将支架设计与微观结构表征相结合，以改善可吸收支架的临床效果

《Materials Reports: Energy》：Integrating stent design and microstructural characterization to improve clinical outcomes of bioresorbable stents

生物可吸收支架的临床失败与微结构应变失配相关，通过调控聚乳酸-羟基乙酯共聚物（PLCL）的微结构排列与支架应力分布匹配，可优化降解均匀性并降低血栓风险。研究结合有限元分析、拉曼光谱和加速降解实验，发现 tailored设计能平衡轴向与环向链取向及结晶度，使应力分布更均匀，延长支架寿命。

　　### 生物可降解支架的临床挑战与改进策略

生物可降解支架（Bioresorbable Stents, BRS）最初被设想为一种革命性的工具，用于治疗心血管疾病。它们的设计目标是提供短期支撑，随后逐渐降解，最终消失，从而避免永久植入物可能带来的长期并发症。然而，尽管其在理论上具有诸多优势，实际临床应用中却面临显著挑战。尤其是与传统永久性支架相比，生物可降解支架的血栓形成率更高，这成为其临床失败的关键因素之一。

血栓形成是心血管疾病治疗中一个重要的风险因素，不仅影响支架的功能，还可能导致严重的心肌梗死。这一问题在生物可降解支架中尤为突出，主要归因于其在制造和植入过程中产生的应变诱导的微观结构破坏。这种破坏导致支架材料的结构完整性非均匀性丧失，进一步加剧了血栓风险。因此，如何优化支架的微观结构，使其能够适应植入过程中的应力分布，是提高其临床表现的关键。

本研究通过系统分析支架的微观结构特性，揭示了其与应力分布之间的复杂关系。研究团队开发了一种框架，用于理解支架在制造和植入过程中形成的微观结构特性，并试图通过这一理解来改善支架的临床性能。他们分析了不同聚（L-乳酸-ε-己内酯共聚物）（PLCL）支架配置的结构降解和血栓形成情况，并将其与支架的微观结构特征联系起来。研究结果表明，那些微观结构经过精心设计以匹配支架设计应力分布的配置，表现出最佳性能。这一发现强调了将制造材料特性与植入过程中应力分布对齐的重要性，以维持支架的微观结构完整性并提高其临床效果。

### 材料特性与微观结构

PLCL是一种半结晶性聚合物，具有独特的微观结构，包括不同取向的晶体域和无定形区域。这种微观结构对支架的宏观性能有着重要影响，例如机械强度和降解速率。因此，对支架制造过程中产生的微观结构有序性以及植入过程中由于热和机械应变导致的异质性进行表征，对于预测其临床表现至关重要。

研究团队通过拉曼光谱技术对支架的微观结构进行了深入分析。拉曼光谱可以用于检测聚合物链的取向和结晶度。通过分析不同方向的拉曼信号强度，他们能够量化支架在制造和植入过程中微观结构的变化。研究发现，非定制的支架在制造时表现出较强的环向链取向，而定制的支架则在轴向和环向之间实现了更均匀的链取向。这一差异在植入过程中进一步放大，导致非定制支架在高应力区域出现更多的微观结构破坏。

此外，研究还揭示了支架的结晶度分布对降解行为的影响。结晶区域由于其较高的分子排列密度，通常降解速度较慢，而无定形区域则更容易发生链断裂和自催化降解。因此，支架的降解过程不仅受到其初始微观结构的影响，还受到植入过程中产生的应变和温度变化的调控。这些发现为优化支架的微观结构提供了重要的理论依据。

### 植入过程对微观结构的影响

支架在植入过程中的表现与其制造时的微观结构密切相关。在本研究中，支架的制造和植入过程被仔细模拟和分析。通过控制激光切割参数，研究团队确保了所有支架在制造时的表面粗糙度一致，以减少变量干扰。随后，支架在模拟血管环境中进行植入测试，包括压缩和扩张步骤。

在压缩阶段，支架被逐渐压缩至2.0毫米直径，而扩张阶段则通过气球膨胀模拟了实际的血管扩张过程。这些步骤不仅改变了支架的形状，还对其微观结构产生了显著影响。研究发现，非平衡设计的支架在植入过程中经历了更大的微观结构破坏，表现为聚合物链的取向失衡和局部无定形化。相比之下，平衡设计的支架在植入后仍能保持较好的微观结构完整性，从而减少了局部异质性，提高了支架的机械性能。

