猪腔静脉天然与脱细胞支架的生物力学与微结构比较研究：血管重建的潜在突破

本研究针对血管组织工程中脱细胞支架的力学性能与微结构保留问题，通过对比天然与脱细胞猪腔静脉的延展-膨胀测试及多光子显微镜分析，发现两者在10-30 mmHg压力下的力学行为无显著差异，且胶原纤维取向（72°）与直径（约4 μm）相似，证实脱细胞方案可保留静脉支架的力学特性，为血管重建提供新策略。

　　

血管组织工程面临的核心挑战是如何构建既无免疫原性又保留天然力学特性的生物支架。当前合成材料如Dacron^?和Teflon^?存在机械顺应性不匹配、无法促进组织再生等问题，尤其在儿科患者中更为突出。脱细胞技术通过清除免疫原性成分并保留细胞外基质(ECM)结构，成为解决这一难题的潜在方案。然而，现有研究多集中于动脉，对静脉（尤其是腔静脉）的脱细胞效果及力学特性缺乏系统评估。

捷克共和国比尔森生物医学中心与奥地利格拉茨工业大学的研究团队合作，首次对脱细胞猪腔静脉的力学行为和微结构特征开展全面研究。通过延展-膨胀测试模拟体内应力状态，结合多光子显微镜解析胶原纤维的取向与形态，发现脱细胞支架的力学性能与天然组织高度一致，为静脉血管重建提供了可靠方案。相关成果发表于《Acta Biomaterialia》。

研究采用三项关键技术：1）基于CT的活体直径测量与冷冻保存技术；2）延展-膨胀测试系统（含视频引伸计监测轴向/径向变形）；3）多光子显微镜结合傅里叶频谱分析量化胶原纤维参数（取向角α_ip、分散度κ_ip）。样本来自24头普雷斯蒂斯黑斑猪，分为天然组（n=12）与脱细胞组（n=12）。

3.1 样本几何特征
脱细胞前后腔静脉的壁厚（H=0.63-0.67 mm）与直径厚度比（D_o/H≈15）无统计学差异，但脱细胞组参考直径D_o显著增大（p=0.002），提示脱细胞过程可能改变血管顺应性。

3.2 延展-膨胀测试
在10-30 mmHg生理压力范围内，两组样本均呈现典型血管非线性力学行为：

• 周向应力σ_θθ（21.7-81.4 kPa）与轴向应力σ_zz（10.6-39.8 kPa）随压力升高显著增加（p<0.05）
• 应力-压力曲线斜率（k_θ=17.0-21.7，k_z=8.26-10.6）及斜率比（SR≈2.06）无组间差异
• 周向扩张性（CD=0.2-0.3）保持稳定，证实脱细胞未影响静脉的容积调节能力

3.3 微结构分析
胶原纤维特征显示：

• 整体取向：纤维主要呈72°螺旋排列，与周向夹角一致，且分散度（κ_ip=0.46）未受脱细胞影响
• 分层差异：内膜胶原呈束状迂曲，外膜则分散分布；纤维直径在两层均为4 μm左右
• 关键变化：脱细胞后中膜胶原迂曲度（T_f）从1.3升至1.6（p=0.01），提示细胞清除可能释放纤维张力

结论与意义
该研究首次证实：1）四小时脱细胞处理可完整保留猪腔静脉的力学特性；2）胶原纤维的取向与直径稳定性是维持力学功能的关键；3）中膜纤维迂曲度变化提示细胞-ECM相互作用对微结构的影响。这一发现为肝移植等复杂器官工程中的血管重建提供了直接依据，其建立的延展-膨胀测试与微结构关联分析方法，为后续血管模型的计算机模拟（in silico）奠定了数据基础。