅1例術后觀察到支架內血栓形成；所有患者均無再出血事件發生；遠期隨訪結果仍有待進一步評估。

3 神經介入用材表面修飾研究進展

表面修飾在神經介入金屬材料治療人類顱內血管病變中發揮了至關重要的作用。不同表面修飾物根據不同需要發揮各自作用機制，極大幅度提升了金屬材料生物學行為和功能，促進了新材料發展。

DES仍存在很大發展空間，安全性是限制其在顱內廣泛應用的重要原因，因此可考慮一些更安全的藥物如蛋白質、多肽，甚至基因等，以降低藥物神經毒性等并發癥，同時需要更多臨床前試驗證實其療效。目前臨床上用于神經介入的支架基本均為永久性，植入后不能完全避免炎性反應、血栓形成和支架內再狹窄等，且術后需要長期服用抗血小板聚集藥物。生物可降解支架，如鎂合金可降解支架是目前研究熱點，但有動物實驗證實鎂合金支架在體內降解速度過快，不能滿足臨床上支撐血管3～4個月要求［42］。因此，對支架進行表面修飾以延緩其降解時間是可行方法，如在支架表面涂覆PHBHHx、PTMC、PLA 或 PLGA 等［43-45］，可改善鎂合金支架在顱內血管耐腐蝕性，但仍需進一步動物實驗和臨床試驗予以證實。

根據血流在動脈狹窄處產生高剪切力而導致血小板黏附、聚集的物理機制，有學者提出一種新型納米藥物載體，其通過感受急性腦卒中患者閉塞動脈處高剪切力，實現溶栓藥物靶向釋放［46］。與靜脈給藥相比，該技術可減少溶栓藥物用量，潛在地降低患者腦出血風險。病變部位血管狹窄是多種疾病，如腦卒中、急性冠狀動脈綜合征、心肌梗死、周圍血管病、血管痙攣等的共同特征，剪切力活化的納米療法通過攜帶多種藥物或成像劑可實現靶向釋放，達到診療目的，但尚需更多體內實驗加以證實。

中醫藥是我國傳統文化的智慧結晶，需要對其傳承和發展。中藥是目前研究熱點之一。丹酚酸B（salvianolic acid B，SAB）［47-48］提取自中藥丹參，可促進內皮細胞增殖和遷移。SAB上調葡萄糖調節蛋白（glucose-regulated protein，GRP）78， 可保護人內皮細胞免受氧化應激誘導的細胞損傷，是一種理想的表面修飾物。 其他中藥如黃芪［49］、三七［50］等均被發現有治療血管疾病作用。期待更多中藥可予發掘，并發揮更大作用。

多種表面修飾在神經介入治療材料臨床應用中前景廣闊，未來也將不斷發展、創新，包括攜帶各種靶向治療藥物和基因等，起到更好的治療效果，造福人類。