产业用针织结构纺织品应用(2)

——经编结构心脏瓣膜增强材料

数十年来，纺织品移植物和更特别的经编移植物在日常临床实践中被广泛使用——尤其是作为人造血管和网眼植入物。

在开发这些替换结构时，一方面主要的要求关于生物相容性，也就是植入与生物体内环境的相容性。人体对外来物的排斥反应应越小越好。另一方面，必须确保移植点的功能兼容性。在这种情况下，医疗纺织品的结构和机械特性必须适应受体组织，比如人造血管的可延伸性，网眼植入物的弹性和孔径——通过经编技术可以很好地满足各类要求。由于现代经编机上有许多调节选项，比如改变结构、机器的机号、线圈密度，因此特别适合生产用与研发用与移植的纺织品。比如，在单向拉伸负荷下，经编纺织品展示的应力/应变曲线与许多内生的组织类型相同，也就是张力越高，应力首先会随之平缓增加，然后跟随线圈的延长急剧上升。这个曲线可以归因于从结构到材料应变的转变，这个现象在胶原蛋白上也有发生，它是皮肤、骨头、肌腱、软骨组织和血管的主要纤维部分。

血管工程中经编织物的使用

世界各地正在进行大量有关改进现有经编植入物以及开发新产品的研究，这也适用与亚琛工业大学的纺织技术研究院，这里的研究人员用两台双针床拉舍尔经编机生产植入物结构。这些灵活的机器能够用来生产带或者不带分叉点的二维管状结构，也就是分支或者分叉，也可以生产经编间隔纺织品——以各科医生、生物学家和纺织工程师起草的技术参数为基础。不同学院间的合作有亚琛工业大学的“组织工程学和纺织品植入物”教学和研究部门的StefanJockenhovel教授进行协调。纺织增强植入物以组织工程学的经编结构为基础。整个生产链遵循以下箴言“从颗粒到植入物”。

教学研究部LuF的组织工程学“组织工程学和纺织品植入物”是以纤维蛋白为基础的，凝血蛋白用来生产细胞支撑结构。在制造过程中，这些所谓的支架和细胞混合，用经编结构加固。生产的替换组织在机体内只会出现轻微的排斥反应，和医院传统的用药治疗不同。植入物也可以在组织内生长，适应环境。这是因为用与生产组织工程替换结构的活细胞与可吸收的支架和增强结构可以溶于身体中。

LuF研发的纺织增强纤维蛋白支架的例子“组织工程学和纺织品植入物”是血管复合组织移植，管状、经编织物或者生物涂层支架的增强人造血管，纤维蛋白凝胶，经编线状纺织品，用来重新打开血管结构狭窄的区域。心脏瓣膜、经编增强结构将会进一步被讨论。

可移植的心脏瓣膜

心脏瓣膜病呈上升趋势，增加了全世界的社会经济危机。如果损坏的瓣膜不能重建，会植入新的来进行替换。如今已开始使用机械、生物学或者捐献的心脏瓣膜，所谓的同种移植物。三种类型的替换瓣膜有很大的缺陷。例如，当使用机械心脏瓣膜时，为了抑制身体中的排异反应，病人余生必须忍受抗凝治疗。另一方面，生物心脏瓣膜有退化的迹象，因此，使用寿命有限。最后，使用同种移植的治疗会受兼容供体器官的限制。组织工程心脏瓣膜有巨大的潜力来降低这些缺陷，产生的排异较低，大部分病人可以使用。

目前，传统组织工程学的心脏瓣膜系统的阀门功能不足。这对于LuF“组织工程学和纺织物植入物”是一个很好的理由来开发一款经编增强织物制成的改良版最小排异的组织工程学版本（图1）。

经编增强纺织品制成的组织工程学心脏瓣膜

为了增加结构的稳定性、经编面料结合到新的移植组件，从而减少了细胞植入后的培养时间。这使得病人可以快速地置换阀治疗。这个阀必须足够稳定，同时在经编纺织品上的排异反应较小。

据Goetzel al所说，用简单的圆柱形代替复杂的阀设计，缝合到体内自膨式镍钛合金支架上。由于心室舒张和收紧阶段的延迟——舒张——移植物会收缩且完全封闭（图1）。医用聚酯合成纤维制成的管状经编网眼结构，用作增强结构，在机号为E30的DR 16 EEC/EAC机器上生产，每厘米15个线圈，为了将平坦的经编结构改变为需要的圆柱体，研究人员将其张紧在拥有特殊直径的芯轴上，在200度的锅炉中进行热定型，在随后的成型加工过程中，向管状的经遍布中注入纤维蛋白凝胶、活肌肉细胞和肌成纤维细胞。通过生物反应器中生理状态下21天的培养，植入体内的组织层内部已经足够稳定。

一旦这个被生产出来，就得进行测试。在测试期间增强植入物能够在体外展示功能特性，经过多次曲折的测试后，这个组织工程瓣膜置换完全保留了打开和闭合的能力。进一步测试表明通过使用经编管状增强结构，膨胀强度可以提升三倍。

结论

在组织工程学领域，经编结构提供许多用于增强支架材料的方法。多亏了各种各样的机器设置和可加工的纱线，经编结构可以很好地适合机体组织或者必须更换的器官。这个标志着有合适的替代物可以成功地应用在治疗人体的缺陷中。

图1：组织工程心脏瓣膜最小排异状态（A），压迫和放松时的状态（B）

来自《经编实践》,2015, 1: 23

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