Material para vasos sanguíneos artificiales

 

 

El sistema circulatorio humano consta de tres partes: la sangre, los vasos sanguíneos y el corazón. Los vasos sanguíneos actúan como puentes que conectan los órganos y el corazón en serie, y proporcionan canales para el flujo sanguíneo que transporta los nutrientes a diversas partes del cuerpo. Por lo tanto, a menudo se les denomina colectivamente «sistema cardiovascular». Las lesiones que se producen en estas zonas se denominan enfermedades cardiovasculares. Las enfermedades cardiovasculares son las más comunes que amenazan la salud humana, y su incidencia ocupa el primer lugar entre las diversas enfermedades en todo el mundo. En la actualidad, en mi país se producen alrededor de 2,6 millones de muertes al año por enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares, con una media de unas 300 muertes por hora. A medida que la población de nuestro país entra en una fase de envejecimiento, la incidencia, la recurrencia y la mortalidad de estas enfermedades seguirán aumentando. Esto ha supuesto una pesada carga económica y espiritual para la sociedad y las familias.

Las causas de las enfermedades cardiovasculares se dividen principalmente en dos categorías:

1. Los cambios patológicos de la función de los vasos sanguíneos causados por el envejecimiento fisiológico de los órganos humanos.

Por ejemplo, la aterosclerosis provoca el estrechamiento y la oclusión de las arterias, los accidentes cerebrovasculares causados por la aterosclerosis carotídea, las enfermedades cardíacas causadas por la aterosclerosis coronaria, etc. Estas enfermedades se dan principalmente en personas mayores.

2. Las enfermedades vasculares causadas por daños o enfermedades en los tejidos humanos.

Por ejemplo, los cortes con herramientas afiladas provocan daños y roturas de arterias y venas, aneurismas aórticos renales, aneurismas ilíacos y vasodilatación causada por la expansión de aneurismas aórticos torácicos descendentes. Cuando los vasos sanguíneos no pueden funcionar con normalidad debido a la arteriosclerosis, el envejecimiento o los daños, se necesitan procedimientos quirúrgicos como trasplantes, bypass o intervenciones para utilizar sustitutos de los vasos sanguíneos para el tratamiento.

Un material ideal para vasos sanguíneos artificiales, como implante permanente en el cuerpo humano, debe tener en primer lugar una buena biocompatibilidad, lo que incluye:

1. No puede causar inmunidad anómala, rechazo ni reacciones alérgicas.

2. No tiene reacciones adversas en la función de crecimiento celular, ni efectos teratogénicos o gemelares.

3. No es tóxico, no daña los tejidos vecinos, no induce tumores, no provoca coagulación, hemólisis, desnaturalización de las proteínas sanguíneas ni daña las plaquetas, etc.

4. Es químicamente inerte, no provoca desnaturalización debido a la influencia de la sangre y los fluidos corporales, y no presenta una biodegradación anómala que provoque pérdida de resistencia.

5. Tras la implantación, la función del material no se verá dañada, no se verá afectada por la influencia biológica y el envejecimiento, podrá soportar los cambios físicos causados por el ejercicio y no absorberá sedimentos.

6. En segundo lugar, para poder soportar la fuerza recibida durante y después de la implantación, garantizar la permeabilidad a largo plazo de los vasos sanguíneos y soportar la presión pulsatoria periódica causada por la presión sistólica y diastólica, el injerto también debe tener las propiedades mecánicas correspondientes, suficiente resistencia a la fatiga y el vaso sanguíneo artificial debe ser similar al vaso sanguíneo sustituido.

La anastomosis entre el vaso sanguíneo artificial y el vaso sanguíneo del receptor se realiza mediante suturas. Por lo tanto, el vaso sanguíneo artificial debe tener una cierta resistencia de costura para garantizar que el borde pueda soportar la carga de tracción del hilo quirúrgico durante la operación de trasplante, y que no se rompa ni se afloje.

El producto final del vaso sanguíneo artificial debe tener diversas formas y tamaños, poder esterilizarse y ser fácil de manipular y suturar durante la cirugía. Su tamaño y forma deben ser estables, resistentes a la tracción, la flexión y la compresión, y poder recuperar rápidamente su forma original tras ser deformados por una fuerza externa. La superficie exterior del vaso sanguíneo artificial debe tener un cierto grado de rugosidad para facilitar la adhesión y el crecimiento de las células circundantes. Al mismo tiempo, la pared del tubo debe tener una porosidad adecuada, que no solo impida la penetración de la sangre, sino que también permita el paso de moléculas pequeñas.

En resumen, para los vasos sanguíneos artificiales, los materiales utilizados deben cumplir los siguientes requisitos básicos:

(1) El material debe tener suficiente resistencia mecánica y ser absolutamente seguro para soportar la pulsación de la presión sanguínea durante mucho tiempo.

(2) El material debe tener buena biocompatibilidad y propiedades anticoagulantes.

 

(3) El material debe ser capaz de resistir la adhesión bacteriana y prevenir infecciones.

 

(4) La flexibilidad y elasticidad del material deben ser similares a las de los vasos sanguíneos humanos.

 

(5) El material debe ser poroso para facilitar el crecimiento de las células endoteliales.

 

(6) Fácil manejo.

En la actualidad, los materiales para vasos sanguíneos artificiales que se han utilizado en medicina clínica incluyen principalmente poliéster, politetrafluoroetileno, poliuretano y seda natural. Entre ellos, el material de seda de morera natural pura no es lo suficientemente estable debido a su contracción espiral, que puede provocar fácilmente el colapso vascular y una mala retención de la forma. Ya no se utiliza solo en la práctica clínica.

