一种经过工程设计的、具有特定降解特性的小直径血管移植物，在植入小鼠模型后能够转化为具有生物活性的血管

《Biomedical Engineering Advances》：Engineered small-diameter vascular graft with tailored degradation profile transform into a living blood vessel after implantation in a murine model

本研究采用电纺聚己内酯/聚二氧六环酮（PCL/PDO）纳米纤维结合3D打印增强结构，制作直径2mm的小血管替代物植入大鼠腹主动脉模型。术后3个月观察到部分降解并形成新生血管组织，12个月时完全降解，新生血管具备弹性蛋白沉积、收缩标志物表达及内皮化等原代血管特征，通畅率达100%，未出现破裂或动脉瘤。该生物可降解材料通过结构设计实现可控降解，为小血管置换提供新方案。

　　这项研究聚焦于开发一种新型的血管替代材料，旨在解决当前市场上主流血管替换材料所面临的诸多问题。传统的人工血管材料如聚四氟乙烯（e-PTFE）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，即Dacron）虽然在临床上广泛应用，但其刚性结构往往导致血流模式改变，从而引发血栓、感染和内膜增生等并发症。此外，使用自体血管虽然具有较好的生物相容性，但受限于患者的生理条件，如血管的可用性、获取难度以及可能带来的供体部位损伤等问题，使得其应用受到一定限制。而异体或异种血管虽然提供了另一种选择，但仍然面临诸如免疫排斥反应、生物相容性不足以及临床效果不一致等挑战。

因此，研究团队提出了一种基于组织工程技术的新型血管替代方案。该方案的核心理念是利用可降解支架材料，在植入后逐步被宿主组织取代，最终形成具有自主功能的血管结构。这一过程被称为“原位组织工程”（In situ tissue engineering），其优势在于能够减少对患者自身组织的依赖，同时降低免疫排斥的风险。在本研究中，研究人员设计了一种双层结构的血管替代材料，其内部由聚己内酯（PCL）和聚三亚甲基碳酸酯（PDO）制成的纳米纤维组成，外部则采用3D打印技术形成的PCL环形结构作为抗扭结支撑。这种结构不仅提高了材料的机械强度，还通过在纳米纤维中掺入抗血栓药物二吡啶胺（Dipyridamole），赋予了材料一定的抗凝血特性。

研究团队将这种双层血管支架植入了大鼠的腹主动脉，以评估其在体内的长期性能。通过3个月和12个月的随访观察，研究人员发现这些支架在体内能够被有效降解，并且被宿主组织所取代。在3个月时，支架的PDO纳米纤维层已经开始降解，部分区域被新生的血管组织所替代。而在12个月时，几乎所有的支架材料都被完全降解，新生的血管结构不仅在形态上与原生主动脉相似，还在功能上表现出良好的特性，包括弹性蛋白沉积、收缩标志物表达以及内皮细胞层的形成。值得注意的是，在整个实验过程中，研究人员没有观察到支架扩张、破裂或动脉瘤形成等不良现象，这表明该材料在长期使用中具有良好的稳定性。

为了评估支架的通畅性和组织重塑情况，研究人员采用了多种检测手段，包括超声波成像、血管造影、光学相干断层扫描（OCT）以及苏木精-伊红（H&E）染色和免疫荧光（IF）染色。这些技术共同验证了支架在体内能够保持长期通畅，同时促进宿主细胞的迁移和增殖，最终形成一个结构和功能都类似于原生血管的组织。特别是在12个月时，支架表面几乎完全被内皮细胞覆盖，表明其具备良好的内皮化能力，这对于血管的长期功能至关重要。

这项研究的意义在于，它展示了可降解合成血管支架在体内能够逐步被宿主组织取代，并最终形成一个具有自主功能的血管结构。这种材料的开发不仅能够减少对自体血管的依赖，还能够避免异体或异种材料可能引发的免疫反应，从而提高血管替代材料的安全性和有效性。此外，该材料的结构设计也使得其具备良好的机械性能，能够在降解过程中维持血管的完整性，防止因材料过早降解而导致的血管破裂或血流阻塞。

从技术角度来看，该研究结合了电纺丝和3D打印两种先进的制造工艺，使得支架既具有良好的孔隙结构以促进细胞迁移，又具备足够的机械强度以维持血管的稳定性。电纺丝技术能够制备出具有高度多孔结构的纳米纤维支架，为细胞的附着和增殖提供了理想的微环境。而3D打印技术则用于制造外部的环形支撑结构，这种结构能够有效防止支架在体内因血液流动而发生扭结或变形，从而提高其长期使用的可靠性。

此外，研究人员在支架材料中引入了抗血栓药物二吡啶胺，这一设计不仅能够减少支架表面的血小板沉积，还能够促进内皮细胞的生长，从而进一步提高支架的生物相容性。药物的释放是被动进行的，这意味着其能够持续地在体内发挥作用，而无需额外的给药手段。这种设计对于实现长期的血管通畅性至关重要，因为血栓形成是血管替代材料面临的主要挑战之一。

在临床应用方面，这种新型的血管替代材料具有显著的优势。首先，它避免了传统自体血管获取过程中的供体部位损伤问题，从而降低了手术风险和术后并发症的发生率。其次，由于材料是合成的，其生产过程更加可控，能够实现规模化生产和标准化质量控制，这有助于降低制造成本并提高材料的可及性。再者，该材料在体内能够被完全降解，无需二次手术取出，这大大减少了患者的术后负担。最后，其良好的生物相容性和内皮化能力使得它在长期使用中能够更好地与宿主组织整合，从而提高其临床适用性。

尽管这项研究取得了积极的成果，但仍存在一些需要进一步探讨的问题。例如，如何优化支架的降解速率，使其与宿主组织的重塑过程相匹配，是未来研究的一个重要方向。如果降解过快，可能导致血管结构在未完全形成之前就失去支撑作用；而降解过慢则可能影响内皮细胞的迁移和增殖，从而降低血管的功能性。因此，研究团队需要进一步调整材料的组成和结构，以实现更精确的降解控制。

此外，该研究主要在大鼠模型中进行，虽然大鼠的生理结构与人类较为接近，但其心血管系统的规模和复杂性仍然与人类存在差异。因此，未来的研究需要在更大动物模型中进行验证，以评估该材料在更接近人类生理条件下的表现。同时，还需要进行长期的临床试验，以确认其在人体中的安全性和有效性。

从更广泛的角度来看，这项研究代表了组织工程领域的一项重要进展。它不仅为血管替代材料的开发提供了新的思路，也为其他组织工程应用，如神经修复、骨组织再生和器官移植等，提供了可借鉴的技术路径。通过结合多种先进的制造技术，研究人员成功地开发出一种能够适应体内环境并实现功能重塑的新型材料，这为未来在更多医学领域中的应用奠定了基础。

总的来说，这项研究为解决血管替代材料的长期通畅性和生物相容性问题提供了一种创新性的解决方案。通过在体内实现支架的降解和新生血管组织的形成，研究人员成功地开发出一种能够替代传统材料的新型血管替代品。这种材料不仅在结构和功能上与原生血管相似，还具备良好的安全性，为未来在临床中的应用提供了坚实的科学依据。随着进一步的研究和优化，这种新型血管替代材料有望成为心血管疾病治疗的重要工具，为患者带来更安全、更有效的治疗选择。