仿生螺旋结构小口径血管移植物促进内皮化与动脉再生的研究

为解决小口径血管移植物(SDVGs)血栓形成和内皮化不足导致的临床失败问题，武汉协和医院团队设计了一种三层仿生柔性血管支架。该支架通过湿法纺丝构建螺旋内层拓扑结构，结合弹性织物中层和PET螺旋线圈外层，显著提升抗弯曲性和机械强度。体外实验证实其促进内皮细胞(HUVECs)粘附增殖，动物实验显示植入3个月后可形成完整内皮层和平滑肌层，具有与天然血管相似的分层结构。该研究为小口径血管再生提供了创新解决方案，发表于《Bioactive Materials》。

　　

心血管疾病是全球主要死因，每年仅美国就有45万人接受血管搭桥手术。虽然大直径(>6 mm)人工血管如膨体聚四氟乙烯(ePTFE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)移植物表现良好，但小口径(≤6 mm)血管移植物常因急性血栓或内膜增生而失败。现有技术如静电纺丝、熔融纺丝等虽能改善性能，但单层结构在抗弯曲性、长期稳定性和血管再生方面仍存在局限。

华中科技大学同济医学院附属武汉协和医院的研究团队在《Bioactive Materials》发表创新研究，通过仿生设计开发出三层结构小口径血管移植物。该移植物采用湿法纺丝构建螺旋内层模拟血管非线性力学响应，弹性织物中层提供机械支撑，PET螺旋线圈外层增强抗弯曲性。关键技术包括：湿法纺丝构建20 wt% PU螺旋内层，编织弹性织物中层，熔融纺丝制备PET外线圈，并通过8 wt% PU溶液喷涂实现三层整合；采用犬颈动脉植入模型评估3个月内的通畅率和组织再生情况。

3.1 螺旋支架的形态学特征

扫描电镜显示湿法纺丝形成的平行纤维构成0.4-0.8 mm宽度的环形微通道，为细胞提供定向粘附位点。三层结构通过PU膜紧密整合，无界面分离，密度(0.0885-0.0953 g/cm³)显著高于单层对照组(0.0778 g/cm³)。

3.2 支架性能

抗弯曲测试显示螺旋结构在折叠时保持管腔圆形，而单层对照组发生扭结。径向拉伸强度达14.55-15.21 MPa，接近编织血管水平；轴向断裂强度40.4-64.4 N·cm^-1，是单层的2倍。穿刺24次/cm²后仍保持19 N·cm^-1强度，缝合保留力(9.6-13.5 N)超过临床标准(2 N)。动态顺应性(13.7-28.8%)显著高于ePTFE移植物(0.51%)。

3.3 细胞行为

CCK-8检测显示PT-S-CM组5天后细胞增殖率(0.48)显著高于对照组(0.26)。活死染色显示微通道引导HUVECs定向延伸，5天后形成连续单层。荧光染色证实F-actin沿微通道底部铺展，软质PU基底(初始模量16.41-36.96 MPa)更利于细胞迁移。

3.4 血液相容性

兔动静脉分流实验显示，2小时后ePTFE组出现明显血栓，而螺旋移植物管腔清洁。血小板粘附实验LDH检测证实PT-S-CM组吸光度(0.25)显著低于商业移植物(0.45)，溶血率<5%。凝血时间(APTT/TT/PT)无显著延长。

3.5 体内研究

犬颈动脉植入3个月后，多普勒超声显示峰值流速(0.37 m/s)接近自体血管(0.40 m/s)。组织学显示内膜厚度随时间增加，Masson染色显示胶原沉积量3个月时达天然血管的85%。免疫荧光证实CD31⁺内皮层和α-SMA⁺平滑肌层完全覆盖，胶原I和弹性蛋白沉积接近天然水平。巨噬细胞分析显示M2型比例从1个月(0.565)增至3个月(4.48)，促进ECM重塑。

该研究通过仿生三层设计突破传统PU移植物机械性能不足的瓶颈，螺旋拓扑结构实现"力学匹配促再生"和"形貌引导抗血栓"的双重功能。特别值得注意的是，无需生物活性分子修饰即实现3个月通畅率，为小口径血管移物的临床转化提供新范式。未来需优化制造工艺并开展更长周期验证，但其通过结构创新解决核心临床问题的思路为组织工程支架设计带来重要启示。