一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于医用材料领域，涉及一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置及其制备方法与应用。


背景技术：

2.肺结节是指胸片、ct(computed tomography，电子计算机断层扫描)上发现肺上有结节状或者球形的病灶,直径在3cm及以下，是一种原因不明的多系统、多器官的肉芽肿性疾病，病变常见于肺和胸内淋巴结，早期患者无症状，多在做胸片检查时发现。由不同原因导致的肺结节，其病情严重程度也不同，例如炎症、自身免疫性疾病导致的肺结节，病情通常不严重。如果是支气管肺癌等肺部恶性肿瘤引起的肺结节，病情通常比较严重。
3.随着低剂量螺旋ct(low-dose computed tomography，ldct)扫描检查的普及，愈来愈多的孤立性周围型肺小结节(subcentimeter pulmonarysmall nodule，spsns)(结节直径《1cm)被检出。由于存在一定的恶性概率，因此肺小结节的诊断和治疗，已经成为临床医生关注的重点。针对肺小结节，传统的检查手段如穿刺活检、支气管镜、正电子发射断层显像-x线计算机体层成像(pet-ct)等难以明确诊断，而电视胸腔镜手术(video-assisted thoracoscopic surgery，vats)已经成为肺小结节诊断及治疗的重要手段。对于需要进行干预治疗的肺结节通常需要外科医生进行切除。但是由于结节大多数情况都是存在于组织内部，在外科手术中需要进行明确的标记来实现准确的切除，所以对于结节的定位对于手术的成功开展具有直观的意义。因此，如何在术中尽快对肺小结节精确定位、如何最大限度地精准地切除肿瘤、又最大限度地保护肺功能，是胸外科医生面临的重要课题。
4.目前已有多种术前定位技术可以有效提高手术的安全性及结节切除的成功率例。目前肺小结节辅助定位技术主要包括：(1)ct引导下经皮穿刺辅助定位；(2)支气管镜下穿刺辅助定位；(3)ct虚拟3d辅助定位。
5.ct引导下经皮穿刺辅助定位是指：在ct引导下，经皮肺穿刺，放置金属弹簧圈、金属钩、金属锚钉等进行定位，也可以注射染色剂、核素进行定位。然而，这类定位方式要求患者在定位后48到72小时内就必须进行切除手术，同时要求在手术过程中能将标记物取出，另外金属锚钉等有刮伤组织的风险。而且该类的标记物限制了对于术者对于手术治疗的选择性，导致患者需要进行多次手术治疗，耗费医疗资源同时增加了患者的痛苦。
6.支气管镜下穿刺辅助定位比较常用的是电磁导航支气管镜(electromagnetic navigation bronchoscopy，enb)下穿刺定位技术，enb是在薄层ct重建图像的基础上，利用体外电磁定位板来引导支气管内带微传感器的探头进行病灶定位。然而这种方法存在以下三个弊端：第一，定位的精度受到支气管镜技术的制约，改用更细的注射导管可帮助引导支气管镜进入更细的外周支气管，从而提升对外周肺小结节的定位精度，但会显著提高操作的难度。第二，定位操作步骤繁琐，对麻醉的要求较高，需要经验丰富的医师进行操作，操作时间较大多数传统定位方法更长。第三，定位费用较高，不利于临床推广。
7.而包括3d打印辅助定位技术以及虚拟现实辅助定位技术在内的ct虚拟3d辅助定位技术由于技术要求及成本太高，相关应用较少，短时间内临床推广比较困难。
8.因此，如何提供一种新型有效的标记肺结节的方法，以实现定位标记准确、对切除手术排期要求宽松、不需要取出标记物、避免标记物对于组织的损伤、减少手术次数、减轻患者痛苦，节约医疗资源的目的，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置及其制备方法与应用。
10.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置(见图1)，所述锚定装置包括可降解水凝胶固体和可降解缝合线，其中，部分可降解缝合线置于可降解水凝胶固体中；
12.所述部分可降解缝合线占可降解缝合线总长度的1％-99％，例如1％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％等。
13.所述可降解水凝胶固体由可降解水凝胶材料制得，所述可降解凝胶材料具有由第一交联聚合物和第二交联聚合物互相穿插形成的网络互穿结构，所述第一交联聚合物和/或第二交联聚合物上接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团；
14.所述活性官能团包括以下三类基团中的任意一种或至少两种的组合：能够与氨基反应形成共价键连的琥珀酰亚胺酯基、醛基或edc活化的羧基；能够与巯基反应形成共价键连的马来酰亚胺基或碘代乙酰基；能够与羧基反应形成共价键连的碳二亚胺基。
15.edc中文名为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。
16.所述结节可以位于任意器官，例如肺、子宫等。
17.优选地，所述可降解水凝胶固体的形状为圆柱体或棱柱体。
18.优选地，所述水凝胶固体的直径或宽度为0.5-6mm，例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm等。
