聚氨酯（PU）是一种(AB）n型的嵌段共聚物，由三种主要的化学单元以共价键连接形成，包括大分子二元醇或多元醇、二异氰酸酯和扩链剂。这三种成分的无数化学组合，产生了大量性质独特、功能各异的PU。在生物医学方面，PU材料的开发有着悠久的历史，并在各种医疗产品中取得了成功。人工心脏瓣膜是成熟的医疗器械，目前大多数植入用心脏瓣膜来自于外源心脏组织（如牛心包和猪瓣叶）。由于聚合物材料的高可控性和可设计性，基于聚合物瓣叶的人工瓣膜展现出低成本、易调控、微创、血液动力学优良等方面的开发潜力。事实上，许多聚合物已被探索用作瓣叶材料，包括硅橡胶、聚四氟乙烯 (PTFE)、膨体聚四氟乙烯 (ePTFE)、聚乙烯醇 (PVA)、聚(苯乙烯-异丁烯-苯乙烯) (SIBS) 和一系列聚氨酯（PU）。但迄今为止，由于血流动力学、血栓形成、钙化以及体内降解等挑战，还没有基于聚合物小叶的人工瓣膜取得商业成功。
在聚合物瓣叶的研究方面，含硅氧烷的 PU 表现出目前最好的生物稳定性和生物相容性，但往往缺乏令人满意的机械性能。许多PDMS-PU聚合物被合成和开发出来，并尝试用于人工心脏瓣膜。针对这一领域，美国Foldax公司的研究人员报告了一种生物医学级的硅氧烷基聚（氨基甲酸酯 - 脲）（LifePolymer），该材料专为人工心脏瓣膜开发1-4。在近期发表的Advanced Nanobiomed Research文章上，研究者详细探索评估了该材料的化学、力学性能、批次间一致性，以及生物相容性、稳定性等多方面的性能，为研究该材料的进一步临床化提供了基础。
作者首先报道了多个批次硅氧烷基聚（氨基甲酸酯 - 脲）（SiPUU）（LifePolymer，LP）物理、化学性质的表征结果，不同批次生产的聚合物在多个化学、物理指标上表现出优异的一致性，并能够满足人工心脏瓣膜在动态模量、撕裂能量阈值上的关键需求。随后，作者报道了基于LP的人工心脏瓣膜产品（Tria）的生物相容性评估，该评估遵循了ISO10993标准，涵盖了细胞毒性、急性全身毒性、致敏和基因毒性等，结果均未发现明显的毒性及组织损伤风险。同时，基于Tria萃取物的气相色质联用（GC-MS）及液相色质联用（LC-MS）结果确定了数十种化合物，并对每一种组分进行了安全边际（MOS）值计算，结果表明基于LP瓣叶的Tria瓣膜总体毒理学风险极小。
之后，作者将Tria瓣膜植入到羊主动脉中进行亚慢性临床前组织学评估。在140天的研究过程中，实验组及对照组的绵羊都没有观察到明显的健康问题，在LP对照组上均未观察到矿化、出血或瓣膜表面血栓问题。对照组（植入人类Carpentier-Edwards Perimount 2900-25mm主动脉瓣）的瓣叶显示少量的纤维组织覆盖。总体而言，Tria瓣膜与对照组相比具有相似或更优越的微观组织病理学表现，并没有在该动物模型中产生任何临床显著的现象或安全问题。
最后，作者报道了Tria的离体非人灵长类动物房室分流器的致血栓性。基于狒狒的体外血液循环实验表明，LP植入物的总体血小板沉积是最小的（<0.08 × 109血小板，60分钟），且纤维蛋白沉积低于伽马计数器检测限，纤维蛋白平均量为0.003 ± 0.007 mg。此外，作者还将预拉伸的LP膜植入兔皮下，测试了其3-6个月的生物稳定性。实验表明，LP 材料具有高度的生物稳定性，即使在施加大于瓣叶预期应变10倍应力的体内模型中，也具有相同表现。
人工心脏瓣膜瓣叶对材料的机械和生物性能要求非常苛刻。本文作者从多个方面研究了自身开发的基于硅氧烷基聚（氨基甲酸酯 - 脲）（LP）的性能，认为其显示出针对瓣叶使用的理想动态模量，具有高机械强度、低蠕变、高撕裂能量阈值以及体外和体内的生物稳定性。同时，规模化生产的批次间一致性、出色的ISO 10993生物相容性和体外血栓形成结果、毒理学风险评估的安全性等都证实Tria瓣膜装置设计中的LP生物材料的生物安全性。这些崭新的优异结果，为继续研究LP瓣叶应用于全人工心脏瓣膜中的可行性提供了多样化和实质性的证据基础。最新消息显示，基于LP的Tria系列瓣膜已获FDA批准进行临床试验5。
参考文献：
1. L. S. Dandeniyage,R. Adhikari,M. Bown,R. Shanks,B. Adhikari,C. D. Easton,T. R. Gengenbach,D. Cookson,P. A. Gunatillake,J. Biomed. Mater. Res. Part B, Appl. Biomater.2018,106,1712.
2. L. S. Dandeniyage,R. Adhikari,M. Bown,R. Shanks,B. Adhikari,C. D. Easton,T. R. Gengenbach,D. Cookson,P. A. Gunatillake,J. Biomed. Mater. Res. Part B, Appl. Biomater.2019,107,112.
3. L. S. Dandeniyage,W. Knower,R. Adhikari,M. Bown,R. Shanks,B. Adhikari,P. A. Gunatillake,J. Biomed. Mater. Res. Part B, Appl. Biomater.2019,107,2557.
4. L. S. Dandeniyage,R. Adhikari,M. Bown,R. Shanks,B. Adhikari,P. A. Gunatillake,Mater. Today Comm.2019,18C,110.
5. https://www.businesswire.com/news/home/20210126005365/en/Foldax-Biopolymer-Shown-to-Possess-Ideal-Properties-for-Heart-Valve-in-New-Published-Paper
WILEY
论文信息：
Assessment of a Siloxane Poly(urethane-urea) Elastomer Designed for Implantable Heart Valve Leaflets
Chris Jenney, Peter Millson, David W. Grainger, Robert Grubbs, Pathiraja Gunatillake, Simon J. McCarthy, James Runt, Jason Beith
Advanced Nanobiomed Research
10.1002/anbr.202000032
译者：潘奕辰，天津大学化工学院硕士研究生。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anbr.202000032