非血管药物洗脱支架制备及评价研究进展

甘瑜 ，闻聪，金方, , ，朱华

1 扬州大学医学院，扬州市，225009

2 广州健康元呼吸药物工程技术有限公司，广州市，510530

3 上海方予健康医药科技有限公司，上海市，200120

4 广州呼吸健康研究院，呼吸疾病国家重点实验室，广州市，510120

5 扬州大学医学院附属江苏省苏北人民医院，扬州市，225001

0 引言

支架是一种常用的医疗器械，根据应用的部位不同，可以分为血管支架和非血管支架。非血管支架是指用于植入人体非血管管腔的支架，包括食道支架、尿道支架、胆道支架、气道支架和结肠支架等[1]。非血管支架作为一种介入治疗方法，能够有效扩张管腔，起到很好的治疗作用，对于无法进行手术的恶性肿瘤或阻塞性症状，支架置入是最被临床接受和最具远期治疗价值的治疗方法[2]。如应用食道支架治疗良恶性因素造成的食道狭窄、食管穿孔、食管术后吻合口瘘等；尿道支架用于扩张尿道狭窄或永久引流等；胆道支架治疗胆道恶性梗阻性黄疸，或与药物联合治疗胆总管结石等疾病；应用结肠支架治疗肠癌、恶性梗阻等；应用气道支架治疗良性或恶性气道狭窄，缓解患者的气道堵塞，改善患者的生活质量，为后续进一步治疗提供机会。裸支架置入易产生一系列并发症，常见的如管腔再狭窄、肉芽组织增生、支架移位及脱落、疼痛等[3]。在一项气管和食管支架联合植入治疗恶性气管支气管和食管疾病的临床研究[4]中，7.7%的气管支架植入术患者发生术后再狭窄，7.0%的食管支架植入术患者发生支架移位。为防止支架置入后管腔再狭窄的发生，研究者对非血管支架进行了改进，而药物洗脱支架的研究是解决这一问题的主要方向。

药物洗脱支架由支架主体、所载药物及载药材料组成，将药物与载药材料混合，在裸支架表面形成涂层或制备成载药膜附在裸支架上，支架植入人体后药物缓慢释放，抑制肉芽组织增生及再狭窄等并发症的发生。目前，绝大多数关于药物洗脱支架的研究及临床数据来自在冠状动脉再狭窄中的应用。与血管支架相比，非血管支架的发展相对滞后，随着非血管管腔良恶性狭窄及恶性肿瘤疾病高发，基于药物洗脱支架在心血管应用的成功经验，越来越多的研究者开始重视非血管管腔药物洗脱支架的研究，但目前此类研究仍停留在实验室探索阶段，尚无成熟的产业化制备工艺。本文就非血管药物洗脱支架的药物、载药材料、制备工艺及质量评价作一综述，为进一步的研究提供参考。

1 药物的选择

药物是药物洗脱支架中的核心因素，按照治疗目的的不同，非血管支架上涂覆的药物可分为抗再狭窄药物和功能性药物[5]。抗管腔再狭窄的药物包括西罗莫司、雷帕霉素、紫杉醇、环丙沙星等，其作用机制主要是抗感染、抗增殖、抑制肉芽组织增生；功能性药物多为紫杉醇等抗癌类药物和胆酸钠、肝素等溶石类药物。一系列基础研究及临床研究表明，药物洗脱支架在扩张管腔的同时，使药物局部释放，能够减少全身给药带来的不良反应，为患者提供了一种高效、低毒的治疗方法。如JANG等[6]设计了一种吉西他滨的非血管支架，结果发现其能够有效地抑制细胞中胆管癌细胞和最高度诱导的促炎细胞因子（TNF-，IL-1和IL-12）和p38MAPK的增殖，显示出治疗恶性胃肠癌以及癌症相关狭窄的可行性。WANG等[7]制备了一种以 PLGA为载体的紫杉醇气道洗脱支架，与裸支架对照组相比，实验组肉芽组织增殖明显减少。表明紫杉醇洗脱支架可以安全地减少体内支架植入后的肉芽组织形成，并被认为可能会在未来用于人体。

