可吸收Mg-Li-Y合金丝用于临时心血管支架的生物腐蚀与生物相容性研究

《Materials Today Communications》：Biocorrosion and biocompatibility of absorbable Mg-Li-Y wires for temporary cardiovascular scaffolds

　　

可吸收金属在心血管应用中的使用已显示出相比传统永久性材料（如不锈钢或钴铬合金）具有潜在临床优势。其中，镁（Mg）因其良好的生物相容性、合适的力学性能、可控的吸收动力学以及日益增长的临床支持数据，处于可吸收支架设计研究的前沿。在该研究中，研究人员确定新型镁-锂-钇合金体系作为可吸收生物材料候选者具有优异特性。研究在两种钇含量（0.5%和2.0%，按重量计）下评估了腐蚀行为和组织学反应。研究发现，在体外和体内试验中，两种合金的腐蚀穿透速率和横截面积减少量相似。血管组织学显示，钇含量增加导致初始新生内膜增生更明显，但该反应于第28天消退。此外，在一个治疗组中应用聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）涂层可有效将腐蚀进展延迟至两个月，并在六个月内观察到完全降解。总体而言，镁-锂-钇合金的生物相容性和降解行为适用于血管支架。

生物可吸收金属在心血管介入治疗中展现出优于传统永久性金属（如不锈钢、钴铬合金）的临床潜力。这类材料可在完成血管支撑作用后逐渐降解吸收，有助于恢复血管天然结构与功能，并降低晚期支架血栓和慢性炎症的风险。镁（Mg）及其合金因良好的生物相容性、合适的力学性能、可控的吸收动力学以及日益丰富的临床证据，成为可吸收支架研究的前沿材料。然而，镁相对于传统支架材料存在强度与延展性不足的固有缺陷，限制了其在临床场景中的广泛应用。为改善这些性能，研究者尝试通过合金化途径，例如添加稀土元素（RE）和锂（Li）等。Macleod等人曾开发出Mg-4%Li-x%Y（x=0.5和2.0 wt%）冷拉丝材，其中锂可提高延展性，钇（Y）可固溶强化并改善耐蚀性。本研究以此为对象，系统评估两种钇含量（LW40：0.5%Y；LW42：2.0%Y）合金在体外与体内的生物腐蚀行为和生物相容性，以判断其是否适合用作临时血管支架材料。

研究通过多条技术路线综合评价了这两种合金。结果发现，尽管钇含量不同，两种合金在体外静态浸渍、皮下植入和腹主动脉植入模型中的腐蚀穿透速率与横截面积减少量均无统计学差异。组织学分析显示，较高钇含量的LW42在植入早期引起更明显的炎症反应和新生内膜变化，但至第28天两种材料均实现再内皮化。此外，PLGA涂层可显著延缓LW40的腐蚀进程，使其完全降解时间延长至6个月。上述结果表明，Mg-Li-Y合金体系具备作为临时血管支架生物材料的潜力，但需关注钇含量与第二相析出对炎症反应的影响。

关键技术方法包括：对冷拉态合金丝进行电化学抛光去除表面污染层；采用扫描电子显微镜背散射电子（BSE）成像定量Y-rich第二相粒子面积分数；进行体外静态浸渍腐蚀试验（样本浸于含10%胎牛血清的DMEM培养基，37°C、5%CO₂，时间点1-10天）；建立小鼠皮下植入模型（C57Bl/6雄性小鼠，每只左右两侧分别植入LW40与LW42），结合luminol发光成像评估急性炎症；建立小鼠腹主动脉植入模型（C57Bl/6小鼠，植入7、14、28天），进行组织学染色和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱成像（LAM）检测元素分布；对部分LW40丝材施加约16μm PLGA涂层，植入2和6个月。统计学分析采用非配对t检验（Welch校正），p<0.05为显著。

3.1 显微结构分析：光学显微镜显示两种合金均呈完全再结晶的等轴晶粒组织，晶粒尺寸约2μm（基于前期电子背散射衍射结果）。BSE定量分析表明，LW42的Y-rich第二相粒子面积分数为2.33%±0.15%，显著高于LW40的0.39%±0.11%（p<0.0001）。这说明增加的Y主要以第二相形式析出而非固溶在镁基体中。

