人工血管作為橋血管在臨床上應(yīng)用廣泛。然而，當(dāng)人工血管直徑小于6毫米時(shí)，由于平滑肌細(xì)胞的異常增殖，極易發(fā)生血管內(nèi)膜增厚，進(jìn)而引起血管再狹窄，因而目前仍沒有一個(gè)可用于臨床的商業(yè)化產(chǎn)品。增大血管支架的孔徑有利于人工血管植入體內(nèi)后平滑肌細(xì)胞的遷移及成熟，進(jìn)而加速人工血管體內(nèi)再生。
靜電紡絲技術(shù)是構(gòu)建小口徑人工血管的常用方法，但受該技術(shù)所限，其構(gòu)建的血管管壁孔徑不能很好的滿足細(xì)胞遷移的需求，遷移進(jìn)入血管管壁的細(xì)胞會(huì)在體內(nèi)植入一段時(shí)間后發(fā)生凋亡和壞死，最終引起管壁鈣化。3D打印也被用于人工血管研發(fā)，但由于傳統(tǒng)3D 打印精度較低（打印的纖維直徑在幾百微米），所打印的纖維網(wǎng)絡(luò)硬度大大超過了天然血管，易導(dǎo)致血管凝血發(fā)生，且其超大孔徑也易引起血液滲漏。
能否模擬血管的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出精確仿生的人工血管？
EFL團(tuán)隊(duì)3D打印了高精度仿生的內(nèi)外雙層人工血管。該人工血管內(nèi)層的有序結(jié)構(gòu)，模擬了具有可收縮舒張的血管中膜。外層具有較高的拉伸模量，模擬了血管外膜，起到防止血管破裂、血液滲漏的作用。3D打印的人工血管植入體內(nèi)1 個(gè)月后，在體內(nèi)血流的刺激下，內(nèi)層成功誘導(dǎo)了平滑肌層的快速重建及內(nèi)皮化；而外層則誘導(dǎo)了血管外膜組織的再生，重塑了天然血管的三層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了血管在體內(nèi)快速有序再生。
相關(guān)論文“3D printed grafts with gradient structures for organized vascular regeneration”發(fā)表在 《International Journal of Extreme Manufacturing》 期刊上。浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院賀永教授、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院心內(nèi)科傅佳寅特聘研究員為論文通訊作者，浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院陳躍威博士為該論文第一作者。
1. 內(nèi)外雙層仿生人工血管設(shè)計(jì)
人工血管內(nèi)層是大孔徑有序纖維支架，且具有可收縮舒張的力學(xué)特點(diǎn)，模擬了血管的中膜。外層是小孔徑有序纖維支架，具有較高的拉伸模量，模擬了血管的外膜，起到防止血管破裂、血液滲漏的作用。
圖1 內(nèi)外雙層仿生人工血管設(shè)計(jì)
2. 內(nèi)外雙層仿生人工血管結(jié)構(gòu)表征
該人工血管內(nèi)層是纖維直徑為35 微米，孔徑為200 微米的有序纖維支架；外層是纖維直徑為16 微米，孔徑為25微米的有序纖維支架。
圖2 內(nèi)外雙層仿生人工血管結(jié)構(gòu)表征
3. 內(nèi)外雙層仿生人工血管力學(xué)表征
內(nèi)外雙層仿生人工血管內(nèi)層具有可收縮舒張的力學(xué)特點(diǎn)，模擬了血管的中膜。外層具有較高的拉伸模量，模擬了血管的外膜，起到防止血管破裂、血液滲漏的作用。
圖3 內(nèi)外雙層仿生人工血管力學(xué)表征
4. 內(nèi)外雙層仿生人工血管可實(shí)現(xiàn)體內(nèi)血管組織快速有序再生
植入體內(nèi)1個(gè)月后，在體內(nèi)血流的刺激下，內(nèi)層大孔徑支架成功實(shí)現(xiàn)了平滑肌層的快速重建以及自發(fā)內(nèi)皮化；而外層小孔徑支架則誘導(dǎo)了血管外膜組織的再生，重塑了天然血管的三層結(jié)構(gòu)。
圖4 內(nèi)外雙層仿生人工血管促進(jìn)血管三層結(jié)構(gòu)有序再生
5. 再生人工血管具有與天然血管接近的力學(xué)特點(diǎn)
再生的3D打印人工血管與靜電紡絲血管相比，細(xì)胞外基質(zhì)分布與天然血管更為接近。此外，再生人工血管順應(yīng)性也更接近天然血管。
圖5 再生人工血管力學(xué)表征
研究人員開發(fā)了一種新型人工血管，有望應(yīng)用于血管移植、搭橋手術(shù)、動(dòng)靜脈造瘺等血管相關(guān)手術(shù)。
文章來源：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad2f50
