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在组织工程和再生医学中，构建血管化组织面临诸多难题，如厚组织营养运输不足等。研究人员开展了关于半合成纤维 - 纤维蛋白复合材料对内皮细胞作用的研究。结果显示该材料可促进 3D 微血管组装等，且无需间充质细胞支持，为组织预血管化提供新途径。
在组织工程与再生医学的领域中，科学家们一直怀揣着创造出能修复、维持或改善受损组织器官功能生物构建体的梦想。然而，现实却给他们带来了重重挑战。目前，虽然在生成如软骨、皮肤和角膜等相对较薄的非血管化组织方面取得了一定成功，但在构建像肝脏、心脏、肾脏这类更厚、更复杂的组织时，却困难重重。这主要是因为厚组织对营养和氧气的需求量大，而现有的营养和氧气运输方式难以满足其代谢需求，导致组织功能无法正常实现。同时，传统生物材料移植后，宿主血管的侵入速度缓慢，每天仅能侵入几十微米，这使得植入的组织构建体中心容易出现坏死；而且，细胞密集型组织如果超过气体和营养物质的扩散极限（约 100 - 200μm），无论是在体外培养还是体内植入，都面临着细胞活力的难题。
为了解决这些棘手的问题，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于探索一种新型的半合成纤维 - 纤维蛋白复合材料，研究其对内皮细胞（ECs）三维微血管组装、存活以及与宿主整合的影响，并且期望这种材料能够在无需间充质细胞支持的情况下发挥作用。最终，研究取得了令人瞩目的成果，该复合材料展现出促进 3D 微血管组装、提高内皮细胞存活和促进宿主整合的能力，为组织工程的预血管化提供了一种经济且有效的新方法，这一研究成果发表在《Bioactive Materials》上。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。细胞培养技术用于培养人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人肺微血管内皮细胞（HL - MVECs）。材料合成技术方面，合成了葡聚糖乙烯砜（DexVS）并对其进行功能化修饰，制备出不同特性的纤维。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等多种显微镜技术观察材料微观结构和细胞行为。利用 RNA 测序技术分析内皮细胞转录组变化。动物实验技术则通过将构建体植入小鼠脂肪垫，评估体内血管整合情况 。
下面来详细看看研究结果：
- 合成基质纤维增强 3D EC 网络形成：研究人员将电纺 DexVS 纤维与 HUVECs 共封装在纤维蛋白水凝胶中，制备出 DexVS 纤维 - 纤维蛋白复合材料。研究发现，在一定范围内增加纤维密度能促进 ECs 铺展和网络组装，但过高的纤维密度会起到抑制作用。同时，在较高纤维蛋白浓度下，该复合材料仍能支持 ECs 组装成网络，不过直接与细胞黏附纤维的相互作用可能会对 ECs 的活力产生负面影响。
- 纤维黏附性影响 EC 网络：通过功能化修饰 DexVS 纤维，研究人员对比了细胞黏附性纤维（RGD 修饰）和非黏附性纤维（RDG 修饰）对 ECs 网络的影响。结果显示，非黏附性纤维虽然不能被 ECs 直接黏附，但能促进 ECs 的突起形成、铺展和增殖，有助于 EC 网络的组装和稳定，且在长期培养中能更好地维持网络长度。
- 非黏附性纤维促进 EC 血管网络管腔形成：在血管生成过程中，网络形成后还需管腔化才能具备功能。研究发现，非黏附性纤维能支持 ECs 形成管腔，而细胞黏附性纤维则会干扰 ECs 的顶端 - 基底极性建立，阻碍管腔形成，并且还会影响基底膜（BM）的沉积。
- EC 转录组学变化：通过对早期血管生成阶段的 ECs 进行转录组测序分析，发现纤维的加入及其黏附功能化显著调节了 ECs 的转录活性。非黏附性纤维促进了与血管生成相关基因的表达，如参与毛细血管形态发生、基质重塑和炎症反应的基因；而细胞黏附性纤维则与线粒体相关基因的表达变化有关。
- 焦点黏附和基质变形：研究人员观察到，非黏附性纤维促进了 ECs 的焦点黏附（FAs）形成，增强了细胞 - 基质的相互作用和力的传递，进而促进了血管生成组装。具体表现为非黏附性纤维组的 ECs 中，FAs 体积更大、数量更多，且细胞产生的基质变形也更大。
- 体内血管整合：研究人员将 EC 负载的非黏附性纤维 - 水凝胶复合材料植入小鼠脂肪垫，发现该材料能促进宿主细胞浸润，增强植入的 ECs 存活和网络组织，实现了移植体与宿主血管的成功整合，不过纤维在血管内的长期存在仍有待进一步研究。
综上所述，本研究成功开发了一种半合成水凝胶复合材料，深入探究了纤维信号在血管生成组装中的作用机制。研究发现，合成的类似基质的纤维，尤其是非黏附性纤维，能有效促进 ECs 的各种关键过程，包括铺展、增殖、迁移和机械细胞间通讯，最终形成具有管腔的毛细血管样结构。同时，该材料在体内也展现出良好的移植体 - 宿主血管整合能力。这一研究成果为组织工程的预血管化提供了一种经济且有效的替代方法，有望推动组织替代疗法的发展。然而，研究也指出，未来还需要进一步研究该方法在其他水凝胶、EC 细胞类型以及存在实质细胞情况下的应用效果 ，以进一步拓展其应用范围。
