一文盘点人工血管技术与海外产品

  人工血管是许多严重狭窄或闭塞性血管的替代品，最终设计目标是在结构和功能上模仿天然血管。人工血管通常是以尼龙、涤纶（Dacron）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE）等合成材料人工制造的，。人工血管适用于全身各处的血管转流术，目前在临床中已经使用的人工血管产品有复合壁人工血管、自体组织片移植型人工血管、Y型人工血管、锥型人工血管等。人工血管要为细胞的黏附、迁移、增值提供临时支撑环境，因此人工血管材料需具备良好的生物相容性、力学性能等。

  以下为血管外科学会和国际心血管外科学会 (SVS/ISCVS)联合委员会对于开发尺寸范围为 10 至 25 毫米内径的聚酯直编织血管假体移植物人造血管的要求：

  自19世纪末以来，已有人造血管的记录。1898年，Jaboulay和Briau在狗的实验中首次使用动脉移植。同年，他们使用了第一个自体静脉移植物 Gluck。1906 年，第一次切除的腘动脉隆起被腘静脉移植物取代。1907年，大隐静脉的自体移植物被用作切除锁骨下动脉隆起的替代物。当时Carrel和Guthrie还试验了同种异体动脉移植物，虽然当时并没有真正实践于临床，但他们的研究奠定了该领域的基础，该领域在几十年后开始发展。

  人造血管发展的另一个重要时刻是二战时期。在此期间，人工血管在材料、麻醉、抗感染措施和患者护理方面取得了长足的进步。血管假体的注意力已转向保存的同种异体动脉移植物。1945年，布莱克莫尔和洛德提议建立一个血管库。直到三年后，格罗斯才创立了它，他在同年用保存的同种异体动脉移植物代替了切除的胸主动脉缩窄。1951年，昆林开始了一个非常成功的静脉移植时代，至今仍在成功使用。在接下来的几年中，生物和人造血管假体取得了进展。目前，血管假体是血管外科不可或缺的一部分。

  中国在50年代末，60年代初，才开始做研究，起初是用尼龙（Nylon）织成，后因尼龙降解，在生体内植入后发生破裂而被淘汰。

  现在多采用涤纶（Dacron）纤维编织人工血管，己大量应用于临床，长期以来被成功地用于大血管置换，但无法完全满足小口径人造血管的制造要求。尽管现有人造血管解决方案不够先进，国产仍在起步阶段挣扎。目前我国多家企业正着手破解人工血管的研制难题。

  膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是应用最广泛的人造血管材料，占比接近60％，具有非常好的生物相容性与抗凝性，但顺应性差，移植物通畅率仅为30％，完全不具备人体动脉的柔韧性与弹性。聚氨酯（PU）材料具备更优良的生物相容性，通畅率更好，可能突破小口径人造血管的难题，但在体内会出现降解和钙化现象。我们国家生产的聚四氟乙烯（PTFE）大部分为通用型，质量不高，属于中低端产品。在高端产品膨体聚四氟乙烯（ePTFE）方面与西方发达国家仍有很大的差距，ePTFE人造血管、医用缝线和心脏补片在国内尚无大规模工业化产品问世，主要依赖进口，价格较为昂贵。

  2016年7月，国务院发布《“十三五”国家科学技术创新规划》（国发［2016］43号），针对生物医用材料，提出“应重点布局可组织诱导生物医用材料、组织工程产品、新一代植介入医疗器械、人工器官等重大战略性产品，提升医用级基础原材料的标准，构建新一代生物医用材料产品创新链，提升生物医用材料产业竞争力”；《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020）》（2006年）将“先进医疗设施与生物医用材料”作为人口与健康的优先发展主题，要重点研究组织工程等技术，开发人体组织器官替代等新型生物医用材料。上述政策将有效促进我国人造血管行业的健康、快速发展。

  血管移植物的最终设计目标是在结构和功能上模仿天然血管。因此，先验知识对于构建合适的匹配移植物至关重要。

  典型的动脉壁由各种不同的层组成，这些层分为三个主要组（外膜、中膜和内膜）：

  内膜由单层内皮细胞(EC) 组成，该单层内皮细胞(EC) 锚定在由 IV 型胶原蛋白、纤连蛋白和蛋白聚糖组成的薄基底层上。内皮单层的功能是通过提供抗血栓形成表面来维持血管并控制分子通过壁的扩散。

  中膜由周向组织的平滑肌细胞 (SMC) 层组成，以弹性蛋白和胶原蛋白片为主。它们的可变厚度与血管位置的壁剪切应力 (WSS) 成正比，其中腹主动脉具有最高值。

  将中膜与动脉外层分界的外弹性层称为外膜。外膜有助于将血管连接到周围组织，并通过允许血管伸展和回缩来提供结构支撑。该层富含胶原蛋白，主要由成纤维细胞组成。

  除了构成血管的各种细胞外，由支持细胞并将血管壁保持在一起的大分子组成的细胞外基质(ECM) 是决定组织物理特性的重要成分。ECM 执行的其他功能包括提供结构支撑、承受机械应力、调节细胞增殖和分化、调节生长因子以及促进血管的灵活性。

  在对于人工血管的设计方面，则需要考虑到上述多种天然血管的特征。为实现这些功能，科学家们进行了长达数十年的探索。

  血管移植物根据其来源可分为四类：工程移植物、异种移植物、同种异体移植物和自体移植物。

  使用来自同一基因组的人（例如同卵双胞胎）的患者组织或组织通常被称为自体移植。由于免疫反应较低，这些移植物的来源大多数来源于乳内动脉 (ITA) 或大隐静脉 (SV)。自体动脉移植物通常是首选，因为它们具有抗感染性、基本上没有炎症，并且易于附着在天然血管壁上。然而，自体移植物在老年患者中的不生存能力，加上手术前离体准备和处理时间长，使得这种方法的吸引力降低。

