Materiale per vasi sanguigni artificiali

Il sistema circolatorio umano comprende tre parti: sangue, vasi sanguigni e cuore. I vasi sanguigni fungono da ponte per collegare in serie gli organi e il cuore e forniscono canali per il flusso di sangue che trasporta i nutrienti alle varie parti del corpo. Per questo motivo, vengono spesso indicati collettivamente come sistema cardiovascolare. Le lesioni che si verificano in queste aree sono chiamate malattie cardiovascolari. Le malattie cardiovascolari sono la malattia più comune che minaccia la salute umana e la loro incidenza è al primo posto tra le varie malattie del mondo. Attualmente, nel mio Paese si registrano circa 2,6 milioni di morti all'anno per malattie cardiovascolari e cerebrovascolari, con una media di circa 300 decessi all'ora. Con l'invecchiamento della popolazione del nostro Paese, l'incidenza, la ricorrenza e la mortalità di queste malattie continueranno ad aumentare. Ciò ha causato un pesante fardello economico e spirituale alla società e alle famiglie.

Le cause delle malattie cardiovascolari si dividono principalmente in due categorie:

1. I cambiamenti patologici della funzione dei vasi sanguigni causati dall'invecchiamento fisiologico degli organi umani.

Ad esempio, l'aterosclerosi porta al restringimento e all'occlusione delle arterie, all'ictus causato dall'aterosclerosi carotidea, alle malattie cardiache causate dall'aterosclerosi coronarica, ecc. Queste malattie si manifestano soprattutto negli anziani;

2. Malattia vascolare causata da un danno o da una malattia del tessuto umano.

Ad esempio, il taglio con strumenti affilati provoca danni e rotture di arterie e vene, aneurisma dell'aorta renale, aneurisma iliaco e vasodilatazione causata dall'espansione dell'aneurisma dell'aorta toracica discendente. Quando i vasi sanguigni non possono funzionare normalmente a causa dell'arteriosclerosi, dell'invecchiamento o di un danno, sono necessarie procedure chirurgiche come il trapianto, il bypass o l'intervento per utilizzare sostituti dei vasi sanguigni per il trattamento.

Un materiale ideale per i vasi sanguigni artificiali, come impianto permanente per il corpo umano, deve innanzitutto avere una buona biocompatibilità, tra cui:

1. Non può causare immunità anomala, rigetto e reazioni allergiche;

2. Nessuna reazione avversa alla funzione di crescita cellulare, nessun effetto teratogeno o gemellare;

3. Non è tossico, non danneggia i tessuti vicini, non induce tumori, non causa coagulazione, emolisi, denaturazione delle proteine del sangue e non danneggia le piastrine, ecc;

4. È chimicamente inerte, non provoca denaturazione a causa dell'influenza del sangue e dei fluidi corporei e non presenta una biodegradazione anomala con conseguente perdita di forza;

5. Dopo l'impianto, la funzione del materiale non sarà danneggiata, non sarà influenzata dall'influenza biologica e dall'invecchiamento, potrà sopportare i cambiamenti fisici causati dall'esercizio fisico e non assorbirà i sedimenti.

6. In secondo luogo, per poter sopportare la forza ricevuta durante e dopo l'impianto, assicurare la pervietà a lungo termine dei vasi sanguigni e resistere alla pressione periodica pulsante causata dalla pressione sistolica e diastolica, l'innesto deve avere proprietà meccaniche corrispondenti, una sufficiente resistenza alla fatica e il vaso sanguigno artificiale deve essere simile a quello sostituito.

L'anastomosi tra il vaso sanguigno artificiale e il vaso sanguigno ospite è realizzata mediante suture. Pertanto, il vaso sanguigno artificiale deve avere una certa resistenza della cucitura per garantire che il bordo possa sopportare il carico di trazione del filo chirurgico durante l'operazione di trapianto e che non si rompa né si allenti.

Il prodotto finito del vaso sanguigno artificiale deve avere varie forme e dimensioni, essere sterilizzabile e facile da maneggiare e suturare durante l'intervento. Le dimensioni e la forma devono essere stabili, resistenti alla trazione, alla flessione e alla compressione e devono poter tornare rapidamente alla forma originale dopo essere stati deformati da una forza esterna. La superficie esterna del vaso sanguigno artificiale deve avere un certo grado di rugosità per facilitare l'attaccamento e la crescita delle cellule circostanti. Allo stesso tempo, la parete del tubo deve avere una porosità adeguata, in grado non solo di impedire la penetrazione del sangue, ma anche di consentire il passaggio di piccole molecole.

In sintesi, per i vasi sanguigni artificiali. I materiali utilizzati devono avere i seguenti requisiti di base:

(1) Il materiale deve avere una resistenza meccanica sufficiente e deve essere assolutamente sicuro per resistere a lungo alle pulsazioni della pressione sanguigna;

(2) Il materiale presenta buone proprietà biocompatibili e anticoagulanti;

(3) Il materiale ha la capacità di resistere all'adesione batterica e di prevenire le infezioni;

(4) La flessibilità e l'elasticità del materiale corrispondono a quelle dei vasi sanguigni umani;

(5) Il materiale è poroso per facilitare la crescita delle cellule endoteliali;

(6) Facilità di utilizzo.

Attualmente, i materiali per vasi sanguigni artificiali utilizzati in medicina clinica includono principalmente poliestere, politetrafluoroetilene, poliuretano e seta naturale. Tra questi, il materiale in pura seta naturale di gelso non è sufficientemente stabile a causa della sua contrazione a spirale, che può causare facilmente un collasso vascolare e una scarsa conservazione della forma. Non viene più utilizzato da solo nella pratica clinica.