2 载药材料的选择

裸支架包括硅酮支架、金属支架、生物可降解支架等，由于金属支架支撑力强、易于植入等优点，设计药物洗脱支架时多选择以金属支架作为主体，以生物可降解或不可降解高分子材料作为载药材料。载药材料随支架直接植入人体管腔，在载药材料的选择时应该具备以下特点：①必须具有良好的生物相容性及稳定性，在植入管腔时对人体不会产生严重的免疫排斥反应及不良反应；②能够有效控制药物长期、稳定释放；③载药材料应具有一定的强度及弹性，与药物附在支架后，随支架压缩或拉伸不会脱离或破裂；④能够保持药物的理化性能不变，植入过程中不会影响药物的药理作用的发挥。

2.1 生物可降解聚合物

生物可降解聚合物是指具有良好的生物相容性、能够在生物体内完全降解的材料。其在生物体内被分解生成二氧化碳、水或无机盐等相应的天然副产物[8]，药物被包覆在载体材料中，随着聚合物降解不断地、缓慢地被释放。目前应用最多的生物可降解聚合物包括聚乳酸（PLA）、乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚丙交酯（PGA）、聚己内酯（PCL）等，这些生物相容性好的高分子材料在生物医学领域的应用已有几十年的历史[9]。基于可生物降解聚合物的非血管药物洗脱支架，其表面随载体材料降解而不断变化，可以有效防止细菌粘附，更好使药物释放[10-11]。王善钻[12]以PLGA为载体制备西罗莫司气管支架，制作完成后用扫描电镜观察支架表面光滑，药膜均匀光滑地附在支架上。在进行42 d体外释放实验后，再次用扫描电镜观察，支架表面的涂层结构随PLGA降解而改变，涂层支架表面出现许多孔洞，药物可能通过这些孔洞扩散释放。但冠状动脉药物洗脱支架的应用经验提示[13]，生物可降解材料存在降解时产生的单体易引起发炎、降解速度不可控等缺陷，仍需进一步深入研究。

2.2 非生物降解聚合物

使用非生物可降解材料作为非血管药物洗脱支架载体的研究相对较少，主要原因是长期置入易对组织产生刺激引起炎症反应，且释药结束后需取出。但其药物释放速度可以预先设计且重复性好，仍具有可观的研发价值。目前研究中使用较多的是乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA），有学者对EVA载药进行了考察，并对EVA材料进行改性，制备了EVA部分水解产物载药膜，研究认为载药膜的体外释药行为主要受高分子水解度、药膜的厚度和药膜的载药量三个因素的影响。高分子水解度越大，药膜的厚度越小，药物释放速度越快；载药量越大，同一时间内药膜释药量越多。因此，可以通过改变高分子的水解度、控制药膜的厚度和改变载药量来调节释药行为[14]。另外，也有研究者采用EVA/PLA共混物和EVA/PEG共混物制备支架的载药膜，结果表明，EVA/PLA和EVA/PEG共混物可以作为药物洗脱支架涂层的药物载体材料，具有良好的释药性能[15]。

3 载药层制备工艺

在冠状动脉药物洗脱支架的制备中，相对成熟的载药工艺包括浸涂、喷涂、电镀、物理气相沉积和LBL技术等[16]，其中，一些基于化学原理如酸碱处理、阳极氧化以及硅烷化的方法在非血管药物洗脱支架的研究中极少应用，可能是由于这些方法工艺较为复杂，对支架基体要求较高，且各非血管管腔组织与血管环境不同，其载药工艺也存在一定的差异，常见的非血管药物洗脱支架制备工艺包括浸涂、喷涂、热压成膜、静电纺丝等，选择合适的载药工艺是制备药物洗脱支架的关键。

