在直径较小的人工血管上植入Gremlin1-MSCs细胞有助于减轻移植后的内膜增生现象

《Biomaterials》：Gremlin1-MSCs seeded on small-diameter artificial blood vessels facilitate attenuation of post-transplantation intimal hyperplasia

人工血管移植中，小直径血管因内层增生和血栓形成阻碍临床应用。本研究采用电纺聚urethane（PU）材料制备人工血管，并涂覆聚多巴胺（PDA）增强细胞粘附。通过过表达Gremlin1的间充质干细胞（Gremlin1-MSCs）作为种子细胞，发现其能显著抑制巨噬细胞炎症极化，减少内层增生，提高血管开通率。实验证明Gremlin1-MSCs结合PDA涂层技术可有效改善小直径人工血管的长期性能。

　　这项研究围绕人工血管在临床中的应用展开，重点探讨了如何通过引入特定类型的种子细胞来提高小直径人工血管的长期通畅性。人工血管作为血管损伤和疾病治疗的重要手段，已经在大直径血管修复领域取得了显著进展。然而，小直径人工血管（直径小于6毫米）由于容易引发急性血栓形成和长期内膜增生，其在临床应用中仍面临诸多挑战。为了应对这些问题，研究团队采用了一种创新的方法，将表达Gremlin1的间充质干细胞（Gremlin1-MSCs）植入到聚氨酯（PU）人工血管的内层，并通过聚多巴胺（PDA）涂层增强干细胞在血管腔表面的附着能力。这种方法旨在促进内皮化过程，从而降低血栓形成和内膜增生的风险。

研究首先对Gremlin1-MSCs进行了体外功能验证。结果显示，这些细胞保留了间充质干细胞的基本特性，包括对成骨、成软骨和脂肪分化的多向分化能力。此外，Gremlin1-MSCs表现出抑制单核细胞增殖和促进其向抗炎型M2巨噬细胞极化的能力，这表明它们在调节炎症反应方面具有潜在优势。进一步的实验表明，Gremlin1-MSCs能够显著降低BMP2信号通路的激活，这有助于减少炎症反应，从而防止血管内膜的异常增生。

为了评估PDA涂层对人工血管性能的影响，研究团队通过扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等手段对材料进行了表征。SEM结果显示，PDA涂层能够显著改善PU人工血管的表面结构，使其更具粗糙度和细胞附着能力。FTIR分析则确认了PDA分子成功结合在PU表面，同时PDA的引入显著提升了材料的亲水性，从而改善了细胞的附着和增殖效率。这些结果表明，PDA涂层不仅增强了材料的生物相容性，还提高了其在体内的适应性。

在动物实验中，研究团队将Gremlin1-MSCs植入到兔子颈动脉中，以评估其在体内的效果。术后初期，所有植入的人工血管均表现出良好的血液流动能力，但随着时间的推移，不同处理组的血管通畅性出现显著差异。在植入30天和90天后，Gremlin1-MSCs处理组的血管保持了较高的通畅率，且内膜增生程度显著低于对照组（Ctrl-MSCs）和未植入细胞的空白对照组（Acellular）。这表明，Gremlin1-MSCs不仅能够促进血管内皮细胞的覆盖，还能有效抑制内膜增生，从而延长人工血管的使用寿命。

此外，研究团队还通过组织学分析，如苏木精-伊红（H&E）染色和Masson三色染色，对血管结构和内膜增生情况进行了详细评估。结果显示，Gremlin1-MSCs处理组的血管内膜增生最少，且保持了相对开放的管腔结构。相比之下，Ctrl-MSCs处理组虽然也表现出一定的内膜增生抑制效果，但仍然不如Gremlin1-MSCs处理组。而空白对照组则出现了明显的内膜增厚和管腔狭窄现象，这进一步验证了Gremlin1-MSCs在抑制内膜增生方面的有效性。

研究还关注了人工血管的血液相容性。通过测量血栓素-抗凝血酶复合物（TAT）和凝血酶原片段1+2（F1+2）的浓度，团队评估了不同材料对血液凝固的影响。结果表明，PDA涂层能够显著降低这些指标，从而减少血液凝固反应，提高人工血管的安全性。此外，通过检测红细胞破裂率，研究还确认了PDA涂层不会导致明显的溶血现象，进一步证明了其良好的血液相容性。

为了进一步理解Gremlin1-MSCs的作用机制，研究团队还通过免疫荧光染色和流式细胞术对细胞附着和分布进行了评估。结果显示，PDA涂层显著促进了Gremlin1-MSCs在人工血管表面的附着和增殖，且在植入后第三天就已经显示出明显的细胞覆盖优势。这种增强的细胞附着能力有助于在体内更快地形成稳定的内皮层，从而减少血栓形成和内膜增生的风险。

在对血管功能的长期监测中，团队发现Gremlin1-MSCs处理组的人工血管在30天和90天后均保持了较高的通畅率。而Ctrl-MSCs处理组虽然也有一定改善，但效果不如Gremlin1-MSCs处理组。这种差异可能与Gremlin1对炎症信号通路的抑制作用有关，尤其是对BMP2和NF-κB通路的调控。这些通路在内膜增生和炎症反应中发挥关键作用，因此，Gremlin1-MSCs通过抑制这些通路的激活，有效降低了内膜增生的发生率。

研究团队还探讨了Gremlin1-MSCs在血管植入后的动态变化。通过在植入后第7天和第30天进行免疫荧光染色，他们发现Gremlin1-MSCs能够促进宿主内皮细胞的早期招募，同时部分植入的细胞在体内保持了一定的时间，这表明其具有一定的长期作用。然而，随着时间的推移，这些植入的细胞逐渐被宿主细胞取代，这可能意味着Gremlin1-MSCs主要通过旁分泌作用发挥功能，而不是长期存活在体内。

总体而言，这项研究为小直径人工血管的临床应用提供了新的思路。通过将Gremlin1-MSCs作为种子细胞并结合PDA涂层技术，研究团队成功提高了人工血管的内膜覆盖能力和抗内膜增生能力，从而显著改善了其长期通畅性。这一成果不仅有助于解决小直径人工血管在临床应用中的关键问题，还为未来血管替代材料的开发提供了理论依据和技术支持。研究结果表明，Gremlin1-MSCs在血管工程领域具有广阔的应用前景，有望成为改善人工血管性能的重要工具。