19.所述可降解缝合线(无论是在可降解水凝胶固体内或外)的形态不受限制，可伸直或弯曲成任意形状(见图1)。
20.第二方面，本发明提供一种如第二方面所述的用于结节标记定位的可降解的锚定装置的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
21.以单体和第一交联剂为原料聚合并交联合成第一交联聚合物，随后在第一交联聚合物存在的体系中让亲水性聚合物与第二交联剂反应合成第二交联聚合物，第一交联聚合物和第二交联聚合物互相穿插形成网络互穿结构，即得所述可降解水凝胶材料，将所述可降解水凝胶材料与可降解缝合线一同干燥固化，即得所述用于结节标记定位的可降解的锚定装置；
22.具体包括：将水、单体、亲水性聚合物、引发剂、第一交联剂和接枝偶联剂混合，得第一反应液，引发聚合、交联及接枝偶联反应，反应完成得到聚合物溶液，将聚合物溶液与第二交联剂混合，得第二反应液，将第二反应液与可降解缝合线置于模具中，再次引发交联反应，干燥固化，即得。
23.优选地，所述单体包括丙烯酸及其衍生物、丙烯酰胺及其衍生物或乙烯基吡咯烷酮及其衍生物中任意一种或至少两种的组合。
24.优选地，所述亲水性聚合物包括聚丙烯酸及其衍生物、透明质酸及其衍生物、海藻酸盐、明胶、纤维素或壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合。
25.优选地，所述引发剂包括二苯甲酮及其衍生物、过硫酸盐、偶氮二异丁腈及其衍生物、α-酮戊二酸、2-羟基-4
′‑
(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
26.优选地，所述接枝偶联剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺及其衍生物、n-羟基琥珀酰亚胺及其衍生物、n-羟基琥珀酰亚胺酯及其衍生物、氨基乙基酯及其衍生物、氨基乙基丙烯酰胺及其衍生物、马来酰亚胺及其衍生物或丙烯醛及其衍生物中的任意一种或至少两种的组合。
27.优选地，所述第一交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯及其衍生物、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、n-羟基琥珀酰亚胺、草酰二肼、己二酰二肼、戊二醛或氧化葡聚糖中的任意一种或至少两种的组合。
28.优选地，所述第二交联剂包括氯化钙和/或硫酸钙。
29.优选地，所述反应液中，单体的质量分数为10-30％，亲水性聚合物的质量分数为1-5％，引发剂的质量分数为0.004％-0.012％，所述接枝偶联剂的摩尔数为单体摩尔数的1/(2-8)，所述第一交联剂的摩尔数为单体摩尔数的1/(250-400)，所述第二交联剂的质量为亲水性聚合物质量的1/(6-10)。
30.上述10-30％中的具体数值例如10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％等。
31.上述1-15％中的具体数值例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等。
32.上述0.004％-0.012％中的具体数值例如0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％等。
33.上述(2-8)中的具体数值例如2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8等。
34.上述(250-400)中的具体数值例如250、275、300、325、350、375、400等。
35.上述(6-10)中的具体数值例如6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10等。
36.优选地，所述引发聚合、交联及接枝偶联反应的条件包括紫外光照或加热，所述再次引发交联反应的条件包括紫外光照或加热。
37.优选地，所述紫外光照的强度为10-500mw/cm2，例如10mw/cm2、20mw/cm2、30mw/cm2、40mw/cm2、50mw/cm2、60mw/cm2、70mw/cm2、80mw/cm2、90mw/cm2、100mw/cm2、150mw/cm2、200mw/cm2、300mw/cm2、400mw/cm2、500mw/cm2等。
38.优选地，所述加热的温度为30-70℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃等。
39.优选地，所述干燥固化的方式包括冷冻干燥。
40.第三方面，本发明提供如第一方面所述的用于结节标记定位的可降解的锚定装置或如第二方面所述的用于结节标记定位的可降解的锚定装置的制备方法在制备结节标记定位装置中的应用。
41.第四方面，本发明提供一种结节标记定位装置，所述结节标记定位装置包括如第一方面所述的用于结节标记定位的可降解的锚定装置、穿刺针、推送装置、卡扣和保护管。
42.本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
43.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