Cuando el poliéster se utiliza como material biomédico, sus propiedades biomecánicas, estabilidad química y biocompatibilidad son mejores que las de otros materiales poliméricos, pero su compatibilidad con la sangre es deficiente, la superficie es fácil de coagular y su capacidad de descomposición es pobre, por lo que es difícil que el cuerpo lo descomponga y lo absorba por completo. El material de poliéster tiene una superficie lisa, moléculas internas dispuestas de forma compacta, buena resistencia al desgaste y a la luz, resistencia a la corrosión por ácidos y álcalis, alta resistencia, buena elasticidad, resistencia al calor y estabilidad térmica mejores que otras fibras sintéticas. Debido a la estructura molecular simétrica y a la alta cristalinidad, no hay grupos de alta polaridad en la estructura macromolecular, por lo que la hidrofilia y la absorción de humedad son deficientes. Aunque la estructura poco hidrófila tiene una alta permeabilidad a los fluidos corporales humanos, puede limitar la dirección del fluido tisular. El material penetra en el interior, pero es fácil que provoque reacciones adversas como coagulación y trombosis.

Cuando los vasos sanguíneos artificiales de Dacron entran en contacto con la sangre, además de la adsorción de proteínas solubles por la pared del tubo, la adhesión de plaquetas, la formación de coágulos y la intervención de la fibrina se convierten en una nueva interfaz en la cavidad del material del injerto.

 

Esta interfaz especial de flujo sanguíneo no solo no favorece la cicatrización de los tejidos, sino que también es una superficie fluida propensa a la trombosis, y el riesgo de uso prolongado a bajos caudales sanguíneos es mayor. Por lo tanto, los vasos sanguíneos artificiales de poliéster son adecuados para la sustitución de vasos sanguíneos grandes, pero no son el mejor material para sustituir o reemplazar vasos sanguíneos pequeños en el cuerpo.

 

El PTFE tiene una excelente resistencia química, resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia al envejecimiento, baja fricción, propiedades dieléctricas, propiedades antiadherentes e inercia fisiológica, lo que lo hace utilizado en muchos campos como la industria química, la maquinaria, la electricidad, la construcción y el tratamiento médico. Se ha convertido en un material especial indispensable. Debido a su excelente biocompatibilidad, rara vez produce coágulos sanguíneos y es adecuado para su implantación en vasos sanguíneos artificiales humanos. Se pueden combinar con tejidos humanos durante mucho tiempo, tienen buena permeabilidad sanguínea y una estructura microporosa que permite el crecimiento y el desarrollo de los tejidos naturales. Metabolismo celular. En los vasos sanguíneos artificiales de diámetro medio y pequeño, en el pasado se utilizaba principalmente el politetrafluoroetileno expandido moldeado integralmente (ePTFE).

Los materiales de poliuretano (PU) han atraído mucha atención en los últimos años porque tienen buena conformidad y elasticidad, y tienen excelentes propiedades antitrombóticas. En comparación con los vasos sanguíneos de ePTFE, los experimentos muestran que los vasos sanguíneos de PU logran la endotelización en menos tiempo y el grosor de la neoíntima es obviamente mayor que el de los vasos sanguíneos de ePTFE. El poliuretano tiene alta elasticidad, alto módulo y buena compatibilidad con la sangre. Como material protésico, es compatible con la arteria del huésped. Aunque el poliuretano presenta un cierto grado de hidrólisis y puede producirse calcificación dentro y fuera del material, lo que afecta a la elasticidad, sigue siendo un material ideal para vasos sanguíneos artificiales de pequeño diámetro.

En la actualidad, los vasos sanguíneos artificiales de gran calibre han obtenido buenos resultados en aplicaciones clínicas, pero los de pequeño calibre no han podido cumplir los requisitos del uso clínico debido a la formación de trombos, por lo que se han convertido en el centro de la investigación en el campo vascular. Con la profundización de la investigación, se han empezado a utilizar diversos materiales naturales y sintéticos en los vasos sanguíneos artificiales de pequeño calibre, como la modificación de la superficie de materiales como el poliéster, el uso de materiales compuestos y la aplicación de la tecnología de tejido multicapa. Algunos investigadores utilizan la tecnología de implantación de células endoteliales para endotelizar los vasos sanguíneos artificiales, es decir, se plantan células endoteliales vasculares autólogas en la pared de la luz de los vasos sanguíneos artificiales. Tras el cultivo de tejidos, se forma una superficie cavitaria endotelial que mejora la capacidad antitrombótica y desarrolla una nueva forma de investigación de vasos sanguíneos artificiales.

 

En la actualidad, los vasos sanguíneos artificiales no pueden sustituir perfectamente a los vasos sanguíneos biológicos, pero la fuente de los vasos sanguíneos biológicos y el rechazo de cuerpos extraños limitan su aplicación a gran escala. Por lo tanto, los vasos sanguíneos artificiales siempre serán un material importante para el tratamiento de enfermedades vasculares. En la actualidad, la investigación de materiales para vasos sanguíneos artificiales se inclina cada vez más hacia la bioquímica y la combinación de diversos materiales para hacerlos más similares a los organismos, o para guiar a los organismos a desarrollar nuevos vasos sanguíneos, con el fin de lograr efectos terapéuticos similares a los de los vasos sanguíneos biológicos.

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Este artículo ha sido redactado por el Departamento de I+D de Longchang Chemical. Si necesita copiarlo o reimprimirlo, indique la fuente.