Quando il poliestere viene utilizzato come materiale biomedico, le sue proprietà biomeccaniche, la stabilità chimica e la biocompatibilità sono migliori rispetto ad altri materiali polimerici, ma la sua compatibilità con il sangue è scarsa, la superficie è facile da coagulare e la sua decomponibilità è scarsa, ed è difficile che venga completamente decomposto e digerito dall'organismo. assorbire. Il materiale in poliestere ha una superficie liscia, molecole interne strettamente disposte, buona resistenza all'usura e alla luce, resistenza alla corrosione di acidi e alcali, elevata resistenza, buona elasticità, resistenza al calore e stabilità termica sono migliori di altre fibre sintetiche. A causa della struttura molecolare simmetrica e dell'elevata cristallinità, nella struttura macromolecolare non è presente alcun gruppo ad alta polarità, per cui l'idrofilia e l'assorbimento dell'umidità sono scarsi. Sebbene la struttura a bassa idrofilia abbia un'elevata permeabilità ai fluidi del corpo umano, può limitare la direzione del fluido tissutale. Il materiale penetra all'interno, ma è facile che provochi reazioni avverse come coagulazione e trombosi.

Quando i vasi sanguigni artificiali in Dacron entrano in contatto con il sangue, oltre all'adsorbimento delle proteine solubili da parte della parete del tubo, l'adesione delle piastrine, la formazione di coaguli e l'intervento della fibrina diventeranno una nuova interfaccia nella cavità del materiale dell'innesto.

Questa particolare interfaccia di flusso sanguigno non solo non favorisce la guarigione dei tessuti, ma è anche una superficie fluida soggetta a trombosi e il rischio di un utilizzo a lungo termine a basse velocità di flusso sanguigno è più elevato. Pertanto, il vaso sanguigno artificiale in poliestere è adatto per la sostituzione di vasi sanguigni di grandi dimensioni, ma non è il materiale migliore per la sostituzione dei piccoli vasi sanguigni del corpo.

Il PTFE possiede eccellenti caratteristiche di resistenza chimica, resistenza alle alte e basse temperature, resistenza all'invecchiamento, basso attrito, proprietà dielettriche, antiaderenza e inerzia fisiologica, che ne fanno un materiale utilizzato in molti campi come l'industria chimica, i macchinari, l'elettricità, l'edilizia e il trattamento medico. Diventa un materiale speciale indispensabile. Grazie alla sua eccellente biocompatibilità, produce raramente coaguli di sangue ed è adatto all'impianto di vasi sanguigni artificiali umani. Può essere combinato a lungo con i tessuti umani, ha una buona permeabilità al sangue e ha una struttura microporosa che permette ai tessuti naturali di crescere e svilupparsi. Metabolismo cellulare. Per i vasi sanguigni artificiali di medio e piccolo diametro, in passato si utilizzava soprattutto il politetrafluoroetilene espanso stampato integralmente (ePTFE).

I materiali in poliuretano (PU) hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni perché hanno una buona compliance ed elasticità e hanno eccellenti proprietà antitrombotiche. Rispetto ai vasi sanguigni in ePTFE, gli esperimenti dimostrano che i vasi sanguigni in PU realizzano l'endotelizzazione in tempi più brevi e lo spessore del neointima è ovviamente maggiore rispetto ai vasi sanguigni in ePTFE. Il poliuretano ha un'elevata elasticità, un alto modulo e una buona compatibilità con il sangue. Come materiale protesico, può essere compatibile con l'arteria ospite. Sebbene il poliuretano presenti un certo grado di idrolisi e possa verificarsi una calcificazione all'interno e all'esterno del materiale, che ne compromette l'elasticità, è comunque un materiale ideale per vasi sanguigni artificiali di piccolo diametro.

Attualmente, i vasi sanguigni artificiali di grande calibro hanno ottenuto buoni risultati nelle applicazioni cliniche, ma i vasi sanguigni artificiali di piccolo calibro non sono stati in grado di soddisfare i requisiti dell'uso clinico a causa della formazione di trombi e sono diventati il fulcro della ricerca in campo vascolare. Con l'approfondimento della ricerca, nei vasi sanguigni artificiali di piccolo calibro si è iniziato a utilizzare una varietà di materiali naturali e sintetici, come la modifica della superficie di materiali come il poliestere, l'uso di materiali compositi e l'applicazione della tecnologia di tessitura multistrato. Alcuni ricercatori utilizzano la tecnologia dell'impianto di cellule endoteliali per endotelializzare i vasi sanguigni artificiali, cioè le cellule endoteliali vascolari autologhe vengono impiantate sulla parete del lume dei vasi sanguigni artificiali. Dopo la coltura del tessuto, si forma una cavità endoteliale di superficie per migliorare la capacità antitrombotica e sviluppare un nuovo modo di ricerca sui vasi sanguigni artificiali.

Attualmente, i vasi sanguigni artificiali non possono sostituire perfettamente i vasi sanguigni biologici, ma la fonte dei vasi sanguigni biologici e il rigetto dei corpi estranei ne limitano l'applicazione su larga scala. Pertanto, i vasi sanguigni artificiali saranno sempre un materiale importante per il trattamento delle malattie vascolari. Attualmente la ricerca sui materiali dei vasi sanguigni artificiali è sempre più orientata verso la biochimica e la composizione con una varietà di materiali per renderli più simili agli organismi o per guidare gli organismi nella crescita di nuovi vasi sanguigni, in modo da ottenere effetti terapeutici simili ai vasi sanguigni biologici.

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