基于骨髓干/祖细胞的仿生气管段原位血管化与上皮化研究：3D打印PCL/dtECM复合支架的构建与应用

为解决长段气管缺损修复中血管化和上皮化不足的临床难题，扬州大学团队创新性地开发了3D打印PCL/dtECM双层复合支架，结合EPCs/MSCs共接种策略，实现了一步法原位移植。研究证实该支架具有优异的生物力学性能，并通过EPCs诱导血管生成、MSCs分化为上皮细胞，显著提升移植体存活率至63天（对照组仅7天），为功能性气管再生提供了新范式。

　　

气管严重缺损的修复一直是临床面临的重大挑战。传统气管移植面临两大瓶颈：缺乏具有足够机械强度的生物材料支架，以及移植后难以快速建立功能性微血管网络和纤毛上皮层。现有组织工程策略往往需要多阶段手术或体外预培养，导致治疗周期长、感染风险高。这些限制使得长段气管缺损（超过5cm）的修复成为胸外科领域的"圣杯级"难题。

扬州大学的研究团队在《Materials Today Bio》发表了一项突破性研究，通过融合3D打印技术和天然细胞外基质的优势，构建了具有仿生结构的聚己内酯(PCL)/脱细胞气管基质(dtECM)复合支架。该研究创新性地采用骨髓来源的内皮祖细胞(EPCs)和间充质干细胞(MSCs)共接种策略，开发出可实现一步法原位移植的生物工程气管。实验证实，这种"内外兼修"的设计——PCL提供机械支撑、dtECM提供生物活性微环境，配合EPCs促进血管生成、MSCs分化为上皮细胞，最终实现了6个月长期存活且功能完整的移植效果。

关键技术方法包括：超声辅助真空脱细胞(UVD)制备保留基质成分的dtECM；3D打印优化微孔PCL支架；通过差速贴壁法分离纯化骨髓EPCs(CD31⁺
91.29%)和MSCs(CD105⁺
99.67%)；8% GelMA水凝胶负载EPCs/VEGF实现可控释放；建立兔1cm长段气管缺损模型进行四组对照移植实验。

3.1. 支架制备与表征
通过对比超声辅助(UVD)与真空辅助(VAD)脱细胞效果，发现UVD组在保留胶原(9.23μg/mg vs 原生9.62μg/mg)和层粘连蛋白(5.87μg/mg)方面显著优于VAD组，同时DNA含量降至47.14ng/mg，满足去免疫原性要求。

3.2. 3D打印复合支架生物力学性能
PCL/dtECM复合支架表现出接近天然气管的力学特性：50%压缩位移载荷(0.7385N)显著高于单纯dtECM(0.0271N)，弹性模量(0.1804N/mm²
)与天然组织(0.3059N/mm²
)无统计学差异，有效防止气道塌陷。

3.3-3.4. 干细胞分离与分化
EPCs经7天诱导后CD31/vWF表达提升3倍，形成管状结构；MSCs分化的上皮细胞CK5/CK18表达接近原代气管上皮细胞，证实其转分化潜能。

3.5. 水凝胶血管化能力
8% GelMA组表现出最优的毛细血管分支数(28.6±3.2)和血管生成指数，较其他浓度组提高40%以上。

3.6. 原位移植效果
生物工程气管组(BTT)存活期达63天，显著长于无细胞移植组(28天)。存活6个月的动物显示：CT证实管腔通畅；扫描电镜观察到密集纤毛层；免疫荧光显示α-SMA⁺
微血管密度(0.924±0.043)与自体移植组相当，CK18⁺
上皮覆盖率达成85.4%。

这项研究开创性地解决了气管再生中"先有血管还是先有上皮"的悖论。通过EPCs/MSCs时空序贯作用——EPCs快速建立血管网络为MSCs提供营养支持，而MSCs分化的上皮细胞又分泌促血管因子形成正反馈，这种"双引擎"驱动模式使移植体存活时间突破6个月大关。特别值得注意的是，PCL支架在体内6个月仍未完全降解，既保证了长期机械支撑，又未引发明显炎症反应，打破了合成材料生物相容性差的传统认知。

研究仍存在样本量较小(每组5只兔)的局限，且未评估纤毛摆动功能等关键生理指标。未来可通过人源化小鼠模型验证临床转化潜力，并整合生物反应器动态培养进一步提升上皮成熟度。该成果为复杂空腔器官再生提供了可推广的技术路线，不仅适用于气管，对食管、尿道等管状器官重建同样具有重要借鉴价值。