3.2 体外腐蚀行为：将两种合金丝在含10%胎牛血清的DMEM中静态浸渍1-10天。LW40第1天表面形成不均匀腐蚀产物，第10天趋于均匀并出现白色氧化膜；LW42初始腐蚀产物较致密，第5天和第10天外观发生变化。尽管表面腐蚀产物形貌存在差异，两种合金在各时间点的径向穿透速率均无统计学差异。两种合金在浸渍第1天腐蚀速率较高（LW40：2619±289 μm/yr，LW42：2025±920 μm/yr），第7天均稳定至约446±52和471±142 μm/yr，表明形成了保护性氧化层。

3.3 皮下植入luminol检测：为比较两种合金急性炎症反应，研究人员在小鼠腹部左右侧分别植入LW40和LW42（配对设计），腹腔注射luminol后进行活体生物发光成像。结果显示，LW42在所有时间点的luminol信号均强于LW40，表明高Y含量合金在皮下诱导更强的活性氧相关炎症。然而，取出后的腐蚀测量显示两者的横截面积减少和穿透速率并无显著差异，提示炎症差异并非由降解速率不同所致。

3.4 血管组织学反应：采用腹主动脉植入模型比较两种合金在血管环境中的组织反应。LW40第7天出现由少数单核细胞和随后逐渐增加的梭形细胞构成的稳定新生内膜，并持续至28天。LW42第7天则出现大量单核细胞和多形核细胞，呈急性炎症特征，但新生内膜薄且梭形细胞少；第14-28天，其移植壁侧平滑肌层弹性纤维和长梭形细胞减少，中膜-外膜交界处单核细胞增多。免疫标记显示，LW40第7天的新生内膜细胞为α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性，而LW42第7天无α-SMA阳性细胞，至第14天才出现；第28天两种材料均见血管性血友病因子（vWF）阳性染色，表明再内皮化完成。

3.5 半定量元素成像：利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱成像（LAM）分析LW42植入后钇元素分布。结果显示⁸⁹Y信号在第14和第28天出现在血管外膜区，且远离植入界面，表明腐蚀产物正在被清除。同时，CD68和F4/80免疫标记显示外膜和植入界面处炎症细胞持续存在且随时间增加。

3.6 血管植入腐蚀行为：对植入腹主动脉的未涂层合金丝进行金相测量，显示两种合金在第7天穿透速率分别为918±292和635±70 μm/yr（LW40与LW42），无显著差异；第2-4周LW40保持稳定，与体外结果一致。两种合金均表现为均匀腐蚀，未出现局部开裂或完全降解。当LW40涂覆约16μm PLGA后，第8周穿透速率降至49 μm/yr，比未涂层4周值降低了约8倍；第25周左右完全转化为降解产物。

讨论部分指出，尽管预期更高Y含量可能因固溶强化提高耐蚀性，但LW42中增加的Y主要形成Y-rich第二相，未充分固溶，因此未观察到耐蚀性改善。皮下炎症增强更可能是由第二相颗粒丰度所致，而非元素Y本身的毒性。血管组织学表明，初始炎症差异最终不影响再内皮化，提示两种合金均具备血管相容性。PLGA涂层可延长支架支撑时间，且均匀腐蚀模式有利于可吸收血管支架（BVS）的长期安全性。研究还指出，锂腐蚀产物的命运需进一步研究。

研究结论部分可翻译为：在本研究中，研究人员评估了LW40和LW42丝材作为血管支架材料的生物吸收与生物相容性。研究确定，LW40和LW42合金丝在体外和体内模型中具有相似的腐蚀进展行为。与LW40相比，LW42中额外的Y含量对体外静态浸渍、体内皮下植入和体内血管植入腐蚀研究中的横截面积减少量和穿透速率影响可忽略不计。LW42材料中增加钇含量导致镁基合金第二相中Y-rich颗粒增多。这两种合金微观结构的差异在皮下植入时显示会增加炎症。然而，在血管植入物中，LW40和LW42均在第28天表现出再内皮化。在LW40上施加PLGA聚合物层可有效延缓腐蚀进展，使其完全腐蚀时间延长至6个月。