镁基支架的降解和细胞应答的血管生物反应器研究及与体内行为的对比

Absorbable metals have received attention as promising candidates for a new generation of biodegradable stent materials. However, no correlation or preferred method is currently known to exist between in vitro and actual in vivo results. The objective of this project is to develop a human vessel-based bioreactor, which simulates the biological stent environment and the biomechanical conditions of the stent to study the biodegradation and cellular response of magnesium-based stents. The bioreactor utilizing human umbilical cord arteries provides a highly interactive 3-D microenvironment composed of medium-stent, stent–cell, medium-cell, and cell–matrix interactions. This provides a direct approach for real-time monitoring of the stent degradation and human cellular response. A comparative animal model shall be applied where the magnesium stent is implanted into the iliac artery of rabbit to address the correlation and difference of in vitro and in vivo results, in particular, degradation behavior (such as degradation kinetics, types, rates and products) and cellular response (such as endothelialization, restenosis, and inflammation). This type of bioreactor will provide better monitoring of magnesium stent degradation, understanding of relevant processes and in consequence it will allow improved magnesium alloy and stent designs.

针对目前可降解金属血管支架的体外和体内结果之间并不存在相关性或者优选的研究方法的客观事实。本项目针对性的构建具有从结构和功能上高度仿生血管微环境的血管生物反应器用于对可降解镁基血管支架的降解和细胞应答行为进行研究。该反应器通过利用新生儿脐动脉构建一个高度相关联的由培养基-材料，材料-细胞，细胞-培养基等交互作用组成的三维血管微环境，为血管支架降解行为和人源细胞应答的实时信息获取提供一个更为简单、直接、可靠的方法。此外，通过设计兔子髂动脉血管支架植入与血管反应器半体内对照实验，能进一步更加真实的探索血管支架降解行为（降解动力学、降解速率、降解类型、降解形貌和降解产物）和细胞应答（内皮化、再狭窄、炎症反应）的体内体外关联和差异性。该类反应器将为研究镁支架的降解及相关过程提供更好的监控方式，有助于镁合金的研发和支架的设计。

针对目前可降解金属血管支架的体外和体内结果之间并不存在相关性或者优选的研究方法的客观事实。本项目针对性的构建具有从结构和功能上高度仿生血管微环境的血管生物反应器用于对可降解镁基血管支架的降解和细胞应答行为进行研究。该反应器通过利用天然动脉构建一个高度相关联的由培养基-材料，材料-细胞，细胞-培养基等交互作用组成的三维血管微环境，为血管支架降解行为和细胞应答的实时信息获取提供一个更为简单、直接、可靠的方法。此外，通过设计兔子髂动脉血管支架植入与血管反应器半体内对照实验，能进一步更加真实的探索血管支架降解行为（降解动力学、降解速率、降解类型、降解形貌和降解产物）和细胞应答（内皮化和再狭窄）的体内体外关联和差异性。该类反应器将为研究镁支架的降解及相关过程提供更好的监控方式，有助于镁合金的研发和支架的设计。至今为止，在相较于众多国内外报道的镁基材料降解对细胞相容性体内体外结果巨大的差异，该项采用真实血管在生物反应器中研究可降解支架，得到近似于体内一直的94%细胞活性率。该方法有望可以推广到可降解金属血管支架国际材料评价标准。同时，该血管生物反应器也展示出对病理模型的构建和镁支架对病理模型的治愈功能。此外，生物反应器构建的血管病理模型可广泛应用于血管增生类药物和支架的筛选研究和血管增生疾病的机理研究。