  同种异体移植物和异种移植物都是分别取自其他患者或物种的组织。使用同种异体移植物的几个问题包括感染、成本、可用性、移植物失败和免疫排斥。虽然在无菌同种异体移植物的处理过程中观察到机械和生物完整性的丧失，但异种移植物的使用面临着与患者对动物的人道待遇的看法。

  自体移植物的另一种替代方法是生物工程移植物。这些移植物对自体移植物的偏好通常是因为它们的无限可用性、广泛的材料选择以及优化机械性能以匹配生物替代物的可能性。目前，有两种主要的市售合成移植物：PTFE (Teflon) 和 PET (Dacron)。两种移植物类型都各有优点和缺点。

  GORE-TEX使用加强环结构的材料为FEP（Fluorinated Ethylene Propylene) 材料或膨体聚四氟乙烯（ePTFE)。产品适合使用的范围GORE-TEX人工血管用于因血管狭窄、血管瘤、外伤等要换掉血管或搭桥的部位，也用于动静脉瘘等其他血管手术。GORE-TEX带FEP可拆除环的腋-双股人工血管及GORE-TEX带FEP可拆除环延展性的腋-双股人工血管常用于重建下肢末端供血的血管搭桥术。据报道，Gore-Tex人工血管的孔隙率可达到 76%。

  近年来，Gore公司在其纯膨体聚四氟乙烯Gore-tex基础上又开发出来了两款改进型产品Proapaten和 Acuseal，并获得了国家食品药品监督管理局批准上市。两款产品在人工血管材料纯膨体四氟乙烯表面采用涂层技术， 引入了肝素抗凝涂层CBAS (Carmeda BioActive Surface，Carmeda)，极大提高了人工血管的抗血栓性和通畅率。

  其中Acuseal人工血管还在聚四氟乙烯材料中间引入了硅胶层，增加了人工血管的耐穿刺性。Proapaten人工血管于2000年第一次植入人体，截至目前全世界已经植入超过100000根。有报道指出，Proapaten人工血管在膝下的植入一年通畅率达到70%以上。

  赫通（Hemothes）膨体聚四氟乙烯（ePTFE）人造血管2005年上市，现有两个系列：

  无外支撑环的人造血管，有外加强膜，可防止动脉瘤产生，预防吻合口撕裂，可延伸性强，可防止扭曲变形，提高远期通畅率。

  有外支撑环的人造血管，可防止在经过关节或受脏器压迫时变形。医美属性更强，已提供不少于50万件ePTFE面部植入材料，包括纯膨体、成型鼻假体以及复合型耳支架。

  Vascutek的明胶密封ePTFE人造血管由膨体聚四氟乙烯制成，分为支撑型和非支撑型，且仅在外表面使用可吸收性明胶密封。这种明胶与Vascutek密封聚酯人造血管上使用的明胶相同,已经证实会在大约14天内水解。外部支架的使用可避免人造血管打结。非支撑型和完全支撑型人造血管可以拆卸，以便吻合。中央螺旋支架不可拆除。具有ePTFE外层的人造血管不可去除此外层。所有人造血管都已消毒，还可以在指定保质期内保持无菌，除非包装打开或损坏。Vascutek有限公司的ePTFE人造血管可用来创建疏通或分流血液的皮下动静脉导管，也可用于重建堵塞或受损的血管。

  Hemashield Platinum 编织双丝绒移植物是胶原蛋白浸渍的，有直的、单分支或多分支移植配置，用于主动脉修复。此外，对方对需要在术前或术中进行全身性肝素化处理的病人使用人造血管。

  除了直的和分叉的选项外，带有预缝合分支的产品为各种主动脉修复技术和程序提供了多功能性和便利性。例如，四分支移植物，它的临床优势包括：显着减少脑循环停止时间；显着降低死亡风险和神经功能障碍风险；无需直接对头臂动脉进行插管，以此来降低了空气或动脉粥样硬化碎片栓塞的风险；通过股骨逆行灌注提供岛技术的替代技术。

  该产品由膨体聚四氟乙烯或表面衬碳层的膨体聚四氟乙烯制造。环氧乙烷灭菌，一次性使用，货架有效期5年。产品可用于血管假体、外周动脉血管的旁路或重建手术、在血液通路手术中作为皮下动静脉导管。BARD 外周血管 ePTFE 的特点是内移植物表面的碳涂层。碳在壁厚内四分之一处的移植结构中，因此没有最终颗粒栓塞的危险。由于其负电位，它增加了 ePTFE 材料本身的负电位，并且由于血细胞的负电位，这产生了强烈的抗血栓形成表面。碳涂层是标准的，它存在于每个 BARD 外周血管 ePTFE 移植物中。另一个重要特点是预制远端袖带，该设计提高了远端吻合的成功率。

  该产品由管路和薄膜组成，部分型号规格带有外壁加强丝，形状有直形、渐变锥形、快变锥形、阶梯状。产品一次性使用，经蒸汽灭菌，阴凉处保存，产品货架有效期7年。产品仅供用于作为血管假体，可用于异常或阻塞血管的旁路或重建，或血液通路的动静脉分流。

  该产品由聚四氟乙烯制成。一层聚四氟乙烯薄膜缠绕着单层人工血管。其中带环人工血管外部有螺旋状膨体聚四氟乙烯加固。该产品无菌状态提供，一次性使用。货架有效期5年。产品适用于血管外科手术病人的血管移植。