3.1 浸涂法

浸涂法是指将载体材料和药物、添加剂等在有机溶剂中溶解后，将支架浸入混合溶液中，超声搅拌使充分浸涂，取出支架，待有机溶剂完全挥发后，支架表面被一层载药膜包裹，即得药物洗脱支架。通过控制载体材料与溶剂的比例，可以使载药材料携带药物在支架表面形成连续或不连续涂层。KONG等[17]使用浸涂方法制备了紫杉醇/ PLGA洗脱气管支架，通过正交实验确定最佳涂层比例为0.1%质量体积比（w/v）紫杉醇和2%质量体积比（w/v）PLGA，扫描电镜（SEM）观察支架表面光滑均匀，且药物能持续有效地释放。也有研究者配制较高浓度溶液（EVA：二氯甲烷=1：15）浸涂，与其他制备方法相结合制备双层载药覆膜支架[18]，以避免管腔内的液体冲洗药物，确保药物单向释放，一般用浸涂法制备空白覆膜作为背衬层，用其他方法制备载药层。该方法操作简单、效率高、易快速制备，是制备药物洗脱支架最常用的方法。

3.2 喷涂法

喷涂法是指采用超声波喷涂或静电喷涂装置，将载体材料、药物等混合溶液雾化后喷涂到支架表面，形成一层薄膜。喷涂法可制备双层涂层支架，在支架表面上喷涂内涂层并在真空中干燥后，再使用相同的方法将外层喷涂到内层表面上[19]。YIN等[20]以PLGA为载体，将顺铂涂覆在可降解气道支架，并以新西兰白兔进行了动物实验研究，研究表明该支架的物理特性与机械强度与商用Ultraflex支架相当，顺铂能够持续稳定的释放，显示出治疗恶性气道阻塞的巨大潜力。相对而言，喷涂法的缺点是需要根据不同类型支架定制特殊的喷涂设备，但也正因为该方法使用喷涂机器制备，能够精确控制载药层厚度，样品均匀性好，实现工业化生产的可能性较大。

3.3 热压成膜法

热压法是在一定温度下将各材料熔融共混，利用热压成型机制备空白或载药膜，然后将薄膜内外加热加压下包覆在金属支架上。热压法多用于双层覆膜的制备研究，因其设备易获取，工艺简单，适合实验室研发与制备。热压时未使用有机溶剂，不必考虑有机溶剂残留问题，但热压成膜后如何均匀地覆在支架表面、覆膜易从支架基体脱落等问题亟待解决，使其难以应用于工业化生产。LIU等[21]利用热压法分别制备了载紫杉醇和5-氟尿嘧啶双层食管支架，将EVA（或和药物）熔融，在95oC下37 r/min搅拌2 h，得到空白层与载药层。并植入猪食道中保持120 d，结果与心脏、肝脏、脾、肺、肾脏和血液相比，食管中的药物浓度最高，显示出对组织增殖和溃疡的抑制作用，且没有显示明显的全身或局部毒性。

3.4 静电纺丝法

与其他制备工艺相比较，静电纺丝法工艺较为复杂。静电纺丝法是指各材料熔融共混后，取适量加入熔体电纺料筒中，使材料在一定电流电压下以细丝状喷出，编织成网格状薄膜。HUANG等[22]比较了浸涂法、静电纺丝法、浸涂+静电纺丝法三种方法制备的载药胆管支架，评估了三种支架的体外释药行为和体外溶解胆管结石的能力，并植入猪胆管内进一步考察其生物安全性，结果发现无论在静止缓冲液中还是在流动的胆汁中，浸涂+静电纺丝法制备的覆膜支架溶石率最高，显著高于其他组（P＜0.05）。表明该制备工艺是一种很有潜力的方法，值得进一步深入研究。

4 评价方法

目前，非血管药物洗脱支架发展还不完善，尚无统一的评价标准。综合文献研究情况，对非血管药物洗脱支架的评价主要包括机械性能评价、药物体外释放和生物安全性等方面。

4.1 机械性能评价

从宏观结构来看，非血管药物洗脱支架由载药层与裸支架组成，因此，其既应具有一定的拉伸强度和断裂伸长率以满足载药层的力学性能要求[23]，又要保证支架载药后仍有足够的弹性回复率和应力松弛率[24]。机械性能评价主要针对支架的载药层，通过拉伸试验进行测试，由拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率等参数来反映。研究表明，载体材料中的药物颗粒可能对其机械性能有一定影响，药物含量增加使撕裂强度、拉伸强度、断裂伸长率均降低[25]。另外，RATNOVSKY等[26]考察了覆膜气管支架的机械性能和对气管的径向支撑力，与裸支架进行对比，对插入气管模型的8种不同支架几何形状进行了数值模拟，认为覆膜支架对气管施加的压力显著减小的同时仍保持与气管的紧密接触，可以减少黏膜坏死和瘘管的形成，同时防止支架移位。但在此研究中支架表面覆膜为空白膜，在药物洗脱支架的评价中，还缺少类似系统的机械性能研究，需要进一步完善。