44.本发明创造性地将可降解水凝胶材料+可降解缝合线用于结节定位标记，实现了定位标记准确、对切除手术排期要求宽松、不需要取出标记物、避免了标记物对于组织的损伤、减少手术次数、减轻患者痛苦，节约医疗资源的目的。
45.具体地，本发明创造性地将可降解缝合线与可降解水凝胶固体组合成锚定装置，替换现有技术中用的定位线+金属锚定针的组合。
46.现有技术进行肺结节定位标记时，借助穿刺针等装置将定位线+金属锚定针送至肺结节处，金属锚定针起固定作用，固定标记后，术者通过定位线找到病灶位置，进行切除，切除的同时需要取出定位线和金属锚定针。
47.而本发明进行肺结节定位标记时，同样可借助穿刺针等装置将由可降解缝合线与硬质棒状的可降解水凝胶材料组合成的锚定装置送至肺结节处，水凝胶与体液接触发生溶胀，填充由穿刺针形成的穿刺道，完成固定，同时，由于水凝胶材料接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团，因此可进行辅助固定。固定标记后，术者通过缝合线找到病灶位置，进行切除，由于水凝胶与缝合线均可降解，因此不需要取出。
48.相比之下，本发明的设计在结节标记定位中具有如下优势：
49.(1)金属锚定针有划伤组织的风险，本发明采用水凝胶材质可以通过溶胀以及粘结特性来实现固定，不会出现组织划伤的问题。
50.(2)采用金属锚定针时需要直径比较大的穿刺针，有可能引起气胸的风险，而水凝胶可以制作成更小尺寸的结构实现经导管的递送，避免了引起气胸。
51.(3)金属锚定针不可降解，需要取出。本发明水凝胶及缝合线均采用可降解的材质，可以被组织吸收，避免了介入手术的进行。
52.(4)现有技术的定位方式要求患者在定位后48到72小时内就必须进行切除手术，限制手术的排期；本发明采用可降解的锚定装置，患者在进行结节标记手术后，只需要在水凝胶降解之前进行手术即可，可以增加术者对于患者手术的排期，也可以选择不进行结节摘除手术。
附图说明
53.图1为锚定装置的结构图，可降解缝合线可伸直或弯曲成任意形状。
54.图2为结节标记定位装置的部件结构示意图。
55.图3为结节标记定位装置整体结构示意图。
56.图4为去除保护管后的结节标记定位装置示意图。
57.图5为将去除保护管的结节标记定位装置送入肺结节处的示意图。
具体实施方式
58.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
59.以下实施例中，若无特殊说明，所有的试剂及耗材均购自本领域常规试剂厂商；若无特殊说明，所用的实验方法和技术手段均为本领域常规的方法和手段。
60.海藻酸钠：cas号：9005-38-3，供应商：adamas，货号：01487725。
61.可降解缝合线：供应商：华利康医疗器械有限公司，注册证号：国械注准20193021967。
62.明胶：供应商：碧云天，货号：041123916。
63.壳聚糖：cas号：9012-76-4，供应商：adamas，货号：01487723。
64.聚乙二醇二丙烯酸酯：供应商：赛默飞，货号：046493。
65.实施例1
66.本实施例提供一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置，所述锚定装置由可降解水凝胶固体与可降解缝合线组成，制备方法如下：
67.s1.水凝胶合成：向纯水中加入单体丙烯酰胺、亲水性聚合物海藻酸钠、引发剂过硫酸钾、交联剂亚甲基双丙烯酰胺(第一交联剂)和接枝偶联剂马来酰亚胺基乙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯，得反应液，反应液中丙烯酰胺的质量分数为10％，海藻酸钠的质量分数为2％，过硫酸钾的质量分数为0.01％，马来酰亚胺基乙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯与丙烯酰胺的摩尔数之比为1:8，亚甲基双丙烯酰胺的摩尔数为丙烯酰胺摩尔数的1/400，随后升温至60℃，引发聚合、交联及接枝偶联反应，反应完成得到聚合物溶液，聚合物上接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团(琥珀酰亚胺酯基)；向聚合物溶液中加入交联剂氯化钙(第二交联剂)，氯化钙的质量为亲水性聚合物海藻酸钠的1/10，混匀得混合液，将可降解缝合线置于管状模具中，并将混合液注入管状模具中，加热至60℃引发交联反应，反应完全后在模具中形成内含可降解缝合线的棒状水凝胶材料；
68.s2.干燥固化：对管状模具及其内的棒状水凝胶材料进行去气泡及抽真空处理，然后一起置于冷冻干燥机中在-60℃条件下进行48h的冷冻干燥，去除材料中的溶剂成分并形成硬质棒状固体(圆柱体)，即为所述用于结节标记定位的可降解的锚定装置，密封保存待用。
69.实施例2
70.本实施例提供一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置，所述锚定装置由可降解水凝胶固体与可降解缝合线组成，制备方法如下：
