预防人工生物心脏瓣膜钙化——德国学者最新探索性预处理方案

心脏瓣膜病是心脏疾病中最为常见的一种，多数病例涉及主动脉瓣狭窄，通常二尖瓣也会受到波及。通过外科手术或经导管置换人工瓣膜，显著增加了患者的预期寿命。综合多方面来讲，人工生物瓣膜比机械瓣膜更具优势，但随着时间发展，生物瓣膜可能会逐步钙化，从而限制其使用寿命。

德国弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所(IKTS)的研究团队，正尝试通过对人工生物瓣膜进行特殊的化学预处理来防治钙化的发生发展。

图1. 组合金属支架的生物心脏瓣膜。(图片来源：弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所)

当人体心脏瓣膜不能正常地打开和闭合，达到一定严重程度时，通常就需要使用人工瓣膜进行替换。当下生物瓣膜的发展趋势良好，而机械瓣膜则存在需要终生抗凝等劣势。不过，由猪主动脉瓣或牛心包制成的生物瓣膜，虽已经过特殊处理，但因钙化、磨损、体外疲劳寿命有限等问题，通常仅能持续使用10-15年。

羟基磷灰石结晶在瓣膜小叶上形成沉积并触发钙沉积物的形成，这个过程被专家称之为钙化。磷酸钙化合物沉积会对生物瓣膜性能产生负面影响，使其变得更窄，影响血液流动。弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所工与德国亚琛工业大学生物医学工程研究所、俄罗斯新西伯利亚Meshalkin国家医学研究中心密切合作，正探寻通过新的化学预处理方法，来避免沉积物的形成。

异种生物瓣膜，通常用戊二醛进行预处理，该类常用固定剂有助于稳固人工瓣膜的胶原支架。为了防止或延缓生物瓣膜的钙化和退化，Beshchasna博士团队及其合作伙伴正在尝试使用新的化合物。

在试验中，选择心包组织作为基础材料，使用活性物质分子进行稳固。试验中并未使用戊二醛做常规固定，而是使用双环氧化合物+双膦酸盐。工程师解释道，戊二醛可与胶原蛋白良好结合，但不能与同样是心包组成部分的弹性蛋白相结合，这也是为什么要寻找替代品，比如双环氧化物。在添加和不添加双膦酸盐(可抗骨质疏松)的情况下进行交联试验。

图2. 体外钙化试验结果，钙化损害心脏瓣膜功能(右)。(图片来源：弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所)

双环氧化物和双膦酸盐潜力巨大

首先，用戊二醛、双环氧化物、双环氧化物+双膦酸盐、双环氧化物+轻效防腐剂optiphen制备组织样品三周，以赋予组织样本新的特性。

然后，进行为期四周的钙化试验，以测试上述制剂在加速实验室条件下的效果。溶液pH值经缓冲处理后，与人体血浆pH值相匹配。

研究使用四类溶液，通过不同方式对八个心脏瓣膜进行化学预处理，并使用常规方法做分析，比如扫描电子显微镜、拉曼光谱和微计算机断层扫描等，以确定哪类处理对长期预防钙化最为有效。

体外测试结果表明，双环氧化物和双膦酸盐的组织固定特性良好，可非常优异的戊二醛替代品。Beshchasna指出，该类联合处理的潜力巨大，心包组织倾向于结合钙离子，而钙离子又会结合磷酸根离子，进而导致人工心脏瓣膜的钙化。双环氧化物和双膦酸盐则可起到抵消作用，并防止钙离子和磷酸根离子间的反应。

接下来的研究，是在新的化学预处理方案基础上，进一步做体外和体内试验测试，以及临床试验作验证，以构建使用效果更为优异的人工生物心脏瓣膜。