导读：

近日，来自中山眼科中心林明楷主任联合华东理工大学机械与动力工程学院殷瑞雪副教授团队在国际著名学术期刊BioMedical Engineering OnLine发表了题为“A glaucoma micro-stent with diverging channel and stepped shaft structure based on microfuidic template processing technology” 的研究论文。殷瑞雪教授为论文通讯作者，林明楷主任为共同通讯。

前言：

微创青光眼手术 （MIGS）近年来发展迅速，为患者和医生提供了更多治疗选择，MIGS旨在尽量减少对结膜和巩膜的损伤，通过各种技术增强房水流出，并最终降低眼压（IOP）。而聚合物水凝胶材料具备灵活的柔韧度和良好的生物相容性，可作为微型青光眼引流支架的主要材料。本研究通过微流控模板加工技术制备引流支架植入物，分别对其力学性能、材料稳定性、生物相容性和引流可行性进行分析。本研究显示，与XEN凝胶支架相比，引流支架的最大应力值明显较低，且初始引流效率约为XEN支架的5.76倍；同时引流支架材料稳定，生物相容性良好，无细胞毒性。MIGS作为青光眼治疗的前沿革命性技术，为青光眼患者提供了比传统青光眼手术更安全、创伤更小、风险更小的手术干预措施。

研究结果

1. 支架表征

准备好引流支架进行表面处理、干燥和灭菌。测量支架的外周尺寸，支架的设计规格为全长6mm，外径呈阶梯状。支架植入眼内后，支架的纵切面与组织将呈现楔形接触，相较等水平长度下水平接触可以提供更大的接触面积，当支架受力移动时将同时承受摩擦力和组织的水平分力，二者共同阻碍引流支架的运动，有助于降低支架的移位概率。当注射器缓慢推动时，可在支架出口(d)处观察到液体流出，在纯水中产生均匀的气泡(e)和(f)，表明支架具有良好的流通性。

图1：引流支架传导实验装置。a引流管的前段；b 过渡段；c 尾段；d 缓慢推动注射器，液体在支架出口处溢出；e、f 缓慢推动注射器，支架出口在纯净水中冒出气泡。

2. 支架的体外降解

使用称重和气相色谱-质谱分析支架的降解速率和沉淀物，引流支架在12个月内的平均降解率为1.5%，说明了支架材料的长期稳定性。在制造过程中，引流支架表面经过半胱氨酸浸泡处理并引入光敏剂。经过半胱氨酸处理后，在810cm-1与1640cm-1处的碳碳双键消失，表明引流支架表面没有活性双键（红外光谱图2b）。最终样品浸提液的质谱（图2c）中没有与2959引发剂和半胱氨酸匹配的峰，说明支架表面经处理后无有害物质残留。

图2：a 支架在 12 个月内的降解结果（p 值> 0.05，表明没有显着差异）；b IR 光谱显示浸入半胱氨酸后支架表面双键的变化；c 气相色谱法 - 样品提取物的质谱图；;d 标准库中 2959 引发剂和半胱氨酸的质谱分析。

3. 支架内的流动特性

通过比较等径引流支架和渐扩内径引流支架的初始引流量，可以直观地比较它们的引流效率。等径引流支架的初始引流效率为17.75 μL/min，而渐扩内径引流支架的初始引流效率为23.52 μL/min，比等径支架高约32%。商用支架XEN的内径为45μm，初始引流速率为4.08 μL/min。渐扩内径引流支架的初始引流效率比XEN支架高5.76倍。

4. 支架的机械性能

引流支架植入后由于角膜曲率影响会发生弯曲变形从而产生应力集中的情况。图3为本研究中提出的渐扩内径引流支架和商用XEN支架的力学模拟结果。对比图3b与图3c或图3d与图3e，对于外部结构相同的支架，渐扩内径支架的最大应力值小于等内径支架。在相同的外力作用下，管径越小的支架应力集中程度越高。值得注意的是，本研究设计支架应力集中值比目前流行的商用支架小2-3倍，理论上具有更强的抗弯折能力。

图3：力学仿真结果。a XEN凝胶支架;b 外径轴段分布：250μm轴长1 mm，150μm轴长3 mm，过渡段2 mm，渐扩内径60-70μm；(c)外径轴段分布250μm轴长1 mm，150μm轴长3 mm，过渡段2 mm，等径65μm；(d)外径轴段分布250μm轴长1 mm，200μm轴长3 mm，过渡段2 mm，渐扩60-70μm；(e)外径轴段分布250μm轴长1 mm, 200μm轴长3 mm，过渡段2 mm，等径65μm

5. 支架的生物相容性

皮下植入实验：在SD大鼠的背部做了一个切口。然后将引流支架植入皮下组织。通过在植入后第2周、第4周和第3个月进行切片来观察组织炎症。与对照组相比，植入后3个月皮下组织未观察到炎症反应。表明在长期内引流支架不会诱发炎症反应。

图4：皮下植入实验。a SD大鼠背部皮下植入引流支架；bSD大鼠植入支架部位的组织学切片

6. 支架在兔眼内的性能

根据动物实验的结果，观察到在支架植入后一周内滤过泡的大小保持相对稳定，表明支架具有稳定引流的功能。最初引流支架植入后眼压迅速下降，随后趋于稳定。植入后除观察到滤过泡血管密度增加外，无其他并发症发生。动物实验证明了支架的手术可行性和短期植入安全性。

图5：术后第一周眼压的波动

研究创新性

本研究开发了一种新型青光眼引流支架，该支架的应力集中值理论上比目前市售的XEN凝胶支架小 2-3 倍，表明抗弯曲性更强，且初始引流效率比XEN支架高5.76倍，梯度外径的设计可有效降低移位率。体外模拟实验和兔子动物试验也验证了支架良好的稳定性与安全性。综上，本研究提出的渐扩内径引流支架可作为一种低成本、高效率的微创青光眼手术（MIGS）器械制备新方法，为青光眼的滤过性治疗提供更多的选择。

专家点评

林明楷教授

中山眼科中心

微创青光眼手术是目前青光眼治疗的新趋势，不断改进手术装备和技术，提高疗效和安全性，成为眼科领域的热点和难题。本研究将新型材料与微创技术深度融合，通过微流控模板技术开发出符合房水引流特点的聚合物水凝胶引流支架，并借助推注装置和针刺技术准确安放于前房与结膜下，可望实现房水的精准引流和眼压的有效控制，为青光眼患者提供微创、高效、可及的方法。

殷瑞雪副教授

华东理工大学机械与动力工程学院

该研究在微创青光眼手术（MIGS）领域取得了重要进展，通过创新的微流控模板技术开发出具有优异力学性能和生物相容性的聚合物水凝胶引流支架，为青光眼治疗提供了更安全、创伤更小的解决方案。这一成果体现了材料科学与微创技术的深度融合，有望推动青光眼手术的精准化与个性化发展。

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