71.s1.水凝胶合成：向纯水中加入亲水性聚合物明胶，磷酸盐缓冲液，放置在70℃的环境中进行溶解，再加入单体丙烯酰胺，引发剂过硫酸钾，交联剂亚甲基双丙烯酰胺(第一交联剂)和接枝偶联剂马来酰亚胺基乙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯，得反应液，反应液中丙烯酰胺的质量分数为10％，明胶的质量分数为7％，引发剂过硫酸钾的质量分数为0.01％，马来酰亚胺基乙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯与丙烯酰胺的摩尔数之比为1:8，亚甲基双丙烯酰胺的摩尔数为丙烯酰胺摩尔数的1/400。另外在纯水中加入葡聚糖(6％)，高碘酸钠(7％)，避光搅拌12小时进行充分反应，将搅拌后的溶液透析72小时得到氧化葡聚糖，将透析后的氧化葡聚糖进行冻干制备成粉剂。将氧化葡聚糖粉剂加入反应液中，随后升温至50℃，引发聚
合、交联及接枝偶联反应，反应完成得到聚合物溶液，聚合物上接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团(琥珀酰亚胺酯基)。将可降解缝合线置于管状模具中，并将混合液注入管状模具中，加热至50℃引发交联反应，反应完全后在模具中形成内含可降解缝合线的棒状水凝胶材料；
72.s2.干燥固化：对管状模具及其内的棒状水凝胶材料进行去气泡及抽真空处理，然后一起置于冷冻干燥机中在-80℃条件下进行36h的冷冻干燥，去除材料中的溶剂成分并形成硬质棒状固体，即为用于结节标记定位的可降解的锚定装置，密封保存待用。
73.实施例3
74.本实施例提供一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置，所述锚定装置由可降解水凝胶固体与可降解缝合线组成，制备方法如下：
75.s1.水凝胶合成：向纯水中加入单体丙烯酸、亲水性聚合物壳聚糖、引发剂α-酮戊二酸、交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(第一交联剂)和接枝偶联剂马来酰亚胺基乙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯得反应液，反应液中丙烯酸的质量分数为20％，壳聚糖的质量分数为3％，α-酮戊二酸的质量分数为0.01％，n-羟基琥珀酰亚胺与单体的摩尔数之比为1:8，交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯摩尔数为单体摩尔数的1/250，随后在光强为50mw/cm2的紫外光辐照(波长为365nm)，引发聚合、交联及接枝偶联反应，反应完成得到聚合物溶液，聚合物上接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团(琥珀酰亚胺酯基)；向聚合物溶液中加入交联剂氯化钙(第二交联剂)，氯化钙的质量为亲水性聚合物的1/8，混匀得混合液，将可降解缝合线置于管状模具中，并将混合液注入管状模具中，加热至60℃引发交联反应，反应完全后在模具中形成内含可降解缝合线的棒状水凝胶材料；
76.s2.干燥固化：对管状模具及其内的棒状水凝胶材料进行去气泡及抽真空处理，然后一起置于冷冻干燥机中在-70℃条件下进行42h的冷冻干燥，去除材料中的溶剂成分并形成硬质棒状固体，即为所述用于结节标记定位的可降解的锚定装置，密封保存待用。
77.测试例-肺结节定位与切除
78.选择3-4公斤的新西兰兔(6只)肺组织作为试验模型，采用5fr的穿刺针套装分别与实施例1-3的锚定装置组合，形成结节标记定位装置(结构示意图见图2、图3)，在超声引导下从兔子的胸部穿刺，通过针套内腔分别将实施例1-3的锚定装置推入肺组织(每个实施例用2只兔)，进行模拟肺结节定位手术。
79.其使用方法为：将去除保护管的结节标记定位装置(图4)送入肺结节处(图5)，取下卡扣，推出释放并固定锚定装置(水凝胶与体液接触发生溶胀，填充穿刺道，完成固定，同时，由于水凝胶材料接枝偶联有可与肌肉组织反应粘连的活性官能团，进行辅助固定)，撤出推送装置，将穿刺针往外拔至胸壁内距离内表面0.5-1cm，再次将推送装置插入穿刺针并推到底，将缝合线近端推送至肺外缘与胸壁内缘的胸腔内，拔出穿刺针与推送装置，完成定位。
80.在进行结节切除手术过程中，吻合器根据缝合线的路线进行推进，根据缝合线的指引准确找到病灶，并进行结节切除。
81.实施例1-3统一采用如下观察指标：(1)在定位手术1周后对2只兔子肺组织在x光下进行观察，确认凝胶在肺组织中的位置。(2)2周后对兔子1的肺组织进行解剖，使用手术剪刀从兔子肺组织外膜沿着预留的缝合线，将肺组织剪开，直到观察到水凝胶在组织中被
观察到，测量凝胶位置数据，对比1周前x光下观察的位置判断凝胶是否发生移位。(3)在第4周时，将第兔子2的肺进行解剖，观察水凝胶的降解状态。
82.实验结果：实施例1-3均成功完成肺结节定位，术后无不良反应，定位准确，水凝胶未发生移位，水凝胶材料均在第4周降解完毕。
83.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种用于结节标记定位的可降解的锚定装置及其制备方法与应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
84.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
85.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。