这种微观结构的变化直接影响了支架的降解行为。非平衡设计的支架在高应变区域更容易出现裂纹和碎片化，而平衡设计的支架则表现出更均匀的降解模式。这一发现表明，通过优化支架的微观结构，可以有效延长其使用寿命，并降低临床风险。

### 降解行为与血栓形成

支架的降解行为是其临床表现的重要指标之一。研究团队通过加速热降解模型评估了不同PLCL支架配置的降解过程。在48°C的磷酸盐缓冲液（PBS）中，支架的降解速度随着时间的推移而增加。在第15天，非定制、非平衡支架的降解率达到8.37%±0.61%，并在第30天上升至20.89%±0.57%，到第45天时达到34.72%±1.65%。这种降解模式导致支架的结构完整性逐渐丧失，进而增加了血栓形成的风险。

通过共聚焦显微镜观察，研究团队发现非平衡支架在高应变区域更容易出现裂纹和碎片化，而平衡支架则表现出更稳定的降解行为。此外，血栓形成程度与支架的降解程度密切相关。在植入初期，所有支架均表现出较低的血栓形成风险，但随着降解的加剧，血栓形成率迅速上升。最终，非平衡支架在45天后几乎完全断裂，而平衡支架则在保持结构完整性的同时，也表现出一定程度的血栓形成。

这一结果强调了支架的结构完整性对其血栓形成风险的重要性。虽然定制的平衡设计在一定程度上降低了血栓形成的风险，但当支架高度降解时，其仍然无法完全避免血栓的形成。因此，除了优化支架的微观结构外，还需要考虑支架的生物相容性和组织整合能力，以确保其在降解前能够有效减少血栓风险。

### 血栓形成机制与临床意义

血栓形成是生物可降解支架面临的主要临床挑战之一。在本研究中，通过拉曼光谱和共聚焦显微镜的结合，团队能够评估支架在不同降解阶段的血栓形成情况。研究发现，金属支架由于其较高的机械强度和稳定性，通常表现出较高的血栓形成率，而生物可降解支架在初期则显示出较低的血栓风险。然而，随着支架的降解，其结构完整性下降，导致更多的血栓形成。

此外，支架的表面特性也对其血栓形成风险有重要影响。激光切割过程中产生的表面粗糙度和功能化处理可能进一步增加血栓形成的可能性。因此，优化支架的表面特性是提高其临床表现的重要方向之一。尽管本研究中采用了统一的激光切割参数以减少表面粗糙度的差异，但进一步的表面分析仍然是必要的。

研究团队还通过HGB/LDH比值来量化血栓形成程度。这一指标能够反映支架在不同降解阶段的血栓形成风险。结果显示，非定制、非平衡支架在45天后表现出较高的血栓形成率，而定制、平衡支架则在保持结构完整性的同时，降低了血栓风险。这一发现为未来生物可降解支架的设计提供了重要的参考。

### 结论与未来方向

本研究揭示了生物可降解支架在制造和植入过程中微观结构变化对临床表现的影响。通过系统分析支架的应力分布和微观结构特性，研究团队发现，支架的性能不仅取决于其材料特性，还与其设计和制造工艺密切相关。特别是，支架的微观结构需要与植入过程中的应力分布相匹配，以减少局部异质性，提高其机械性能和降解行为的可控性。

为了进一步优化生物可降解支架的临床表现，未来的研究需要在多个方面进行探索。首先，支架的微观结构设计应更加精细，以确保其在不同应变条件下的稳定性。其次，支架的表面特性也需要进一步优化，以减少血栓形成的风险。此外，支架的降解行为应与组织整合过程相结合，以确保其在降解前能够有效支持血管的重塑。

最后，研究团队提出了一种双管齐下的开发策略。一方面，通过预测支架植入后的微观结构，可以优化其制造和设计参数，以减少材料与应力之间的不匹配。另一方面，通过调整支架的几何形状和制造工艺，可以进一步降低血栓形成的风险。这种综合性的方法有望为生物可降解支架的临床应用提供新的思路和解决方案。