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目前，小直径血管移植物在临床应用中面临诸多难题，如高失败率等。研究人员开展了线圈增强多层血管移植物优化生物力学性能的研究。成功设计出特定移植物，其顺应性与隐静脉移植物相似且抗扭结性良好。为未来模型驱动设计奠定基础。
在医疗领域，血管疾病严重威胁着人们的健康。冠状动脉旁路移植术（CABG）是治疗心血管疾病的重要手段之一，然而，用于该手术的血管移植物却面临着严峻的挑战。自体移植物来源有限，每年约 20% 的患者因多种因素无法使用，如多次移植手术、外周动脉疾病以及尺寸不匹配等问题。而人工合成的血管移植物，像膨体聚四氟乙烯（ePTFE）和涤纶（Dacron），虽然在直径大于 6mm 的移植手术中有较为满意的效果，但在小直径血管移植中却表现不佳，5 年内失败率超过 40%。这主要是由于血栓形成和内膜增生，血栓形成源于非特异性蛋白质吸附，为血小板粘附和激活提供了位点；内膜增生则与移植物和天然血管之间的顺应性不匹配有关，会导致血流动力学改变和不良组织反应。
为了解决这些难题，国外研究人员开展了关于先进制造线圈增强多层血管移植物以优化生物力学性能的研究。他们的研究成果具有重要意义，成功设计出了一种多层血管移植物，其顺应性与隐静脉移植物相似（4.1 ± 0.4 %/mmHgx10?2），同时抗扭结性与临床使用的合成移植物相当。并且，通过有限元（FE）模型进一步探索了移植物的设计空间，为未来模型驱动设计优化移植物性能奠定了基础。该研究成果发表在《Acta Biomaterialia》上。
研究人员开展此项研究运用了多种关键技术方法。首先，采用电纺和 3D 溶液沉积相结合的方法制备线圈支撑的血管移植物；然后，通过一系列实验建立线圈参数（间距、直径、模量）与移植物生物力学性能（顺应性、抗扭结性）之间的结构 - 性能关系；最后，利用实验数据验证有限元模型，借助该模型在计算机上分析设计空间，筛选候选移植物设计。
材料和方法
研究中所使用的试剂均直接购自 VWR（宾夕法尼亚州拉德诺）或 Sigma - Aldrich（威斯康星州密尔沃基），除非另有说明。
制备
采用电纺和 3D 溶液沉积相结合的方式制备线圈支撑的血管移植物。电纺移植物的纤维直径为 1.9 ± 0.4 μm，通过溶液沉积形成的线圈从圆形变为椭圆形，宽度（长径）是高度（短径）的 2.19 ± 0.09 倍，电纺网和水凝胶的厚度分别为 0.26 ± 0.01 mm 和 0.15 ± 0.02 mm 。
线圈间距对顺应性和扭结半径的影响
研究人员对线圈间距进行了探究，旨在明确其对移植物顺应性和扭结半径的影响。通过实验发现，较小的线圈间距能够实现理想的抗扭结性，但会对移植物的顺应性产生较大的负面影响。
讨论
尽管在小直径血管移植物的研究方面投入了大量精力，但合成血管移植物在小直径应用（如冠状动脉旁路移植术）中仍未取得长期成功。据估计，小直径移植物 5 年内约 40% 的失败归因于内膜增生，这被认为是由于移植物与天然血管之间的顺应性不匹配所致。研究人员之前通过迭代设计电纺聚氨酯来改善顺应性匹配，但移植物扭结导致的闭塞问题仍未解决。此次研究中添加的增强线圈虽能提高抗扭结性，但会降低顺应性，这表明在设计移植物时平衡这两种性能存在一定难度 。
结论
在这项工作中，研究人员开发了一种线圈增强的多层血管移植物设计，以实现高顺应性和抗扭结性的平衡。由于顺应性和抗扭结性之间存在反比关系，研究人员首先建立了线圈设计的结构 - 性能关系。研究发现，较小的线圈间距能获得所需的抗扭结性，但会大幅降低移植物的顺应性；较小直径的线圈能够在一定程度上恢复部分降低的顺应性，但也存在其他方面的影响。虽然最初测试的参数范围并未产生在性能上优于之前的移植物，但先进制造技术和计算框架的结合为未来模型驱动设计进一步优化移植物性能开辟了道路。
总的来说，这项研究为小直径血管移植物的发展提供了重要的方向。通过建立结构 - 性能关系和利用有限元模型，研究人员在移植物设计上取得了一定进展。尽管目前还存在一些问题，但这种先进制造与计算框架相结合的方式，为未来研发更理想的小直径血管移植物奠定了坚实的基础，有望在未来解决小直径血管移植物在临床应用中的难题，提高心血管疾病患者的治疗效果和生活质量。