4.2 药物释放评价

药物释放是非血管药物洗脱支架质量评价的关键点，载药量和药物释放度决定了支架抑制并发症和治疗作用的疗效。LU等[27]以PCL为载体材料制备了载紫杉醇支架，研究了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/紫杉醇固体分散体（SDs）和物理混合体（PMs）的药物溶出速率和特性，通过比较药物释放行为，发现SDs膜具有更高的药物释放率，此外，SDs中PVP的含量对药物释放行为也有影响，并提出了SDs薄膜可能的药物释放机制。也有课题组[28]利用Franz扩散池考察了具有空白背衬层支架药膜的药物单向释放，认为制备的载药膜具有单向释放药物特征，但该研究仅针对于支架药膜，而如何考察药物洗脱支架成品的单向释放，还需要进一步研究。

4.3 生物安全性评价

非血管药物洗脱支架的生物安全性评价主要包括两个方面：一方面为药物剂量安全性评价，虽然药物洗脱支架植入后的血药浓度通常小于系统给药的浓度，但植入管腔中的局部血药浓度较高，因此应开展必要的组织病理学研究，评估药物剂量安全范围；另一方面为支架与管腔组织的生物相容性，支架植入后对管腔组织不会造成损伤。生物安全性评价多通过建立非血管管腔狭窄或癌症动物模型，常用的实验动物包括兔、犬、猪等，兔由于安全性高、价格低廉、组织结构与人体相似，在目前的研究中应用最为广泛。黄曙等[29]利用兔食管鳞癌模型探讨载紫杉醇覆膜金属支架的安全性及对食管鳞癌的疗效，将载药支架组与普通金属支架组对比发现，两组间支架安全性相似，未因支架上载紫杉醇而增加明显的毒副作用，且紫杉醇药物支架组肿瘤体积明显小于普通支架组，说明紫杉醇药物支架具有较好的安全性和有效性。WANG等[30]对四组支架（载紫杉醇覆膜支架、载5-氟尿嘧啶覆膜支架、空白覆膜支架、裸支架）进行了比较，通过内窥镜检查或病理学分析观察组织反应，并且在不同时间点检测食道组织中5-氟尿嘧啶或紫杉醇浓度。结果分析发现载有50%5-氟尿嘧啶或紫杉醇的镍钛合金支架未引起严重的食管组织损伤，并能有效地抑制炎症、溃疡和肉芽组织生长，可以为治疗食道癌提供安全和可控的局部药物递送方式。

5 小结

非血管药物洗脱支架具有多项优势，它既能够避免裸支架置入人体后多种并发症的发生，又能够通过药物释放对病变组织进一步治疗。随着非血管管腔良恶性狭窄及恶性肿瘤等疾病治疗方法的发展，国内外对非血管支架的研究不断深入，尤其在可单向释药的药物洗脱支架制备方面，仍有广阔的发展前景。但与血管支架相比，非血管药物洗脱支架还存在一些问题：①非血管药物洗脱支架的制备尚无成熟的工艺，还无法实现工业化生产的要求；②体内药代动力学研究尚需完善，目前大多数已知的体外释放研究分两个阶段，首先药物快速释放，其次待表面药物释放完毕后，药物释放趋于平缓，然而，药物释放过程可能受到药物载体、载药量等因素影响，且体内释放过程更为复杂；③如何解决药物洗脱支架在体内可能发生的机械性脱落等问题，也是目前面临的挑战之一。总之，要想真正实现非血管药物洗脱支架大规模临床应用，还需进行大量的研究。