心血管疾病作為全球的頭號死因，每年導(dǎo)致死亡人數(shù)超過1700萬；支架植入術(shù)作為心血管疾病治療的主要手段之一，全球臨床年植入量達(dá)400萬支，挽救了眾多患者的生命；然而，臨床應(yīng)用的血管支架依然面臨著兩大并發(fā)癥，再狹窄和晚期血栓。而導(dǎo)致支架臨床并發(fā)癥的根本原因在于，臨床使用的支架如裸金屬支架和藥物洗脫支架（DES）不僅不能同時滿足其在抗凝、抑制平滑肌細(xì)胞增殖和促進(jìn)內(nèi)皮再生等的多重功能需求，有甚者在功能實(shí)現(xiàn)上存在相互制約的矛盾。如DES，其釋放的藥物（主要為紫杉醇、雷帕霉素及其衍生物，而該類藥物是抗癌藥物）“敵我不分”在抑制平滑肌細(xì)胞增殖的同時也抑制內(nèi)皮細(xì)胞得生長，大大延遲了內(nèi)皮化進(jìn)程，增加了晚期血栓的發(fā)生風(fēng)險。內(nèi)皮細(xì)胞層不僅是最好的天然抗凝血表面，而且在維持整個心血管系統(tǒng)正常運(yùn)作中發(fā)揮著至關(guān)重要的功能。而內(nèi)皮細(xì)胞層功能的發(fā)揮很大程度上依賴于其持續(xù)釋放的一氧化氮（NO）。這是由于NO具有多重生理功能，如：抑制血小板粘附/激活、抑制平滑肌細(xì)胞增殖、抗炎、預(yù)防動脈粥樣硬化發(fā)生及促進(jìn)受損內(nèi)皮組織修復(fù)等。因此，在支架表面實(shí)現(xiàn)仿生天然內(nèi)皮細(xì)胞層長期、穩(wěn)定、持續(xù)釋放NO功能，有望成為降低/解決支架臨床并發(fā)癥。
截至目前，基于產(chǎn)生NO的材料設(shè)計(jì)主要?dú)w納為NO-釋放型和NO-催化型兩大類。NO-釋放型材料由于NO釋放持續(xù)性較差且不穩(wěn)定，限制了其在血管支架上的應(yīng)用。NO-催化型材料，因其具有持續(xù)催化內(nèi)源性供體亞硝基硫醇（RSNO）釋放NO而自身不被消耗的特點(diǎn)，成為理想化的支架表面改性材料。然而，目前NO-催化型材料的設(shè)計(jì)主要是采用高分子交聯(lián)NO催化活性物質(zhì)（如聯(lián)硒化合物）或裝載有機(jī)-金屬離子Cu2+配位物。而這種方法往往涉及到復(fù)雜的多步驟工藝、支架表面預(yù)處理需求、涂層材料與支架表面結(jié)合力不牢等問題。
針對上述問題，西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃楠教授/楊志祿副教授課題組受啟發(fā)于貽貝的粘附現(xiàn)象，發(fā)展出了金屬-兒茶酚胺表面催化化學(xué)改性技術(shù)，通過簡單的“一步浸涂”法及金屬離子和兒茶酚胺化學(xué)計(jì)量比的調(diào)控，研究者成功的在支架表面構(gòu)建出具有長期、持續(xù)、穩(wěn)定、可控NO催化釋放功能的粘附涂層。
圖片1.NO-催化釋放涂層的設(shè)計(jì)
圖片2.NO催化釋放速率調(diào)控和涂層改性支架體內(nèi)植入結(jié)構(gòu)。
該方法不需要昂貴的化學(xué)試劑及儀器設(shè)備、有毒的化學(xué)試劑、復(fù)雜的表面處理，在將來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中占有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。研究者在通過系統(tǒng)、深入的體外、體內(nèi)血液相容性、細(xì)胞生長行為和支架植入實(shí)驗(yàn)評價發(fā)現(xiàn)，NO催化釋放涂層表面功能化的血管支架不僅具有優(yōu)異的抗凝血性能，還兼具選擇性促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長而抑制平滑肌細(xì)胞增殖和遷移的功能。同時，研究者還優(yōu)化出最佳適用于血管支架功能化設(shè)計(jì)所需的NO催化釋放速率。相關(guān)研究成果以“Synergetic coordination and catecholamine chemistry for catalytic generation of nitric oxide on vascular stents”為題發(fā)表在Nature旗下的材料領(lǐng)域權(quán)威期刊NPG Asia Materials上 (DOI: 10.1038/s41427-018-0052-3)，該論文第一作者為2014級博士研究生李向陽，通訊作者為楊志祿副教授和黃楠教授，西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文的第一及唯一通訊單位。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金-重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金-面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金-青年基金以及四川省杰出青年基金等項(xiàng)目的大力支持。
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